面向高階性學(xué)習(xí)的農(nóng)業(yè)院校GIS 課程建設(shè)

陳偉強(qiáng)，馬月紅，蔡恩香，李紀(jì)偉

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450002）

在知識(shí)創(chuàng)新時(shí)代，靠記憶與背誦的表層學(xué)習(xí)已滿足不了新時(shí)代人才需求。2017 年以來(lái)，國(guó)家《關(guān)于深化教育體制機(jī)制改革的意見(jiàn)》和教育部《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》相繼出臺(tái)，新時(shí)代背景下要加強(qiáng)學(xué)生關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，把教學(xué)改革成果落實(shí)到課程建設(shè)上，淘汰“水課”，打造“金課”，課程建設(shè)應(yīng)具備“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”等特征。

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)合，帶來(lái)了教學(xué)模式的革新。風(fēng)靡全球的MOOC 給高等教育帶來(lái)深刻的變革，MOOC 在教學(xué)過(guò)程中存在學(xué)習(xí)對(duì)象不確定，師生互動(dòng)少，輟學(xué)率高等問(wèn)題，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量不太理想，因此SPOC（Small Private Online Courses）應(yīng)運(yùn)而生。SPOC 相對(duì)MOOC，具有教學(xué)對(duì)象可控、師生互動(dòng)頻繁及線上線下混合教學(xué)方便等特點(diǎn)，能深度融入高階性學(xué)習(xí)理念，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心、以能力培養(yǎng)為核心的教學(xué)范式轉(zhuǎn)變。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)習(xí)者最終所獲得的知識(shí)多少，并不取決于學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的記憶能力，而取決于學(xué)習(xí)者根據(jù)自身經(jīng)歷和體驗(yàn)有效建構(gòu)所學(xué)知識(shí)意義的能力。在建構(gòu)主義教學(xué)理論的指導(dǎo)下，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法成為實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的有效方法。本文根據(jù)新時(shí)代我國(guó)人才培養(yǎng)的新需求，以河南農(nóng)業(yè)大學(xué)GIS 課程為研究對(duì)象，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法，開(kāi)展SPOC 線上線下混合課程建設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生由表層學(xué)習(xí)向高階性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。

一、GIS 課程傳統(tǒng)教學(xué)問(wèn)題分析

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）是對(duì)空間信息進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、分析和顯示，服務(wù)于空間信息管理和應(yīng)用決策的信息系統(tǒng)，涉及計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、地理、測(cè)繪、資源和管理等多學(xué)科的知識(shí)。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)土地資源管理、土地整治工程、人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃等專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)有GIS 課程，在教學(xué)過(guò)程中遇到如下突出問(wèn)題。

首先，學(xué)生在學(xué)習(xí)GIS 課程時(shí)表現(xiàn)出基礎(chǔ)薄弱的問(wèn)題。學(xué)習(xí)該課程的均是非GIS 專(zhuān)業(yè)學(xué)生，因沒(méi)有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等先導(dǎo)知識(shí)基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)GIS 時(shí)會(huì)遇到很多困難，理解不了軟件算法，掌握不了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技能，普遍缺乏學(xué)習(xí)興趣。實(shí)驗(yàn)課也只會(huì)跟著實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的操作步驟模仿，缺少主動(dòng)思考，無(wú)法深刻理解課程本質(zhì)，遇到新的問(wèn)題，不具備融會(huì)貫通能力。

其次，教師在講課過(guò)程中缺少對(duì)學(xué)生接受情況的關(guān)注。教師按照教材內(nèi)容，通過(guò)講授的形式，將自己理解的知識(shí)向?qū)W生傳遞，師生之間的討論較少，教師解答學(xué)生疑惑環(huán)節(jié)少。老師對(duì)學(xué)生能接受多少、理解多少，較少關(guān)注。課程考試主要是測(cè)試記憶能力，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和應(yīng)用能力缺少考核。

綜上，傳統(tǒng)GIS 教學(xué)過(guò)程中，教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”都存在問(wèn)題，學(xué)生處于知識(shí)記憶的淺層學(xué)習(xí)階段，傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式已無(wú)法滿足學(xué)生高階性學(xué)習(xí)的要求。

二、高階性學(xué)習(xí)的內(nèi)涵與實(shí)現(xiàn)路徑

（一）高階性學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

高階學(xué)習(xí)也稱(chēng)為深度學(xué)習(xí)，Marton Ference 和Saljo Roger 在1976 年聯(lián)名發(fā)表的《學(xué)習(xí)的本質(zhì)區(qū)別：結(jié)果和過(guò)程》首次提出深度學(xué)習(xí)和淺層學(xué)習(xí)的概念。布魯姆認(rèn)為當(dāng)學(xué)生采用記憶或簡(jiǎn)單的理解等低階認(rèn)知行為時(shí)，屬于表層學(xué)習(xí)，表層學(xué)習(xí)面向?qū)W生知識(shí)的培養(yǎng)；而當(dāng)學(xué)生采用分析、決策、批判和創(chuàng)造等高階認(rèn)知行為進(jìn)行抽象知識(shí)建構(gòu)、知識(shí)遷移的過(guò)程，屬于深度學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)面向?qū)W生能力的培養(yǎng)。我國(guó)學(xué)者何玲等認(rèn)為，深度學(xué)習(xí)是指在理解的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)者能夠批判地學(xué)習(xí)新思想和事實(shí)，并將它們?nèi)谌朐械恼J(rèn)知結(jié)構(gòu)中，能夠在眾多思想間進(jìn)行聯(lián)系，并能夠?qū)⒁延械闹R(shí)遷移到新的情境中，做出決策和解決問(wèn)題的學(xué)習(xí)。從以上高階學(xué)習(xí)的內(nèi)涵可以看出，高階學(xué)習(xí)不是以老師為中心，而是以學(xué)生中心，通過(guò)學(xué)生自主的學(xué)習(xí)、理解、內(nèi)化、應(yīng)用和創(chuàng)新等方式實(shí)現(xiàn)。

（二）SPOC 高階性學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)路徑

1.SPOC 課程

SPOC 是Small Private Online Course 的縮寫(xiě)，意思是小規(guī)模限制性在線課程，為特定的學(xué)生群體線上學(xué)習(xí)資源?？蓪⒕€上線下教育有機(jī)融合，這種混合式教學(xué)模式將成為當(dāng)前高校教學(xué)改革的主要方向。實(shí)踐證明SPOC 線上線下混合教學(xué)模式為深度學(xué)習(xí)提供實(shí)現(xiàn)路徑，學(xué)生在線上自主學(xué)習(xí)、線下課堂師生互動(dòng)和案例項(xiàng)目情景創(chuàng)建等過(guò)程中，達(dá)成知識(shí)與能力的建構(gòu)。

2.SPOC 課程建設(shè)

首先，搭建SPOC 網(wǎng)絡(luò)課程?？蛇x擇愛(ài)課程、大學(xué)MOOC 和超星泛亞等網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程，內(nèi)容包括明確教學(xué)目標(biāo)、布置自學(xué)任務(wù)、制作學(xué)習(xí)文檔、錄制微視頻、設(shè)置任務(wù)點(diǎn)、設(shè)計(jì)項(xiàng)目案例和開(kāi)展線上討論等。

其次，組織線上線下混合教學(xué)。課前給學(xué)生發(fā)布線上自學(xué)任務(wù)，測(cè)試學(xué)生自學(xué)效果。線下組織課堂討論，項(xiàng)目研究答疑，課后練習(xí)評(píng)析等。

最后，教學(xué)效果評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)包括過(guò)程評(píng)價(jià)和結(jié)果評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)生匯報(bào)、討論及項(xiàng)目案例實(shí)踐等過(guò)程中的表現(xiàn)進(jìn)行過(guò)程性評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行結(jié)果評(píng)價(jià)，及時(shí)將評(píng)價(jià)結(jié)果反饋到下一輪的教學(xué)過(guò)程中。

三、GIS 課程建設(shè)實(shí)踐

（一）建設(shè)目標(biāo)

以高階性學(xué)習(xí)為導(dǎo)向，采用SPOC 線上線下混合式教學(xué)模式，項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，針對(duì)本校學(xué)生的專(zhuān)業(yè)需求，開(kāi)發(fā)建設(shè)SPOC 混合教學(xué)課程。針對(duì)學(xué)生的知識(shí)背景，課程內(nèi)容突出基本概念和理論原理，摒棄軟件算法和地理信息系統(tǒng)工程等內(nèi)容，實(shí)踐課突出GIS 在國(guó)土資源調(diào)查與管理、國(guó)土空間利用與優(yōu)化等方面的應(yīng)用實(shí)踐，摒棄軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的內(nèi)容。通過(guò)課程理論與實(shí)踐的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握GIS 的基本原理，擁有利用GIS 軟件平臺(tái)解決國(guó)土資源的調(diào)查、管理、分析、優(yōu)化、決策和調(diào)控等問(wèn)題的技能，具備團(tuán)隊(duì)協(xié)作和終身學(xué)習(xí)的能力。

（二）課程建設(shè)

1.線上線下教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

教材以科學(xué)出版社陳健飛教授翻譯的《地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論（原著第九版）》為主，同時(shí)參考科學(xué)出版社華一新教授和農(nóng)業(yè)出版社劉耀林教授的《地理信息系統(tǒng)》教材。

課程共設(shè)16 章，包括緒論、坐標(biāo)系統(tǒng)、矢量數(shù)據(jù)模型、柵格數(shù)據(jù)模型、GIS 數(shù)據(jù)獲取、幾何變換、空間數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和質(zhì)量、屬性數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)顯示與地圖編制、數(shù)據(jù)探查、矢量數(shù)據(jù)分析、柵格數(shù)據(jù)分析、地形制圖與分析、視域和流域、空間插值及最小耗費(fèi)路徑分析和網(wǎng)絡(luò)分析。課程每章課后均設(shè)置有3～7 個(gè)面向ArcGIS 系統(tǒng)的實(shí)踐練習(xí)。根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)，對(duì)各章節(jié)線上、線下課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1。

表1 地理信息系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

2.SPOC 線上課程建設(shè)

采用超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)線上課程。泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是以泛在教學(xué)與混合式教學(xué)為理念，集教學(xué)互動(dòng)、資源管理、精品課程建設(shè)、教學(xué)成果展示和教學(xué)管理評(píng)估于一體的新一代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建立GIS 線上課程，明確各章節(jié)教學(xué)目標(biāo)，制定自學(xué)任務(wù)清單、制作教學(xué)課件和錄制微視頻，進(jìn)一步設(shè)計(jì)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)案例，組建拓展閱讀資料庫(kù)，建立自測(cè)試題庫(kù)。

（三）開(kāi)展混合式教學(xué)

1.線上課前自學(xué)

授課教師通知學(xué)生，根據(jù)課程任務(wù)單完成課前自學(xué)任務(wù)。學(xué)生利用線上資源進(jìn)行前期自學(xué)，包括觀看課程視頻、閱讀課件和文檔及探索完成實(shí)踐項(xiàng)目，記錄項(xiàng)目探索時(shí)遇到的問(wèn)題，以備課堂上討論和發(fā)言使用。

2.線下課堂教學(xué)

實(shí)施項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，實(shí)現(xiàn)高階性學(xué)習(xí)。以某個(gè)設(shè)定項(xiàng)目為教學(xué)情境，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)綜合、應(yīng)用和創(chuàng)新能力。針對(duì)具體項(xiàng)目，討論涉及的知識(shí)、理論與方法，解答學(xué)生心中之惑。通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和師生互動(dòng)討論，讓學(xué)生從知識(shí)接收者轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄空撸瑥谋粍?dòng)的學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)建構(gòu)者。

3.課后學(xué)習(xí)

課后完成老師布置的項(xiàng)目任務(wù)。通過(guò)線上線下的學(xué)習(xí)、討論與答疑，課后學(xué)生獨(dú)立完成老師布置的項(xiàng)目任務(wù)，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，強(qiáng)化實(shí)踐應(yīng)用能力。

4.綜合實(shí)習(xí)

圍繞國(guó)土資源調(diào)查和評(píng)價(jià)、國(guó)土空間利用優(yōu)化和規(guī)劃、國(guó)土整治與修復(fù)及土地定級(jí)與估價(jià)等行業(yè)項(xiàng)目，開(kāi)展綜合實(shí)習(xí)、科創(chuàng)競(jìng)賽和課程設(shè)計(jì)等活動(dòng)，在解決實(shí)際問(wèn)題過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力和應(yīng)用實(shí)踐能力培養(yǎng)。

（四）完善教學(xué)評(píng)價(jià)體系

發(fā)揮好教學(xué)評(píng)價(jià)的導(dǎo)向作用，突出過(guò)程性和解決問(wèn)題能力等高階性學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)。過(guò)程性評(píng)價(jià)的依據(jù)包括網(wǎng)絡(luò)課程自學(xué)記錄、課程討論積極性、章節(jié)測(cè)試和項(xiàng)目完成情況等系列活動(dòng)。解決問(wèn)題能力主要依據(jù)綜合實(shí)習(xí)、科創(chuàng)競(jìng)賽和課程設(shè)計(jì)等活動(dòng)的完成情況與效果綜合評(píng)定。通過(guò)以上評(píng)價(jià)體系，可激勵(lì)學(xué)生從淺層學(xué)習(xí)向高階學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。

四、教學(xué)效果分析

2019 年以來(lái)線下線上混合教學(xué)實(shí)踐取得了良好的效果。線上課程目前已有3.6 萬(wàn)的點(diǎn)擊量，12 個(gè)班366名學(xué)生受益。學(xué)生能夠很好地掌握地理信息系統(tǒng)的基本理論與技能，學(xué)生的高階思維與解決問(wèn)題的能力大幅提升，學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性明顯增強(qiáng)。面向高階性學(xué)習(xí)的教學(xué)改革，為后續(xù)的地籍管理、土地利用規(guī)劃學(xué)、土地資源調(diào)查與評(píng)價(jià)、土地整治學(xué)、土地復(fù)墾學(xué)和資源環(huán)境規(guī)劃等專(zhuān)業(yè)課提供了理論與方法支撐。先后組織三個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生參加了全國(guó)土地估價(jià)、土地規(guī)劃、土地國(guó)情調(diào)查和地理科學(xué)等大學(xué)生技能大賽，獲一等獎(jiǎng)4 項(xiàng)，2等獎(jiǎng)3 項(xiàng)，3 等獎(jiǎng)3 項(xiàng)，優(yōu)秀獎(jiǎng)2 項(xiàng)，學(xué)生的創(chuàng)新能力表現(xiàn)突出。

五、結(jié)束語(yǔ)

以學(xué)生能力的培養(yǎng)為目標(biāo)的高階性學(xué)習(xí)，已成為高等教育關(guān)注的焦點(diǎn)，SPOC 混合教學(xué)模式為高階性學(xué)習(xí)提供了可行的實(shí)施路徑。本文以河南農(nóng)業(yè)大學(xué)GIS 課程為研究對(duì)象，以高階性學(xué)習(xí)為導(dǎo)向，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法，開(kāi)展SPOC 線上線下混合課程建設(shè)，明確了課程建設(shè)目標(biāo)，設(shè)計(jì)了線上線下教學(xué)內(nèi)容，開(kāi)展了SPOC 混合式教學(xué)實(shí)踐，構(gòu)建了多元化綜合評(píng)價(jià)體系。新的課程教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)了以“教”為中心向以“學(xué)”為中心的轉(zhuǎn)變，由表層學(xué)習(xí)向高階性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，由知識(shí)記憶向創(chuàng)新能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，學(xué)生解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力得到顯著加強(qiáng)。