基于cMOOC的高校虛擬地理環境教學模式改革

宋根鑫 翟石艷 潘少奇

摘要：本文對近二十年虛擬地理環境（VGE）及其相關研究作了較全面的回顧，指出了VGE教學模式存在的問題：內容體系不統一，重點、難點講述過于簡單，缺乏實驗實習指導參考書，并介紹了MOOC教學理念和方法的興起，重點闡述了cMOOC平臺的理念和教學模式。基于cMOOC教學模式的優勢，對VGE課程教學模式進行探索，初步提出了基于cMOOC技術的VGE平臺搭建的思路和主要模塊。

關鍵詞：虛擬地理環境；cMOOC；教學模式；平臺建設

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）40-0108-03

虛擬地理環境（Virtual Geography Environment，VGE）的產生源自于3S技術和虛擬現實技術的發展，是由地理學與地理信息科學的學者提出的一個跨學科研究的新方向[1-3]，旨在實現地理環境的模擬分析與表達，提供數字城市、智慧城市運行所需的環境以及信息表達、交互的界面，改變傳統的空間認知與數據獲取方式。目前，國內理工科院校的地理信息系統專業都把“虛擬地理環境”作為核心課程來開設，對學生的知識構建起著重要的作用。筆者在河南大學環境與規劃學院本科生《虛擬地理環境》課程的教學實踐過程中發現，《虛擬地理環境》課程設置和教學安排存在著一些突出問題，比如：缺乏統一的教材和教學大綱；教學內容龐雜，體系不統一；重點、難點講述過于簡單和缺乏實驗實習指導參考書。

2012年，大規模在線開放課程（Massive Open Online Course，MOOC）作為一種新型在線教育模式闖入人們的視野，給互聯網產業及在線學習高等教育帶來巨大影響[4]。它的出現將對目前的高等教育產生革命性的影響。MOOC教育模式將改變“高校以教師為中心，以教材為中心，以教室為中心”的被動學習模式，實現了自主化、個性化、網絡化、分布知識化的學習模式。鑒于此，本文首先對虛擬地理環境研究的進展和存在問題做了較全面的回顧，之后梳理了cMOOC興起、發展和平臺特點做了介紹。然后基于cMOOC平臺的優勢，嘗試提出基于cMOOC技術的VGE平臺搭建思路。

一、VGE課程教學中的問題

20世紀90年代以后，虛擬現實的理論、技術和應用取得了長足的發展。借助虛擬現實技術發展的契機，在互聯網、數據庫、三維建模和3S技術繁榮的基礎上，中國學者提出了構建和應用虛擬地理環境（VGE）的研究方向。之后，中國政府和教育界從高校、研究機構和社會企業等多方面對此技術的發展給予了支持。國家“863”計劃和國家自然科學基金會均設立了支持VGE及應用的研究項目。中央和地方政府資助了多項虛擬地理環境基礎系統。另外，在國內具有地理學或測繪學背景的重點院校成立了VGE相關的重點實驗室和研究創新團隊，如北京大學的地球科學虛擬仿真實驗教學中心、武漢大學的虛擬現實實驗室、中科院遙感所創新團隊、南京師范大學設立的虛擬地理環境教育部重點實驗室。同時，中科院遙感所、北京大學、武漢大學、香港中文大學等高校和研究機構招收VGE相關研究方向的碩士、博士研究生。另外，一些高校針對地理信息系統專業的本科生，開設了虛擬地理環境的課程，提高了學生虛擬地理環境的開發能力和分析解決地理問題的能力。

筆者在虛擬地理環境課程教學實踐中發現，目前國內市面上與虛擬地理環境相關的圖書多是針對三維城市、虛擬城市、數碼城市項目建設的叢書，虛擬地理環境課程尚無統一教材，導致在高校本科和研究生教學中存在一些突出的問題。

1.內容體系不統一。目前出版的相關教材，如龔建華等人編寫的《虛擬地理環境——在線虛擬現實的地理學透視》、朱慶等人編寫的《數碼城市地理信息系統》等均是基于地理學的視角來研究數字城市圖書的。然而，這些圖書的內容體系不一，側重點各不相同。比如，《數碼城市地理信息系統》偏重于介紹三維城市建模的問題；《虛擬城市建設原理與方法》的重點在于講解虛擬城市建設的技術、方法論、建模語言等內容。另外，上述圖書中的內容體系邏輯不連貫，繁簡敘述不當，對于初次接觸虛擬地理環境課程的本科生來講，顯得邏輯不清晰，內容偏難，影響了學生對基本理論的理解和掌握。

2.重點、難點講述過于簡單。例如，虛擬城市數據獲取及組織方法，如數據的獲取方式僅僅用文字性描述，包括地圖數字化、全數字攝影測量、激光掃描測量等，而沒有給出每類獲取方式的詳細數據樣例；建模方法也是僅列出幾種建模方式，缺少建模方式的實例指導以及適用性分析。

3.缺乏實驗實習指導參考書。虛擬地理環境是一門實踐性很強的課程，只有通過實習實驗，才能加深對基本理論的理解，提高實際應用的能力。然而目前尚無一套與相關教材配套、同步的實習參考書。

鑒于此，亟需改變傳統的以教材、教師為中心的教學模式，基于新的技術和教育模式，使學生真正成為課程的主角，充分地調動其積極性和自主性。

二、cMOOC興起與發展

1.MOOC簡介。MOOC（massive open online courses）又稱慕課，即大型開放式網絡課程，是互聯網時代開放教育領域的新型課程模式，具有開放性、大規模、社會化、個性化、自組織、互動性等特點[5]。2007年8月，大衛·懷利首次在猶他州州立大學開設了大型開放式網絡課程。課程開設初始，只有5個研究生選修，后來擴展到來自8個國家的50個學生選修。隨著該教學模式理念得到認同，世界上一些著名的大學和大公司開始極力推動此項技術和教學模式的發展。比如，2012年美國的頂尖大學陸續設立了網絡學習平臺并提供了在線免費課程，Coursera、Udacity、edX三大課程提供商的興起，給更多學生提供了系統學習的可能。2013年2月，新加坡國立大學與美國公司Coursera合作，推出了量子物理學和古典音樂創作的網絡課程。國內，2013年中國復旦大學通過與Coursera公司的合作，也陸續開設了共享課程。尤為矚目的是清華大學與美國在線教育平臺edX正式合作，使得清華大學成為亞洲首批加入MOOC的高校之一。MOOC這種新的教學模式、知識共享模式的發展和革新，將促進整個高等教育生態鏈的變革，使所有大學真正的成為開放大學。目前，MOOCs課程包含以“聯通主義與連接性知識”為特點的cMOOC的教學模式和以“行為主義和標準化”為特點的xMOOC的教學模式。其中，cMOOC的教學模式更加注重于自主化學習和學習網絡構成，將課程設計者、教學者、學習者和學習資源通過互聯網構成一個有機整體，不僅僅關注于淺層次知識傳播，更加關注將網絡中不同人的思想交流，引發知識創新，使面向批判理解、信息整合、知識構建、遷移運用和問題解決的“深度學習”真正發生。而xMOOC教學模式關注于將商業資本和社會運作模式革新高等教育生態鏈，使得名校的精品課程通過標準化教學實現教學資源的規模化和全球化。

2.cMOOC平臺特點。cMOOC作為一種變革學習方式的方案于2008年被提出，并以喬治·西蒙斯（George Siemens）與斯蒂芬·唐斯（Stephen Downs）合作開設的“聯通主義與連接性知識”（Connectivism and Connective Knowledge，CCK08）課程為代表。該模式理念在于強調基于網絡環境的聯通主義學習理論來闡釋和理解網絡環境下學習的基本特征，并認為在知識經濟和網絡時代，人的學習處于一種網絡結構中，是一個有針對性獲取學習資源，與其他相關人員交流、探討、學習、吸收、轉化、創新知識的過程[6]。基于聯通和網絡化學習理念的cMOOC教學模式將學習資料的設計者、教學者、學習者和學習資源構成一個有機的整體，更加注重于思想性的非結構化知識的傳播、思維能力、動手能力和解決問題的培養，以及團體協作意識和分布式認識，解決問題能力的提升。該教學模式如圖1所示，充分發揮了學生的主動性和自主性，瀏覽下載課程相關內容，主動參與討論、提問，并完成作業，結業。教師則負責提供課程內容、學習資料、組織討論、答疑，并對作業打分。

三、基于cMOOC平臺的VGE課程教學模式探索

1.基于cMOOC技術的VGE平臺分析。高等學校地理專業和測繪專業所開設的虛擬地理環境課程是集理論學習和實踐學習于一體的課程。扎實的理論知識和動手能力，對于該課程的學習、理解、掌握、應用至關重要。然而，目前國內虛擬地理環境課程的教學中存在一系列的問題，比如：①尚無統一的教材；②重點、難點講述過于簡單；③缺乏實驗實習指導參考書；④缺乏課堂討論和視頻指導。學生按照傳統的課堂教學模式學習，缺乏自主性和靈活性，一旦錯過教師的課堂講解將無法完成相關的實踐作業。因此，學生急需改變傳統的授課模式，希望通過網絡了解課程的重點和難點，自主搜索下載其他學校的學習資源，在BBS或者虛擬社區中與教師、同學及他人交流，完成作業和自我測評。因此，本文認為融合cMOOC技術的VGE課程平臺應該包括cMOOC網絡登錄入口、cMOOC課程網絡數據庫、自主開發的VGE課程資源數據庫、管理人員庫，如圖2所示。

如圖2所示，學生用戶需要首先注冊登錄網絡的cMOOC平臺課程資源庫和自主開發的VGE資源庫，然后根據課程每次課的具體目標，分別登錄系統后，在cMOOC平臺課程資源庫和自主開發的VGE資源庫中，搜索相關的內容，然后進行下載、學習，所有的資源數據的申請和管理均需在管理員的監督管理下進行。

2.基于cMOOC技術的VGE平臺建設。依據虛擬地理環境課程教學實踐經驗，該課程屬于理論和實踐并重的課程。在課程完成的過程中，需要學生和教師的極力配合。其中教師應當做的工作包括：①構建VGE課程資源庫，并提供注冊和登錄接口；②在學習資源庫中提供分章節的課程目標、課件、參考資料、多媒體實驗素材、音頻影像等各類資料；③構建在線討論虛擬空間，在教師的主導下，進行多人討論、互動、提問和答疑；④根據課程中所安排的實踐環節要求，安排作業并進行批改評分。

學生在該系統中所要完成的工作包括：①根據VGE課程的要求，注冊登錄用戶；②按照課程進度，從數據庫系統中下載相關的學習資料；③認真對待實踐作業，主動參加在線討論學習并提問；④參加在教師主導下的講座，答疑活動；④利用多種社交媒體工具，比如Second life、網易視頻、微博、微信、BBS空間等；⑤完成并提交作業，結業。

因此，基于cMOOC技術的VGE平臺建設如圖3所示。所有用戶進入該系統均需要注冊登陸，然后進入同一個系統主界面后分別進入各自的入口（教師入口或者學生入口），完成相應的任務。

基于cMOOC平臺的VGE課程教學模式的探索，不僅可以改變此課程教學中存在的問題，增加此課程的針對性、趣味性和實用性，更為包含實踐教學和理論教學的技術類課程的改革提供了重要參考。然而，cMOOC的發展還處于探索階段，究竟哪種實現方式更利于教學仍然是個未知數。因此，面對教育發展的機遇，如何學習和利用cMOOC更新教學理念、方法，重新定位教師在課程中的角色、組織課堂內容、重組課堂管理方式，都是值得深入思考和探索的內容。

參考文獻：

[1]龔建華，林琿.虛擬地理環境：在線虛擬現實的地理學透視[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]林琿，龔建華.論虛擬地理環境[J].測繪學報，2002，（01）：1-6.

[3]林琿，龔建華，施晶晶.從地圖到地理信息系統與虛擬地理環境——試論地理學語言的演變[J].地理與地理信息科學，2003，（4）：18-23.

[4]韓錫斌，翟文峰，程建鋼.cMOOC與xMOOC的辨證分析及高等教育生態鏈整合[J].現代遠程教育研究，2013，（6）：3-10.

[5]楊海，張乃千，劉珍藍，胡罡.基于cMOOC和xMOOC的軍隊院校大學計算機MOOC教學[J].計算機教育，2014，（16）：5-8.

[6]林琿，黃鳳茹，閭國年.虛擬地理環境研究的興起與實驗地理學新方向[J].地理學報，2009，（1）：7-20.