線上線下混合式教學(xué)模式在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的探索與實(shí)踐
——以“地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用”課程為例

李海峰，趙 玲

（中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙 410083）

引言

近幾年來，中國大學(xué)MOOC、果殼MOOC、網(wǎng)易公開課等一些新型在線課程和學(xué)習(xí)平臺(tái)如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。其“跨越時(shí)空”的教學(xué)方式打破了教師“教”與學(xué)生“學(xué)”的時(shí)空限制，大大豐富了教學(xué)的內(nèi)容，同時(shí)也滿足了學(xué)生學(xué)習(xí)的個(gè)性化需求，增強(qiáng)了教學(xué)的吸引力［1］。但單一的線上教學(xué)方式也存在一定的局限性，如師生之間難以互動(dòng)，教師對(duì)學(xué)生問題的解答具有延遲性，教學(xué)相長的反饋?zhàn)饔帽蝗趸?，?duì)學(xué)生的管理受到限制等［2］。另外，實(shí)驗(yàn)課不同于理論課，具有較強(qiáng)的操作性、綜合性、創(chuàng)新性特點(diǎn)。線上教學(xué)只能通過視頻“看”或“聽”到部分知識(shí)，無法對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行面對(duì)面教學(xué)，難以開展分析討論式的教學(xué)活動(dòng)。而實(shí)驗(yàn)課的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及動(dòng)手能力，促進(jìn)學(xué)生對(duì)課堂理論知識(shí)的理解和升華，并應(yīng)用于實(shí)際。顯然單一的在線學(xué)習(xí)很難達(dá)到實(shí)驗(yàn)類課程的要求。“地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用”是一門學(xué)科交叉性強(qiáng)且理論與實(shí)踐并重的課程，如何將枯燥、抽象的地理信息系統(tǒng)理論知識(shí)通過實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行理解吸收，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為學(xué)生分析問題解決問題的能力就顯得尤為重要。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，其與課堂理論教學(xué)相輔相成，是加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解、鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力、培養(yǎng)其創(chuàng)新思維的重要手段。但在實(shí)際的教學(xué)過程中，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度不足，教學(xué)手段亟待完善，主要存在如下問題。

（一）教學(xué)方法單一

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用的方法大多是先由教師講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，演示操作實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，然后學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書按部就班完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師檢查學(xué)生操作并對(duì)存在的問題進(jìn)行指導(dǎo)。這種教學(xué)方法缺少學(xué)生思考并主動(dòng)尋找和解決問題的過程，學(xué)生依賴教師和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，把實(shí)驗(yàn)當(dāng)成任務(wù)被動(dòng)地完成，在沒有深刻理解其原理的情況下只能死記操作步驟。長此以往，削弱了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)失去興趣，不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力和創(chuàng)新思維。

（二）實(shí)驗(yàn)課時(shí)不足

“地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容涵蓋地理信息的采集、加工處理、管理、分析、可視化的整個(gè)過程，涉及理論教學(xué)的所有章節(jié)，實(shí)驗(yàn)采用的軟件平臺(tái)ArcGIS功能強(qiáng)大且操作復(fù)雜。但實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)普遍偏少，往往只能完成模塊化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生難以實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件的熟練操作，更沒有時(shí)間開展綜合性、探索性的實(shí)驗(yàn)。

（三）缺少有效的評(píng)價(jià)機(jī)制

目前，實(shí)驗(yàn)課程成績大多依據(jù)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和課堂表現(xiàn)。因?yàn)槭苋肆蜁r(shí)間的限制，教師很少組織專門針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核，加之實(shí)驗(yàn)成績僅占總成績的一小部分，導(dǎo)致學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)課，課上完成任務(wù)式地“學(xué)”，課后應(yīng)付式交差，甚至存在相互抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象。缺少有效的評(píng)價(jià)機(jī)制進(jìn)行約束，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果難以保證。

二、混合式教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

針對(duì)當(dāng)前“地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的教學(xué)方法單一、實(shí)驗(yàn)課時(shí)不足、缺少有效的評(píng)價(jià)機(jī)制等問題，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中探索線上線下混合式教學(xué)模式［3］。一方面，利用可視化線上教學(xué)平臺(tái)擴(kuò)展學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間，提供多樣優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的個(gè)性化需求，以解決課堂實(shí)驗(yàn)課時(shí)不足的問題。同時(shí)，采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)手段，轉(zhuǎn)變教師和學(xué)生的角色定位，讓學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力［1，4］。另一方面，與學(xué)科競賽相結(jié)合，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方式，鍛煉學(xué)生的自主探索以及創(chuàng)新協(xié)作能力。利用線上可視化教學(xué)平臺(tái)記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，建立課前—課上—課后全過程實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系。

（一）搭建線上教學(xué)平臺(tái)

為了減少學(xué)生熟悉其他在線教學(xué)平臺(tái)的時(shí)間，在教學(xué)實(shí)施過程中采用了學(xué)校的TronClass可視化教學(xué)平臺(tái)。該平臺(tái)是中南大學(xué)面向全校師生推出的線上教學(xué)平臺(tái)，具備課程管理、資源管理以及學(xué)生管理等功能［5］。教師可以在自己承擔(dān)的課程管理模塊下上傳教學(xué)課件、教學(xué)視頻，布置作業(yè)，設(shè)置測試、討論等一系列教學(xué)活動(dòng)。對(duì)學(xué)生而言，可以自由選擇時(shí)間學(xué)習(xí)教學(xué)課件和教學(xué)視頻、參與課后討論、完成作業(yè)及測試，TronClass平臺(tái)將完整記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡。教學(xué)活動(dòng)結(jié)束后，系統(tǒng)可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的次數(shù)和時(shí)長、作業(yè)以及考試的分?jǐn)?shù)情況。TronClass平臺(tái)的使用有利于學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)，也方便教師對(duì)學(xué)生的過程學(xué)習(xí)進(jìn)行跟蹤與評(píng)價(jià)，為線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利實(shí)施提供了保障。

（二）重構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

“地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用”課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及GIS數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、分析、可視化的全部流程［6］。線上線下教學(xué)模式延伸了學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間，也拓展了教師的教學(xué)內(nèi)容。重新梳理了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，將實(shí)驗(yàn)劃分為基礎(chǔ)操作、應(yīng)用分析和項(xiàng)目訓(xùn)練三種類型。基礎(chǔ)操作類實(shí)驗(yàn)主要學(xué)習(xí)軟件的基礎(chǔ)模塊工具和菜單命令，鍛煉學(xué)生的基本操作技能，主要包括地圖投影、數(shù)據(jù)預(yù)處理、空間數(shù)據(jù)編輯以及空間數(shù)據(jù)庫實(shí)驗(yàn)。應(yīng)用分析類實(shí)驗(yàn)主要包括路徑分析、選址分析、地形分析、水文分析等［7］。主要培養(yǎng)學(xué)生掌握各類分析工具的使用技能，同時(shí)鍛煉學(xué)生應(yīng)用GIS分析工具解決應(yīng)用問題的能力。項(xiàng)目訓(xùn)練類實(shí)驗(yàn)與GIS專業(yè)學(xué)科競賽內(nèi)容相結(jié)合，大多來自實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用題目，具有應(yīng)用性、綜合性和創(chuàng)新性等特點(diǎn)。主要鍛煉和提升學(xué)生的綜合應(yīng)用、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；同時(shí)，將學(xué)科競賽的內(nèi)容納入實(shí)驗(yàn)教學(xué)［8］，為學(xué)生參加學(xué)科競賽做準(zhǔn)備。

（三）分類型線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

不同類型的實(shí)驗(yàn)具有不同的特點(diǎn)，根據(jù)不同的特點(diǎn)采用不同的教學(xué)方法才能達(dá)到良好的教學(xué)效果，實(shí)施方案如圖1所示?；A(chǔ)類實(shí)驗(yàn)主要以驗(yàn)證為主，有比較詳細(xì)的操作步驟說明，目的是讓學(xué)生熟悉軟件的功能。主要采用線上自主學(xué)習(xí)的方式，將實(shí)驗(yàn)任務(wù)書、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)微視頻、自主學(xué)習(xí)資料等上傳到TronClass平臺(tái)，學(xué)生可以自由選擇時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，不受課堂學(xué)習(xí)的時(shí)間和時(shí)長限制。教師通過平臺(tái)監(jiān)督、管理和掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對(duì)存在的共性問題利用平臺(tái)的討論區(qū)或QQ群開展討論。應(yīng)用分析類的實(shí)驗(yàn)主要讓學(xué)生掌握空間分析的方法及相關(guān)工具，可以靈活運(yùn)用其解決某一類應(yīng)用問題。相比基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用分析類實(shí)驗(yàn)具有步驟復(fù)雜性和方法多樣性的特點(diǎn)，可采用線上+線下的教學(xué)方式。在線下課堂中引導(dǎo)學(xué)生分析問題，聯(lián)系課上所講的理論知識(shí)提出解決問題的思路，并討論解題步驟。學(xué)生線上根據(jù)指導(dǎo)視頻和自主學(xué)習(xí)資料自行完成實(shí)驗(yàn)步驟并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，提交到TronClass平臺(tái)。線下集中討論+線上自由學(xué)習(xí)的混合模式讓教學(xué)以學(xué)生為中心，更加符合學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，提高了教學(xué)效果。項(xiàng)目訓(xùn)練類實(shí)驗(yàn)更具備應(yīng)用性、綜合性和創(chuàng)新性特點(diǎn)，采用線上+線下+線上二次翻轉(zhuǎn)混合教學(xué)模式。教學(xué)過程主要包括課前線上準(zhǔn)備、課上線下探索和課后線上完善三個(gè)部分。上課前，教師提前在教學(xué)平臺(tái)上發(fā)布實(shí)驗(yàn)任務(wù)、上傳相關(guān)學(xué)習(xí)資料；學(xué)生了解教學(xué)任務(wù)，通過實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)視頻和精品課程等資料進(jìn)行自主學(xué)習(xí)；師生通過平臺(tái)的討論區(qū)和QQ群進(jìn)行交流互動(dòng)，教師收集整理學(xué)生的共性問題和難點(diǎn)問題，再在線下課堂進(jìn)行講解和演示。經(jīng)過第一次翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和操作的感知，形成初步的應(yīng)用能力。第二次翻轉(zhuǎn)課堂通過項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)法將課堂擴(kuò)展到課外。課堂指導(dǎo)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目任務(wù)展開分析，以小組為單位討論形成初步方案。課后小組分工合作完成項(xiàng)目任務(wù)并撰寫項(xiàng)目報(bào)告，對(duì)存在的問題進(jìn)行線上交流和討論，最后在TronClass平臺(tái)提交作品。教師線上評(píng)閱項(xiàng)目報(bào)告和作品并給出完整評(píng)價(jià)。第二次翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)現(xiàn)綜合應(yīng)用能力的提升以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)，是翻轉(zhuǎn)課堂的再翻轉(zhuǎn)。

圖1 分類型線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施方案

（四）建立教學(xué)全過程評(píng)價(jià)體系

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是整個(gè)教學(xué)過程的主要環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)成績也是課程總成績的一部分。科學(xué)合理的評(píng)價(jià)方法既要對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行精確和公平的評(píng)價(jià)，又要在整個(gè)教學(xué)過程中起到促進(jìn)作用，通過考核評(píng)價(jià)這個(gè)指揮棒，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中注重能力的提升，而避免突擊學(xué)習(xí)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)針對(duì)課前—課上—課后的教學(xué)全過程：（1）考查學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)情況。與傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式不同，線上自主學(xué)習(xí)的靈活性和自主性更強(qiáng)，教師能對(duì)其管理和評(píng)價(jià)。學(xué)校的TronClass平臺(tái)記錄了學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，為實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控提供了很好的手段。（2）通過查看TronClass平臺(tái)記錄的下載學(xué)習(xí)資料次數(shù)、參與討論次數(shù)、觀看教學(xué)視頻的完成度、線上測試成績等，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和自主學(xué)習(xí)情況。（3）課上考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和參與課堂交流的活躍度。（4）通過課后實(shí)驗(yàn)成果及報(bào)告評(píng)分，考查實(shí)驗(yàn)方案的正確性、文檔撰寫的規(guī)范性以及成果的美觀性。根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)類型和實(shí)驗(yàn)難易程度設(shè)置不同的權(quán)重，對(duì)學(xué)生的每一次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行合理評(píng)價(jià)。

結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程教學(xué)的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、鍛煉學(xué)生分析問題解決問題能力的重要環(huán)節(jié)。線上線下混合模式擴(kuò)展了教師“教”與學(xué)生“學(xué)”的時(shí)間與空間；翻轉(zhuǎn)課堂的融入轉(zhuǎn)變了學(xué)生的學(xué)習(xí)定位，培養(yǎng)了學(xué)生的自主探索能力；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了學(xué)生的綜合應(yīng)用和協(xié)作創(chuàng)新能力；全過程精確的評(píng)價(jià)體系對(duì)整個(gè)教學(xué)起到監(jiān)督與促進(jìn)的作用，促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中注重能力提升。該改革方案在筆者所擔(dān)任課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中取得了良好的效果，但混合式教學(xué)的實(shí)施要注意線上線下教學(xué)內(nèi)容的比例分配，不宜布置過多的線上學(xué)習(xí)內(nèi)容，這樣會(huì)加重學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，甚至出現(xiàn)適得其反的效果。