全域精準教學模式探索
——以《地理信息系統原理與應用》課程為例

朱駿，孔維華，程春梅，石亮亮，張煜洲

（1.浙江水利水電學院，浙江 杭州 310018）

《地理信息系統原理與應用》是測繪工程、地理信息科學、遙感科學與技術等專業的核心課程。2017年至今，筆者已給測繪工程專業講授了5輪該課程。《地理信息系統原理與應用》課程具有知識面廣（涉及計算機科學、地理科學、測繪學、空間科學、數學等多方面知識）、知識點多、應用性強（需要掌握一款功能強大的GIS軟件，并能在實際工作中開展應用），而課時有限（本校測繪工程專業2017級人才培養方案中為56學時）的特點。近年來，相關學者在相同或類似課程中已開展了一些卓有成效的改革，如馮曉英[1]、王慧君[2]、魏朝暉[3]、張策[4]等分別在混合式教學方面開展了研究工作，具有較好的借鑒性；劉迎春[5]、劉獻君[6]、于冰沁[7]、杜明義[8]等分別在個性化和分層次教學中進行了探索，為該課程改革提供了方向；王浩宇[9]、孫灝[10]、張迪[11]等分別對測量學、定量遙感、地圖學課程進行了改革，取得了較好的效果，具有一定的參考性。因此，該課程的授課方式從最初的完全課堂講授+機房上機的傳統授課模式（2017年），到2018年的線上線下混合式授課模式，再到融入課程思政的模式（2019年），一直處于改革創新的探索當中。該課程先后被認定為2019年高等學校省級精品在線開放課程，2020年度省級一流課程（線上線下混合式）。該課程的最新教學組織形式——線上學習和線下混合教學安排如圖1所示，主要分為課前、課中和課后3個部分，課前通過發放問卷進行精準學情分析；課中采用混合式教學和分層次教學的模式開展授課；課后通過多樣化的評價體系，對學生的學習效果進行全方位評價，并接收學生的意見反饋，改進后面的教學工作。

圖1 課程教學組織形式

目前公開發表的針對該課程教學改革的文獻不多，如趙玲[12]、卿鳳[13]等在宏觀層面開展了課程改革研究；王琤[14]、王增武[15]等在翻轉課堂、MOOC建設方面進行了探索；筆者在前期進行了基于在線課程的混合式教學研究，取得了一些成果[16]；但課程中同時開展混合式教學和分層次教學的研究非常少。因此，從2020年秋季開始，筆者在課程中開始進行全域精準教學模式的實踐探索。本文提出的全域精準教學模式是指在《地理信息系統原理與應用》課程教學的全周期內（課前、課中、課后），通過分層次分難度教學的方式，達到精準教學目的的一種教學模式。該模式破解了以下困局：①應用型工科院校的學生，不同于研究型綜合類大學的學生各種前置課程基礎普遍較好，若知識點講授面面俱到，學生很難全部掌握好，但要有所取舍，即略講甚至不講一些容易的其他課程重復的知識點，重點講授難點，這個度把握不準確；②學生的學習水平和能力不同，總會有部分學習好的學生反映講授內容簡單了，上機練習容易了，而一部分學習相對落后的學生，仍覺得有點吃力，另外如何激發多數處于中游的學生的學習熱情，讓他們有更高的目標；③課程需要學生實現從基本原理到實踐應用的跨越，依靠課上有限的上機練習（共12學時），學生GIS軟件的操作水平很難與實際項目和工作要求接軌，也不易充分培養對GIS有興趣的學生。

本文主要介紹了筆者在2020—2021學年第1學期首次開展全域精準教學模式的具體實踐過程、思路和體會。針對應用型工科院校的定位和測繪工程專業的培養目標，探討了如何通過精準教學實現更好的教學效果。

1 精準學前學情分析

1.1 授課對象

測繪工程專業2018級大三上學期學生的總人數為82人，其中男生46人、女生36人。在課程正式開始前，通過問卷星平臺，向學生發放調查問卷，最終參與問卷調查的學生為71人。

1.2 問卷反饋情況

調查問卷共7題。第1題為對大學前兩年學的《測繪學概論》《地球科學概論》《地圖制圖學》和《數字測圖原理與方法》課程的總體掌握情況進行自我評估。回答情況如圖2所示。該題著重調查授課對象的知識儲備和基礎，問題中所提及的課程均為這些學生已上課程和本課程的前置課程，課程中講授的內容與本課程存在部分重疊，若學生整體掌握情況較好，則可在上課時精簡相關內容，達到避免重復、節約課時的目的。該題的設置仍過于綜合，可在下一輪授課的問卷調查中，將其拆開為若干個題目，精準調查學生對每門相關前置課程的掌握情況，以便更有針對性地安排授課內容。

圖2 前置課程掌握情況

第2～4題分別為你心目中，什么樣的課程最能吸引你？你接觸過混合式（線上課程+線下課程結合，或者是傳統課堂+翻轉課堂結合）課程嗎？你接觸過闖關式教學嗎？這3題均圍繞教學模式或方式提問，旨在摸底學生對于即將到來的混合式教學的接受程度。第2題的回答情況如圖3所示。調查結果表明，有1/3的學生希望課程簡單易通過，從學生的角度看可以理解，但這正是目前國家一流課程建設中所指出的“反面教材”，即“水課”，教師們應避免自己的課程成為學生眼中易通過的“水課”；約有77%的學生上過兩門及以上的混合式課程，說明學生們已接觸過這種模式；有91%的學生沒有上過闖關式課程，闖關式教學需要預先安排好各合理關卡，需要大量的前期工作，且大多數學生未接觸過該教學模式，因此在本課程中尚未實施闖關式教學。

圖3 學生眼中吸引人的課程

第5題為你最想通過《地理信息系統原理與應用》課程學到什么？回答情況如圖4所示，可以看出，近70%的學生想學GIS原理和軟件操作，作為本科院校學生，不僅要掌握軟件操作，還要懂得背后的原理，這樣才能適應將來繼續升造的需要以及在就業崗位上有更好的發展。

圖4 學生希望學到的東西

第6題為你最希望《地理信息系統原理與應用》課程的總成績評價方式是什么？回答情況如圖5所示，可以看出，大多數學生希望課程總成績評價方式多樣化，這正好與當下大學教育大環境對課程考核方式提出的要求契合。采用多元化考核方式，可以充分調動學生平時學習的積極性，提高學習效果。

圖5 學生希望的課程總評方式

第7題為你對即將開始上的《地理信息系統原理與應用》課程期待嗎？這道題主要調查學生整體對本課程的興趣，超過81%的學生表示期待，說明學生整體還是對本課程比較感興趣的。以學生興趣為基礎，加上教師對課程教學的精心準備，才有可能實現較好的教學效果。

2 分層次分難度教學

2.1 總體情況

本學期首次實施分層次分難度教學，即因材施教，是全域精準教學模式實施中的一種必要手段。

將該課程分成青銅難度（低難度）、鉑金難度（中難度）和王者難度（高難度）3個難度等級?？偝煽?（5%課堂考勤+15%上機+10%小組主題匯報或報告+30%在線學習）×K+40%期末考試。選青銅難度時，K=0.8；選鉑金難度時，K=0.9；選王者難度時，K=1。因此，3個難度的總成績分別為88分、94分和100分。3個難度的主要區別如表1所示。

表1分層次分難度教學難度區別

2.2 不同難度區別

本文重點闡述中階和高階區別。該課程包括3個主題的上機任務，共12學時，其中第3個主題的上機任務針對不同難度的學生分配不同的任務，選擇青銅難度和鉑金難度的學生，需在課程上機的規定時間內完成教師布置的一幅專題圖的制作，并撰寫實驗報告，教師提供上機實驗指導書，上面有詳細的制圖過程；而選擇王者難度的學生，會在其他兩個難度學生接到上機任務的前一周接到一個開放性上機實驗任務，完成一幅自定主題的專題地圖，即設計并制作一幅有特色的專題地圖，同時完成一個上機報告，詳細介紹該圖的制作過程，包括選題原因、素材搜集、制作方法等，盡可能詳細反映制作特色專題圖全過程。通過開放式的上機任務，可以鍛煉學生的創新能力和動手能力，讓學習能力較好的學生得到更大的鍛煉；同時相關專題圖成果，經過進一步完善后，可參加每年3—4月的SuperMap杯高校GIS大賽的制圖組比賽，可謂一舉多得。另外，可從選擇王者難度的學生中選拔一些學生參加SuperMap杯高校GIS大賽的其他賽道（如分析組和開發組）和校級、國家級大學生創新訓練計劃項目。

本課程第10章“GIS在行業和領域中的應用”授課采用翻轉課堂的形式，以組為單位上臺匯報，每組約5人，讓學生們講述GIS在行業和領域中的應用，每組學生講清楚GIS在一個領域中的應用，匯報時長8 min，教師提問2 min。通過分組完成匯報的形式，培養學生團隊合作意識、文獻資料搜集歸納能力、演講能力等，為將來學生的畢業論文答辯以及工作中向領導、客戶匯報積累經驗，鍛煉膽量。選擇青銅難度的同學，不用組隊上臺匯報，以上交一個5 000字以上的講述GIS在某個行業和領域中的應用的報告代替。

3 學習效果調查與分析

整個學期課程結束后，對學生的學習效果進行調查與分析，以此作為進一步改進課程授課內容或方式的依據，與前述各環節一起形成教學閉環，是全域精準教學模式下，最后一環和相當重要的一環。

2020—2021學年第一學期期末考試后，向授課對象測繪工程2018級學生發放紙質問卷進行課程學習效果調查與分析，共77人參與了問卷調查。

第1題為對最新“線上+線下+課程思政+分難度”混合式教學模式的滿意程度打分，平均分為4.29分（5分滿分），表明學生普遍評價較好，接納程度較高，但還有提升空間；第2～4題則對課程掌握程度進行了調查，結果如表2所示。

表2課程掌握程度情況

如果按照5分制進行換算，掌握程度80%～100%相當于5分，依此類推，掌握程度0%～20%相當于1分，那么學生對課程的整體掌握程度平均為3.935分，對理論知識的掌握程度平均為3.857分，對軟件操作的掌握程度平均為4.234分。學生對課程的整體掌握程度平均約為80%，即每位學生平均約掌握了整個課程知識內容的80%，學習效果尚可。軟件操作的掌握程度優于理論知識，這一點在預料之中，理論知識的學習確實比軟件操作難，但這又是本科生與專科生的區別之處，重軟件操作、輕理論知識的學習是專科學生的特點。

那么，究竟哪些具體章節內容的掌握影響了學生整體知識的掌握程度呢？筆者在問卷調查的第5題，通過填空題的形式向學生詢問了本課程第1～9章內容的掌握程度。學生按照調查題目的要求，對每一章內容的掌握程度進行了打分，分數范圍為0～5分，需要精確到小數點后一位。學生對各章節的掌握情況如圖6所示。

圖6 各章節掌握情況匯總

從學生的掌握情況來看，各章節掌握程度從第1章開始（為全課程最高點）依次下降，到第4章達到低點，然后逐漸上升到第8章，最后第9章陡然下降，達到全課程掌握程度的最低點。其原因在于，本校測繪工程專業大三學生編程基礎普遍較差，且由于課時有限，第9章只安排了一次課，共2學時，在短時間講透地理信息系統設計與開發難度很大。針對該情況，筆者認為在新一輪課程的授課中，可將這章內容去掉不講，與其蜻蜓點水地講一些皮毛，還不如把2學時放到其他更重要的內容上去；且測繪工程專業學生在大三下學期有一門《地理信息系統設計與開發》GIS方向課，學生可通過這門課掌握一定的GIS開發技能和知識。學生對第4章的掌握程度略優于第9章。其原因在于，空間數據庫的授課內容比較抽象，且偏重于計算機底層，而測繪工程學生的人才培養方案中又缺乏相關前置課程；講授過程中也缺少一些實際項目中應用的空間數據庫實例。第1章為本課程學生掌握最好的一章，在意料之中，第1章主要介紹GIS的定義、組成、與其他相關學科的關系、與其他信息系統的區別與聯系、發展與趨勢、GIS常見軟件等內容，均為比較淺顯易懂的知識，因此掌握最好。第2章和第8章也是學生掌握較好的內容。其原因在于，學生在已學過的《測繪學概論》和《地圖制圖學》課程中教授過這兩章內容，并非新知識，從一個側面反映了學生更容易掌握反復出現的知識內容。

第6題為學完本課程以后，你對GIS的興趣比起沒有上本課程前，有怎樣的變化？調查結果表明，71.4%的學生通過學習本課程，提高了對GIS的興趣，這是一個很好的現象。俗話說“師傅領進門，修行在個人”，短短56學時的課程，不足以將GIS所有知識透徹全面地傳輸給學生，還要靠學生在日后的學習和工作中，自學掌握更多GIS理論知識和軟件操作。

問卷調查的最后兩題，安排了開放式的問答題，分別為請寫一下你對本課程一個學期上下來的感受，希望寫得越具體越好和請對本課程提出你的寶貴意見或建議，越具體越好。很多學生寫下了自己的真實感受，并對本課程提出了寶貴意見。在寒假前，專門召集意見比較有代表性的學生一一進行面對面的交流，為本課程后續的持續改進，指明了方向。

4 結語

通過近年來課程教學的經驗積累，尤其是全域精準教學模式的探索實施，明確了本課程需要進一步解決的問題和改革方向。

1）線下授課知識點仍然很多，課時有限，重點不夠突出。需要借助在線教學資源，進一步凝煉線下上課的重點，必須有取舍，把難點講透。例如，可將目前第9章地理信息系統工程設計與開發的教學內容刪減；縮短第2章和第8章的學時，從8學時縮短為4學時；將第7章增加2學時，因為地理空間分析是GIS最有特色的部分，也是它的特長，增加的學時可以講一些其他常用的空間分析方法。

2）本學期首次實施的分層次分難度教學，區分不夠大，形似神不似。需要擴充在線課程題目和上機實驗課任務數量，并設立上機考核環節，以滿足不同難度教學的要求。將前述精減的理論課4學時全部變為上機實驗學時，用以進行上機考核。根據全域精準教學的理念，采用分層次考核的手段，選擇不同難度的學生的考核題目難度不同，這樣可以有效避免傳統GIS課上機實驗，有實驗指導書幫助，鍛煉價值不夠大的弊端。

3）課程學情分析仍停留在人工判斷階段（通過問卷調查，結果進行人工分析），缺少先進手段支撐。后續將開展人工智能在教學中的應用研究，可研發一個在線實時學情分析和學業預警平臺，實現以下功能：通過與平臺的交互，輔助學生選擇課程難度；平臺定期分析學生表現，自動給予后進學生提醒；結課后接收學生反饋，通過預先設置的教學效果分析模型進行自動分析，得出合理結論，輔助教師改進教學。