大地控制測量的混合式教學設計與實踐

田桂娥， 黃聲享， 楊久東， 汪金花

(1. 華北理工大學 礦業工程學院， 河北 唐山 063210; 2. 武漢大學 測繪學院， 武漢 430079)

0 引 言

教育部發布的《教育信息化十年發展規劃(2011-2020)》,意味著高等學校教學要與時俱進，將先進的信息技術與大學課堂深度融合[1-2]。近5年來,隨著信息技術和計算機的發展，MOOC、微課等大型網絡課程相繼出現，給傳統課堂帶來重大變革，從時間、空間、教學形式、教學手段、教學理念的全面變革，給學習者提供了更多獲取知識的渠道，但MOOC和微課更多強調單向知識的傳輸，學習體驗效果不理想，學習動力激發不足等。SPOC和FCM的出現進一步推動了全國高校建設網絡課程的熱潮[3-5]。我校自2013年引入清華大學研制的清華教育在線網絡教學平臺，2016年初在全校開展了混合式教學課程試點工作，借此我校全面拉開混合式教學的帷幕，大地控制測量是這18門試點課程之一。

大地控制測量課程是面對測繪工程專業開設的一門專業核心課程，該課程涉及先修課程線性代數、測量學、測量平差基礎、數字化測圖原理與應用等課程的基礎知識，且課程內容多、理論抽象、公式多、計算量大，學生學起來積極性不高、學不懂，老師教起來費勁，課時不夠用。為了在有限的時間內，學有所成，極大地激發學生的學習興趣，充分體現學生學習的主體作用，更好地發揮教師的指導和引領作用，達到最佳的學習效果，本研究從大地控制測量課程的教學目標出發，重新構建了有效的知識體系，設計了大地控制測量混合式教學的實施步驟，多元化的教學評價系統保障混合式教學的實施效果，最后通過問卷調查有效反饋混合式教學效果并在此基礎上提出改進措施，為后續教學提供參考。

1 大地控制測量課程混合式教學的設計理念

混合式教學是指在適當的時間、適當的地點，通過適當的媒體技術，提供與適當的學習環境相吻合的資源的活動，從而取得最優教學效果的一種教學方式[6-9]。混合式教學更多強調學習者的主體作用，而教師作為組織者、引導者、解惑者。教師有效的引導和組織是混合式教學取得良好效果的關鍵。與傳統課堂相比，混合式教學過程更加靈活，教學設計和組織方式更能立足課程實際，更能適合學習者個性化的需求[10-11]。大地控制測量混合式教學本著如下混合式教學理念進行了詳細的教學設計，為混合式教學的開展奠定基礎。

(1) 以構建完整、有效的知識體系為基礎。任何能力的提升都是以扎實的知識為基礎的，為了做到知識結構清晰連貫、層次分明、資源豐富、深入淺出，能夠滿足不同層次學生的個性化需求，構建了“兩模塊、三層次”的知識結構[12-13]。

根據大地控制測量課程的特點和前后知識的銜接性，大地控制測量課程內容可分為精密測量和橢球內業計算兩大模塊。① 精密測量模塊包含大地控制網的布設、精密距離測量、精密角度測量、精密高程測量4個專題。精密測量主要是通過外業手段，采用精密測量的方法獲取測量數據。精密測量模塊內容與外業實踐緊密結合，要配合大量實驗和工程案例、討論、演講等完成，這是大地控制測量的基礎。② 橢球內業計算模塊主要包括地面觀測值向橢球面觀測值的轉換計算、橢球面觀測值向高斯平面的轉換計算及坐標成果間的相互轉換3大主題。該模塊理論性較強，公式多、計算量大，需結合程序設計、大型作業、課堂討論等教學方式完成，這是大地控制測量課程的重點，這兩個模塊內容之和體現了大地控制測量的工程流程。同時每一個專題內容又是一個獨立知識體，每一專題又可分為多個獨立的教學單元。本著以學生自主學習、教師引導為出發點的原則，每一教學單元課程資源又分為指導性資源、內容性資源、生成性資源3個層次。指導性資源幫助學生熟悉課程定位和課程目標；內容性資源是課程內容和知識的載體，包含課件、講稿、微視頻等具體的知識，是連接指導性資源和生成性資源的紐帶；生成性資源是在教學過程中動態生成的，是學生反思、自主學習、小組合作、動手實踐產生的成果，是最能見證混合式教學效果的窗口。教師通過課前布置任務、單元導學案等方式引導學生自主構建知識結構體系,以教學目標為準繩, 實現學生自主、有序學習的目標。

(2) 以培養學生自主學習、創新思維、解決問題的綜合能力為核心。打破傳統教學中以課堂為主、教材為主、教師為主的方法。在教學過程中把學生作為真正教學主體，以學生為根本的出發點和歸宿點[14]。教師在授課過程中作為一個領路人引導學生不斷主動探索、研究，獲取新知識。教師通過設置開放性課題，引導學生形成開放性思維，學會多角度、多方位的分析問題，尋求解決問題的最佳途徑。指導學生在學習過程中善于獨立思索和分析，不因循規守舊，能主動探索、積極創新[15]。大地控制測量教學的目的是培養寬口徑、厚基礎、強能力的創新型人才，所以在混合式教學過程中對學生基本技能、實踐動手、創新意識的培養是核心，所有教學活動緊緊圍繞人才培養目標而展開。在混合式教學中通過設置情境，引導學生去體會如何分析問題、解決問題，只有主動查找資料、小組合作、大家齊心協力，才能做出更好的成果，在收獲勝利果實的同時，再次激發學生主動學習的意識。學習意識的改變是思想的改變，是根本上的改變，這應該是混合式教學的最重要、最根本的出發點。

(3) 建立多元化的考核體系為保障。一個良好的評價體系，是檢驗學習效果的保障，同時也是激勵學習者進步的利器。與混合式教學模式相適應，構建多元化考核體系，包含課前、課中和課后的教學評價，包含線上、線下的教學評價，包含教師對學習者的單方評價，也要包含學習者之間的相互評價，包含學習過程的評價，也要包含總結性的教學評價。建立一套多元化、有效、全面的評價體系，既有助于教師引導、促進、診斷和調控學生的學習,又有利于教師對教學進行有效的改進與提升。大地控制測量混合式教學，嚴抓過程，穩保結果、評價公平、客觀，保障每個學生權利和義務，引導學生養成良好的學習習慣。

2 大地控制測量課程混合式教學的設計實施過程

大地控制測量課程的開展，可使學生掌握控制網的布設、精密測量的儀器操作及內業處理的基本理論，掌握橢球內業歸算、坐標轉換的基本理論及內業計算，具有較強實踐動手和內業數據處理的能力，能夠運用所學知識進行實際工程的控制測量和內業計算，具有較強組織、合作、再學習能力，具有一定的創新思維和創造力。大地測量混合式教學從課前分析、制作單元導學案、學生在線學習、教師課堂授課、課后升華5個方面3個階段進行混合式教學的實施，如圖1所示。

圖1 混合式教學的實施過程

2.1 課前分析

課前分析是開展混合式課程的前提和基礎。課前分析主要包含對教學對象、教學目標、課程內容、教學環境的分析，其中主要是教學對象和課程內容的分析。大地控制測量課程開設在第5學期，本課程的學習需要應用到前期學過的高等數學、測量學、測量平差基礎和數字化測圖相關知識。由于所學知識時間已經較長，且高等數學和測量平差基礎兩門課程本身就是學生學習的難點，在課前首先通過問卷調查的形式對泰勒級數展開、水準測量的原理和過程、水準測量的誤差來源、協因數、協方差的傳播定律、間接平差的解算原理等掌握情況進行調查。結合調查結果和教學內容合理分配線上和線下內容。如果學生前期知識掌握較好，導線網的精度估算、精密水準測量的實驗過程、坐標轉換原理等可以全部移至線上學習，課堂則留出時間答疑和成果展示；如果某些前期知識掌握不好，根據知識掌握的不同程度，需進行部分內容課堂講解。

2.2 制作單元導學案

根據大地控制測量學課程的整體結構和每章內容的特點，將大地控制測量學課程共設計9個專題，其中包含1個已學知識的補充專題。每個專題下設2～5個學習單元。根據教學大綱的要求，將每個學習單元的知識點細化并分類如理解、掌握、復述等。單元導學案例中明確指出每個知識點的掌握程度、自學流程、教學活動設計、單元考核等，具體見表1。學習者根據單元導學案學習，目標明確、清晰，步步推進。

表1 單元導學案(以“橢球面上點的位置的確定”為例)

2.3 學生在線學習

無論哪種教學模式，學生始終是學習和授課的主體。學生在單元導學案的指引下，完成在線學習任務。在線學習任務主要包含3部分：① 觀看微視頻、課件、講稿等，初步掌握本章主要知識內容、重難點等，完成課前在線測試；② 查閱、搜集資料，完成課后作業和小組討論內容；③ 整理本單元學習中遇到的難題及解決的初步措施和方法。學生通過教學平臺上豐富的教學資源，選擇適合自己的學習資源類型，對遇到的難題通過主動查找資料、同學交流、書上取證等多種途徑解決，最后沒有解決的問題和未查找到的相關問題，發布到討論區、QQ群、微信群，甚至到課堂上交流，這樣學生上課時是帶著問題來聽課，針對性強、學習效果佳。在線學習的另一大優點是學生可以反復進行在線學習，鞏固所學知識，解答沒有解決的難點、疑惑點。

2.4 教師課堂授課

本著“先學后教，以學定教”的原則，教師綜合學生反饋的問題、作業正確率等, 梳理歸納出學生在課前自主學習中主要存在的問題。簡單知識方面的問題可以通過小組互助解答方式完成；疑難型問題可由教師課堂集中解答；探究性問題教師可發起討論，由小組討論完成。根據學生課前學習和知識的掌握程度，教師在課堂上可擴充講解科研和社會熱點，使學生的基礎知識得以升華。

2.5 課后升華

(1) 學生提交作業、撰寫學習筆記。在完成在線學習、教師課堂授課及課堂成果展示、交流討論后, 學習小組結合小組間提出的改進意見和教師的精講內容，對課前學習成果進行修改、完善和提升, 并將最終的階段性學習成果提交至網絡學習平臺。每個專題或者教學單元學習后，每個學生將本部分知識的重難點、知識結構、學習心得等撰寫學習筆記并上傳至教學平臺。筆記的撰寫有助于學生課上知識的回顧與總結，進一步加強知識結構的梳理，同時也可以幫助教師理解學生的學習過程和知識掌握程度。

(2) 答疑解惑，教學總結。教師綜合作業、課后在線測試、報告提交等情況，通過教學平臺、QQ群、微信群等反饋并解答其中錯在的問題和疑惑。挑選優秀作業、匯報成果等加入優秀作業展，督促改進不完善的作業和報告。學生好的報告及成果教師應給予肯定, 促進小組間的相互學習和改進提升。教師根據課前、課中、課后學生遇到的問題及解決措施，重新審視課程的難點，調整教學方法、教學活動，為下一次混合式教學的開展做總結。

(3) 教學評價。教學模式的改變必然帶來教學評價的改變，本課程構建了大地控制測量多元化混合式教學評價體系，混合式教學評價包括過程性和終結性評價兩部分，其中過程性評價占總評價的60%，終結性評價占總評價的40%。過程性評價與混合式教學過程相適應，從教學平臺使用、課堂表現兩方面進行評價，包含課前、課中、課后的評價，包含教師和學生的共同評價。其中平臺使用教學評價占總評價的30%，課堂表現教學評價占總評價的30%。教學平臺使用的評價，主要包括平臺使用的在線時長、登錄次數、發帖次數、跟帖次數、作業分數、優秀作業次數、學習筆記及優秀筆記次數、在線測試次數及測試成績、閱讀課程資料次數、進入播課次數、學習播課視頻時長等13項指標因子，在以上眾多評價指標中，發帖次數、跟帖次數、作業分數、優秀作業次數、優秀筆記次數、在線測試分數6項為主要評價指標，占教學總評價的25%，其余7項指標占總評價的5%。課堂表現教學評價，主要包含課堂回答問題的準確率、出勤、小組成果匯報情況、課堂實驗展示、語言表達、課件展示、課堂活躍度、課堂主動提問情況等8項指標因子，占教學總評價的30%。具體教學評價指標體系見圖2，每一個指標因子有一套評價指標體系，指標體系隨著混合式教學的開展不斷完善。所有評價內容包含教師評價和學生評價及小組互評，如網上作業、課堂回答問題的準確率、出勤等由老師評價；小組成果展示的教學評價，是小組間互評和課后老師評定的綜合結果。終結性評價一般在課程學習結束后, 利用課程考核的方式檢測學生對知識的掌握程度，清晰度、準確度高，是不可缺少的一種考核方式。

圖2 大地控制測量混合式教學評價體系

3 混合式教學效果及反思

學生是混合式教學的主體，混合式教學效果的好壞,只有學生自己最清楚。課程結束后，對所有學生進行了一次教學效果的問卷調查，參與調查的為2014、2015級測繪工程專業學生。調查結果顯示，72%的人認為下次授課還會選混合式教學課程，86%以上的人認為混合式教學提高了自主學習能力和團隊合作能力，高達92%的人認為混合式教學提高了文獻搜集和資料整理的能力，近85%的人認為混合式教學極大地提高了學生的實踐和分析問題解決問題的能力，具體調查結果見表2。77%的人通過混合式教學認識到能力比知識更重要，從思想上得到了根本的轉變，這也正是本項目想要預期達到的結果，盡管人數比例還不高，相信隨著混合式教學的持續開展，將會在思想意識、能力提高方面有一個質的突破[16]。

混合式教學模式確實對學生自主學習和能力的綜合培養方面起到了極大的推動作用，但是能力的培養不是一朝一夕能完成的，需要學校的大力支持和老師不斷的辛勤付出，有如下兩點建議：①混合式教學模式的改變，學生和教師需要有適應期，學生從“喂”知識到“覓”知識的過程，需要教師的慢慢引導，教師要不斷提升自己的專業水準和綜合素質，要有足夠的責任心和耐心；② 在混合式教學開展的初期階段，每個班級每個學期同時開設混合式課程不能過多，最多不能超過2門，循序漸進，效果更佳。

表2 混合式教學效果調查匯總表

4 結 語

混合式教學打破了傳統課堂的束縛，賦予了課堂以活力。大地控制測量采用混合式教學模型，構建了“兩模塊、三層次”的知識體系，從5個方面對混合式教學進行實施，構建了多元化評價體系。大地控制測量混合式教學，從根本上轉變了學生的思想觀念，提高了學生自主學習的主觀能動性[17]。學生認為混合式教學培養了學生一定的團隊合作、合作創新、分析問題解決問題的能力，學生的語言表達、搜集整理資料等能力有了質的飛躍。但是能力的培養不是一朝一夕能夠完成的，今后要借著混合式教學的東風，不斷提高學生綜合能力，為社會輸送有創新、會思考、有能力、會學習、掌握新技術的新一代測繪信息人。