面向高階性學習的農業院校GIS 課程建設

陳偉強，馬月紅，蔡恩香，李紀偉

（河南農業大學 資源與環境學院，鄭州 450002）

在知識創新時代，靠記憶與背誦的表層學習已滿足不了新時代人才需求。2017 年以來，國家《關于深化教育體制機制改革的意見》和教育部《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》相繼出臺，新時代背景下要加強學生關鍵能力的培養，把教學改革成果落實到課程建設上，淘汰“水課”，打造“金課”，課程建設應具備“高階性、創新性、挑戰度”等特征。

互聯網技術與傳統教學結合，帶來了教學模式的革新。風靡全球的MOOC 給高等教育帶來深刻的變革，MOOC 在教學過程中存在學習對象不確定，師生互動少，輟學率高等問題，導致教學質量不太理想，因此SPOC（Small Private Online Courses）應運而生。SPOC 相對MOOC，具有教學對象可控、師生互動頻繁及線上線下混合教學方便等特點，能深度融入高階性學習理念，實現以學生為中心、以能力培養為核心的教學范式轉變。建構主義學習理論認為學習者最終所獲得的知識多少，并不取決于學習者對知識的記憶能力，而取決于學習者根據自身經歷和體驗有效建構所學知識意義的能力。在建構主義教學理論的指導下，項目驅動教學法成為實現深度學習的有效方法。本文根據新時代我國人才培養的新需求，以河南農業大學GIS 課程為研究對象，采用項目驅動法，開展SPOC 線上線下混合課程建設，引導學生由表層學習向高階性學習轉變。

一、GIS 課程傳統教學問題分析

地理信息系統（Geographic Information System，GIS）是對空間信息進行采集、儲存、管理、分析和顯示，服務于空間信息管理和應用決策的信息系統，涉及計算機、數學、地理、測繪、資源和管理等多學科的知識。河南農業大學土地資源管理、土地整治工程、人文地理與城鄉規劃等專業開設有GIS 課程，在教學過程中遇到如下突出問題。

首先，學生在學習GIS 課程時表現出基礎薄弱的問題。學習該課程的均是非GIS 專業學生，因沒有數據結構、數據庫管理和計算機圖形學等先導知識基礎，學習GIS 時會遇到很多困難，理解不了軟件算法，掌握不了系統開發技能，普遍缺乏學習興趣。實驗課也只會跟著實驗指導書的操作步驟模仿，缺少主動思考，無法深刻理解課程本質，遇到新的問題，不具備融會貫通能力。

其次，教師在講課過程中缺少對學生接受情況的關注。教師按照教材內容，通過講授的形式，將自己理解的知識向學生傳遞，師生之間的討論較少，教師解答學生疑惑環節少。老師對學生能接受多少、理解多少，較少關注。課程考試主要是測試記憶能力，對學生的學習過程和應用能力缺少考核。

綜上，傳統GIS 教學過程中，教師的“教”和學生的“學”都存在問題，學生處于知識記憶的淺層學習階段，傳統的課程教學模式已無法滿足學生高階性學習的要求。

二、高階性學習的內涵與實現路徑

（一）高階性學習的內涵

高階學習也稱為深度學習，Marton Ference 和Saljo Roger 在1976 年聯名發表的《學習的本質區別：結果和過程》首次提出深度學習和淺層學習的概念。布魯姆認為當學生采用記憶或簡單的理解等低階認知行為時，屬于表層學習，表層學習面向學生知識的培養；而當學生采用分析、決策、批判和創造等高階認知行為進行抽象知識建構、知識遷移的過程，屬于深度學習，深度學習面向學生能力的培養。我國學者何玲等認為，深度學習是指在理解的基礎上，學習者能夠批判地學習新思想和事實，并將它們融入原有的認知結構中，能夠在眾多思想間進行聯系，并能夠將已有的知識遷移到新的情境中，做出決策和解決問題的學習。從以上高階學習的內涵可以看出，高階學習不是以老師為中心，而是以學生中心，通過學生自主的學習、理解、內化、應用和創新等方式實現。

（二）SPOC 高階性學習實現路徑

1.SPOC 課程

SPOC 是Small Private Online Course 的縮寫，意思是小規模限制性在線課程，為特定的學生群體線上學習資源。可將線上線下教育有機融合，這種混合式教學模式將成為當前高校教學改革的主要方向。實踐證明SPOC 線上線下混合教學模式為深度學習提供實現路徑，學生在線上自主學習、線下課堂師生互動和案例項目情景創建等過程中，達成知識與能力的建構。

2.SPOC 課程建設

首先，搭建SPOC 網絡課程。可選擇愛課程、大學MOOC 和超星泛亞等網絡課程平臺建設網絡課程，內容包括明確教學目標、布置自學任務、制作學習文檔、錄制微視頻、設置任務點、設計項目案例和開展線上討論等。

其次，組織線上線下混合教學。課前給學生發布線上自學任務，測試學生自學效果。線下組織課堂討論，項目研究答疑，課后練習評析等。

最后，教學效果評價。評價包括過程評價和結果評價，對學生匯報、討論及項目案例實踐等過程中的表現進行過程性評價，對學習效果進行結果評價，及時將評價結果反饋到下一輪的教學過程中。

三、GIS 課程建設實踐

（一）建設目標

以高階性學習為導向，采用SPOC 線上線下混合式教學模式，項目任務驅動教學法，針對本校學生的專業需求，開發建設SPOC 混合教學課程。針對學生的知識背景，課程內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工程等內容，實踐課突出GIS 在國土資源調查與管理、國土空間利用與優化等方面的應用實踐，摒棄軟件系統開發的內容。通過課程理論與實踐的學習，學生掌握GIS 的基本原理，擁有利用GIS 軟件平臺解決國土資源的調查、管理、分析、優化、決策和調控等問題的技能，具備團隊協作和終身學習的能力。

（二）課程建設

1.線上線下教學內容設計

教材以科學出版社陳健飛教授翻譯的《地理信息系統導論（原著第九版）》為主，同時參考科學出版社華一新教授和農業出版社劉耀林教授的《地理信息系統》教材。

課程共設16 章，包括緒論、坐標系統、矢量數據模型、柵格數據模型、GIS 數據獲取、幾何變換、空間數據準確度和質量、屬性數據管理、數據顯示與地圖編制、數據探查、矢量數據分析、柵格數據分析、地形制圖與分析、視域和流域、空間插值及最小耗費路徑分析和網絡分析。課程每章課后均設置有3～7 個面向ArcGIS 系統的實踐練習。根據課程教學目標，對各章節線上、線下課程教學內容進行設計，結構見表1。

表1 地理信息系統課程設計

2.SPOC 線上課程建設

采用超星泛雅網絡教學平臺建設線上課程。泛雅網絡教學平臺是以泛在教學與混合式教學為理念，集教學互動、資源管理、精品課程建設、教學成果展示和教學管理評估于一體的新一代網絡教學平臺。泛雅網絡教學平臺建立GIS 線上課程，明確各章節教學目標，制定自學任務清單、制作教學課件和錄制微視頻，進一步設計項目驅動教學案例，組建拓展閱讀資料庫，建立自測試題庫。

（三）開展混合式教學

1.線上課前自學

授課教師通知學生，根據課程任務單完成課前自學任務。學生利用線上資源進行前期自學，包括觀看課程視頻、閱讀課件和文檔及探索完成實踐項目，記錄項目探索時遇到的問題，以備課堂上討論和發言使用。

2.線下課堂教學

實施項目驅動式教學，實現高階性學習。以某個設定項目為教學情境，培養學生知識綜合、應用和創新能力。針對具體項目，討論涉及的知識、理論與方法，解答學生心中之惑。通過項目驅動和師生互動討論，讓學生從知識接收者轉變為探究者，從被動的學習者轉變為主動建構者。

3.課后學習

課后完成老師布置的項目任務。通過線上線下的學習、討論與答疑，課后學生獨立完成老師布置的項目任務，檢驗學習效果，強化實踐應用能力。

4.綜合實習

圍繞國土資源調查和評價、國土空間利用優化和規劃、國土整治與修復及土地定級與估價等行業項目，開展綜合實習、科創競賽和課程設計等活動，在解決實際問題過程中，實現學生創新能力和應用實踐能力培養。

（四）完善教學評價體系

發揮好教學評價的導向作用，突出過程性和解決問題能力等高階性學習效果的評價。過程性評價的依據包括網絡課程自學記錄、課程討論積極性、章節測試和項目完成情況等系列活動。解決問題能力主要依據綜合實習、科創競賽和課程設計等活動的完成情況與效果綜合評定。通過以上評價體系，可激勵學生從淺層學習向高階學習轉變。

四、教學效果分析

2019 年以來線下線上混合教學實踐取得了良好的效果。線上課程目前已有3.6 萬的點擊量，12 個班366名學生受益。學生能夠很好地掌握地理信息系統的基本理論與技能，學生的高階思維與解決問題的能力大幅提升，學習積極性、主動性明顯增強。面向高階性學習的教學改革，為后續的地籍管理、土地利用規劃學、土地資源調查與評價、土地整治學、土地復墾學和資源環境規劃等專業課提供了理論與方法支撐。先后組織三個專業的學生參加了全國土地估價、土地規劃、土地國情調查和地理科學等大學生技能大賽，獲一等獎4 項，2等獎3 項，3 等獎3 項，優秀獎2 項，學生的創新能力表現突出。

五、結束語

以學生能力的培養為目標的高階性學習，已成為高等教育關注的焦點，SPOC 混合教學模式為高階性學習提供了可行的實施路徑。本文以河南農業大學GIS 課程為研究對象，以高階性學習為導向，采用項目驅動法，開展SPOC 線上線下混合課程建設，明確了課程建設目標，設計了線上線下教學內容，開展了SPOC 混合式教學實踐，構建了多元化綜合評價體系。新的課程教學模式實現了以“教”為中心向以“學”為中心的轉變，由表層學習向高階性學習轉變，由知識記憶向創新能力培養轉變，學生解決問題能力和創新能力得到顯著加強。