基于cMOOC的高校虛擬地理環(huán)境教學(xué)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(huán)境（VGE）及其相關(guān)研究作了較全面的回顧，指出了VGE教學(xué)模式存在的問題：內(nèi)容體系不統(tǒng)一，重點、難點講述過于簡單，缺乏實驗實習(xí)指導(dǎo)參考書，并介紹了MOOC教學(xué)理念和方法的興起，重點闡述了cMOOC平臺的理念和教學(xué)模式。基于cMOOC教學(xué)模式的優(yōu)勢，對VGE課程教學(xué)模式進(jìn)行探索，初步提出了基于cMOOC技術(shù)的VGE平臺搭建的思路和主要模塊。

關(guān)鍵詞：虛擬地理環(huán)境；cMOOC；教學(xué)模式；平臺建設(shè)

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

虛擬地理環(huán)境（Virtual Geography Environment，VGE）的產(chǎn)生源自于3S技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，是由地理學(xué)與地理信息科學(xué)的學(xué)者提出的一個跨學(xué)科研究的新方向[1-3]，旨在實現(xiàn)地理環(huán)境的模擬分析與表達(dá)，提供數(shù)字城市、智慧城市運行所需的環(huán)境以及信息表達(dá)、交互的界面，改變傳統(tǒng)的空間認(rèn)知與數(shù)據(jù)獲取方式。目前，國內(nèi)理工科院校的地理信息系統(tǒng)專業(yè)都把“虛擬地理環(huán)境”作為核心課程來開設(shè)，對學(xué)生的知識構(gòu)建起著重要的作用。筆者在河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院本科生《虛擬地理環(huán)境》課程的教學(xué)實踐過程中發(fā)現(xiàn)，《虛擬地理環(huán)境》課程設(shè)置和教學(xué)安排存在著一些突出問題，比如：缺乏統(tǒng)一的教材和教學(xué)大綱；教學(xué)內(nèi)容龐雜，體系不統(tǒng)一；重點、難點講述過于簡單和缺乏實驗實習(xí)指導(dǎo)參考書。

2012年，大規(guī)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(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)及在線學(xué)習(xí)高等教育帶來巨大影響[4]。它的出現(xiàn)將對目前的高等教育產(chǎn)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(xué)習(xí)模式，實現(xiàn)了自主化、個性化、網(wǎng)絡(luò)化、分布知識化的學(xué)習(xí)模式。鑒于此，本文首先對虛擬地理環(huán)境研究的進(jìn)展和存在問題做了較全面的回顧，之后梳理了cMOOC興起、發(fā)展和平臺特點做了介紹。然后基于cMOOC平臺的優(yōu)勢，嘗試提出基于cMOOC技術(shù)的VGE平臺搭建思路。

一、VGE課程教學(xué)中的問題

20世紀(jì)90年代以后，虛擬現(xiàn)實的理論、技術(shù)和應(yīng)用取得了長足的發(fā)展。借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的契機(jī)，在互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫、三維建模和3S技術(shù)繁榮的基礎(chǔ)上，中國學(xué)者提出了構(gòu)建和應(yīng)用虛擬地理環(huán)境（VGE）的研究方向。之后，中國政府和教育界從高校、研究機(jī)構(gòu)和社會企業(yè)等多方面對此技術(shù)的發(fā)展給予了支持。國家“863”計劃和國家自然科學(xué)基金會均設(shè)立了支持VGE及應(yīng)用的研究項目。中央和地方政府資助了多項虛擬地理環(huán)境基礎(chǔ)系統(tǒng)。另外，在國內(nèi)具有地理學(xué)或測繪學(xué)背景的重點院校成立了VGE相關(guān)的重點實驗室和研究創(chuàng)新團(tuán)隊，如北京大學(xué)的地球科學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)中心、武漢大學(xué)的虛擬現(xiàn)實實驗室、中科院遙感所創(chuàng)新團(tuán)隊、南京師范大學(xué)設(shè)立的虛擬地理環(huán)境教育部重點實驗室。同時，中科院遙感所、北京大學(xué)、武漢大學(xué)、香港中文大學(xué)等高校和研究機(jī)構(gòu)招收VGE相關(guān)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(tǒng)專業(yè)的本科生，開設(shè)了虛擬地理環(huán)境的課程，提高了學(xué)生虛擬地理環(huán)境的開發(fā)能力和分析解決地理問題的能力。

筆者在虛擬地理環(huán)境課程教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)市面上與虛擬地理環(huán)境相關(guān)的圖書多是針對三維城市、虛擬城市、數(shù)碼城市項目建設(shè)的叢書，虛擬地理環(huán)境課程尚無統(tǒng)一教材，導(dǎo)致在高校本科和研究生教學(xué)中存在一些突出的問題。

1.內(nèi)容體系不統(tǒng)一。目前出版的相關(guān)教材，如龔建華等人編寫的《虛擬地理環(huán)境——在線虛擬現(xiàn)實的地理學(xué)透視》、朱慶等人編寫的《數(shù)碼城市地理信息系統(tǒng)》等均是基于地理學(xué)的視角來研究數(shù)字城市圖書的。然而，這些圖書的內(nèi)容體系不一，側(cè)重點各不相同。比如，《數(shù)碼城市地理信息系統(tǒng)》偏重于介紹三維城市建模的問題；《虛擬城市建設(shè)原理與方法》的重點在于講解虛擬城市建設(shè)的技術(shù)、方法論、建模語言等內(nèi)容。另外，上述圖書中的內(nèi)容體系邏輯不連貫，繁簡敘述不當(dāng)，對于初次接觸虛擬地理環(huán)境課程的本科生來講，顯得邏輯不清晰，內(nèi)容偏難，影響了學(xué)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(shù)據(jù)獲取及組織方法，如數(shù)據(jù)的獲取方式僅僅用文字性描述，包括地圖數(shù)字化、全數(shù)字?jǐn)z影測量、激光掃描測量等，而沒有給出每類獲取方式的詳細(xì)數(shù)據(jù)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(dǎo)以及適用性分析。

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

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

二、cMOOC興起與發(fā)展

1.MOOC簡介。MOOC（massive open online courses）又稱慕課，即大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程，是互聯(lián)網(wǎng)時代開放教育領(lǐng)域的新型課程模式，具有開放性、大規(guī)模、社會化、個性化、自組織、互動性等特點[5]。2007年8月，大衛(wèi)·懷利首次在猶他州州立大學(xué)開設(shè)了大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程。課程開設(shè)初始，只有5個研究生選修，后來擴(kuò)展到來自8個國家的50個學(xué)生選修。隨著該教學(xué)模式理念得到認(rèn)同，世界上一些著名的大學(xué)和大公司開始極力推動此項技術(shù)和教學(xué)模式的發(fā)展。比如，2012年美國的頂尖大學(xué)陸續(xù)設(shè)立了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)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(xué)生提供了系統(tǒng)學(xué)習(xí)的可能。2013年2月，新加坡國立大學(xué)與美國公司Coursera合作，推出了量子物理學(xué)和古典音樂創(chuàng)作的網(wǎng)絡(luò)課程。國內(nèi)，2013年中國復(fù)旦大學(xué)通過與Coursera公司的合作，也陸續(xù)開設(shè)了共享課程。尤為矚目的是清華大學(xué)與美國在線教育平臺edX正式合作，使得清華大學(xué)成為亞洲首批加入MOOC的高校之一。MOOC這種新的教學(xué)模式、知識共享模式的發(fā)展和革新，將促進(jìn)整個高等教育生態(tài)鏈的變革，使所有大學(xué)真正的成為開放大學(xué)。目前，MOOCs課程包含以“聯(lián)通主義與連接性知識”為特點的cMOOC的教學(xué)模式和以“行為主義和標(biāo)準(zhǔn)化”為特點的xMOOC的教學(xué)模式。其中，cMOOC的教學(xué)模式更加注重于自主化學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，將課程設(shè)計者、教學(xué)者、學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)資源通過互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成一個有機(jī)整體，不僅僅關(guān)注于淺層次知識傳播，更加關(guān)注將網(wǎng)絡(luò)中不同人的思想交流，引發(fā)知識創(chuàng)新，使面向批判理解、信息整合、知識構(gòu)建、遷移運用和問題解決的“深度學(xué)習(xí)”真正發(fā)生。而xMOOC教學(xué)模式關(guān)注于將商業(yè)資本和社會運作模式革新高等教育生態(tài)鏈，使得名校的精品課程通過標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)實現(xiàn)教學(xué)資源的規(guī)模化和全球化。

2.cMOOC平臺特點。cMOOC作為一種變革學(xué)習(xí)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(shè)的“聯(lián)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(qiáng)調(diào)基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的聯(lián)通主義學(xué)習(xí)理論來闡釋和理解網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下學(xué)習(xí)的基本特征，并認(rèn)為在知識經(jīng)濟(jì)和網(wǎng)絡(luò)時代，人的學(xué)習(xí)處于一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，是一個有針對性獲取學(xué)習(xí)資源，與其他相關(guān)人員交流、探討、學(xué)習(xí)、吸收、轉(zhuǎn)化、創(chuàng)新知識的過程[6]。基于聯(lián)通和網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)理念的cMOOC教學(xué)模式將學(xué)習(xí)資料的設(shè)計者、教學(xué)者、學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)資源構(gòu)成一個有機(jī)的整體，更加注重于思想性的非結(jié)構(gòu)化知識的傳播、思維能力、動手能力和解決問題的培養(yǎng)，以及團(tuán)體協(xié)作意識和分布式認(rèn)識，解決問題能力的提升。該教學(xué)模式如圖1所示，充分發(fā)揮了學(xué)生的主動性和自主性，瀏覽下載課程相關(guān)內(nèi)容，主動參與討論、提問，并完成作業(yè)，結(jié)業(yè)。教師則負(fù)責(zé)提供課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)資料、組織討論、答疑，并對作業(yè)打分。

三、基于cMOOC平臺的VGE課程教學(xué)模式探索

1.基于cMOOC技術(shù)的VGE平臺分析。高等學(xué)校地理專業(yè)和測繪專業(yè)所開設(shè)的虛擬地理環(huán)境課程是集理論學(xué)習(xí)和實踐學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)、理解、掌握、應(yīng)用至關(guān)重要。然而，目前國內(nèi)虛擬地理環(huán)境課程的教學(xué)中存在一系列的問題，比如：①尚無統(tǒng)一的教材；②重點、難點講述過于簡單；③缺乏實驗實習(xí)指導(dǎo)參考書；④缺乏課堂討論和視頻指導(dǎo)。學(xué)生按照傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式學(xué)習(xí)，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(guān)的實踐作業(yè)。因此，學(xué)生急需改變傳統(tǒng)的授課模式，希望通過網(wǎng)絡(luò)了解課程的重點和難點，自主搜索下載其他學(xué)校的學(xué)習(xí)資源，在BBS或者虛擬社區(qū)中與教師、同學(xué)及他人交流，完成作業(yè)和自我測評。因此，本文認(rèn)為融合cMOOC技術(shù)的VGE課程平臺應(yīng)該包括cMOOC網(wǎng)絡(luò)登錄入口、cMOOC課程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫、自主開發(fā)的VGE課程資源數(shù)據(jù)庫、管理人員庫，如圖2所示。

如圖2所示，學(xué)生用戶需要首先注冊登錄網(wǎng)絡(luò)的cMOOC平臺課程資源庫和自主開發(fā)的VGE資源庫，然后根據(jù)課程每次課的具體目標(biāo)，分別登錄系統(tǒng)后，在cMOOC平臺課程資源庫和自主開發(fā)的VGE資源庫中，搜索相關(guān)的內(nèi)容，然后進(jìn)行下載、學(xué)習(xí)，所有的資源數(shù)據(jù)的申請和管理均需在管理員的監(jiān)督管理下進(jìn)行。

2.基于cMOOC技術(shù)的VGE平臺建設(shè)。依據(jù)虛擬地理環(huán)境課程教學(xué)實踐經(jīng)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(xué)生和教師的極力配合。其中教師應(yīng)當(dāng)做的工作包括：①構(gòu)建VGE課程資源庫，并提供注冊和登錄接口；②在學(xué)習(xí)資源庫中提供分章節(jié)的課程目標(biāo)、課件、參考資料、多媒體實驗素材、音頻影像等各類資料；③構(gòu)建在線討論虛擬空間，在教師的主導(dǎo)下，進(jìn)行多人討論、互動、提問和答疑；④根據(jù)課程中所安排的實踐環(huán)節(jié)要求，安排作業(yè)并進(jìn)行批改評分。

學(xué)生在該系統(tǒng)中所要完成的工作包括：①根據(jù)VGE課程的要求，注冊登錄用戶；②按照課程進(jìn)度，從數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中下載相關(guān)的學(xué)習(xí)資料；③認(rèn)真對待實踐作業(yè)，主動參加在線討論學(xué)習(xí)并提問；④參加在教師主導(dǎo)下的講座，答疑活動；④利用多種社交媒體工具，比如Second life、網(wǎng)易視頻、微博、微信、BBS空間等；⑤完成并提交作業(yè)，結(jié)業(yè)。

因此，基于cMOOC技術(shù)的VGE平臺建設(shè)如圖3所示。所有用戶進(jìn)入該系統(tǒng)均需要注冊登陸，然后進(jìn)入同一個系統(tǒng)主界面后分別進(jìn)入各自的入口（教師入口或者學(xué)生入口），完成相應(yīng)的任務(wù)。

基于cMOOC平臺的VGE課程教學(xué)模式的探索，不僅可以改變此課程教學(xué)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(xué)和理論教學(xué)的技術(shù)類課程的改革提供了重要參考。然而，cMOOC的發(fā)展還處于探索階段，究竟哪種實現(xiàn)方式更利于教學(xué)仍然是個未知數(shù)。因此，面對教育發(fā)展的機(jī)遇，如何學(xué)習(xí)和利用cMOOC更新教學(xué)理念、方法，重新定位教師在課程中的角色、組織課堂內(nèi)容、重組課堂管理方式，都是值得深入思考和探索的內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔建華，林琿.虛擬地理環(huán)境：在線虛擬現(xiàn)實的地理學(xué)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(huán)境[J].測繪學(xué)報，2002，（01）：1-6.

[3]林琿，龔建華，施晶晶.從地圖到地理信息系統(tǒng)與虛擬地理環(huán)境——試論地理學(xué)語言的演變[J].地理與地理信息科學(xué)，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(tài)鏈整合[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2013，（6）：3-10.

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

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