新工科背景下GIS 專業(yè)課程混合式教學(xué)模式研究

夏 宇，徐 健，羅 津，劉凌佳

（1.江西師范大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院，南昌 330022；2.江西師范大學(xué) 鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室，南昌 330022）

地理信息科學(xué)（Geographic Information Science，簡稱GIS）是由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙感、物聯(lián)網(wǎng)和云計算等現(xiàn)代技術(shù)高度集成，研究地球表層空間的各種自然地理要素和所有人類社會活動的空間分異規(guī)律、時間演變過程及區(qū)域特征的學(xué)科。目前，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)的快速發(fā)展，為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，教育部近年來積極推進(jìn)新工科建設(shè)。在新工科戰(zhàn)略背景下，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)體系已無法適應(yīng)新時代大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)背景下的地理信息科學(xué)的發(fā)展需求。因此，新工科背景下，創(chuàng)新教育方式與手段，培養(yǎng)實踐能力與強(qiáng)、具有較高的創(chuàng)新能力、具有較強(qiáng)社會責(zé)任感的復(fù)合型“新工科”地理信息科學(xué)（GIS）人才成為必然要求；為適應(yīng)復(fù)合型“新工科”地理信息科學(xué)（GIS）人才培養(yǎng)的要求，如何基于以學(xué)生為中心，產(chǎn)出導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)的理念，提出有推廣價值的混合式教學(xué)模式，實現(xiàn)教育范式的創(chuàng)新？這是目前的一個痛點問題。

在復(fù)合型新工科GIS 人才的社會責(zé)任感培養(yǎng)研究方面，現(xiàn)有研究從多個維度、全方位地把思政教育工作貫穿于教育教學(xué)全過程，特別是在GIS 課程思政方面，代表性的有南京師范大學(xué)的“一帶一路GIS”“紅軍長征GIS”“精準(zhǔn)扶貧GIS”等思政案例，以及中南大學(xué)的“空間分析”課程思政教學(xué)案例，等等。但目前，國內(nèi)大部分的GIS 專業(yè)課程仍是沒有融于思政教育的，如專業(yè)主干課程GIS 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，因其內(nèi)容主要反映計算機(jī)數(shù)據(jù)組織與指令編碼規(guī)律，客觀性強(qiáng)，思政難度較高，在GIS 專業(yè)的該類課程思政案例很少見。同時，在實踐能力與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的混合式教學(xué)研究方面，目前GIS 專業(yè)的混合式教學(xué)模式多停留在“線上線下”教學(xué)形式上，而很少見從教學(xué)內(nèi)容真正體現(xiàn)突出創(chuàng)新性，同時具備高階性和挑戰(zhàn)度的教育范式的創(chuàng)新。

針對該教學(xué)痛點問題，本文探索以創(chuàng)新性“輕量-分型-探究”的線上線下混合式教學(xué)范式，把課程教學(xué)與課程思政、專業(yè)發(fā)展深度融合，持續(xù)改進(jìn)，突出實踐創(chuàng)新能力，培養(yǎng)具有高度社會責(zé)任感的“產(chǎn)-學(xué)-研-用”協(xié)同的卓越GIS 人才。

一、“輕量-分型-探究”混合式教學(xué)法

（一）“輕量”：創(chuàng)新驅(qū)動的輕量線上課堂

教學(xué)內(nèi)容是混合式教學(xué)的基礎(chǔ)，而教學(xué)資源是混合式教學(xué)的保障。在長期的教學(xué)實踐當(dāng)中，通過自建慕課的方式在超星泛雅平臺建立了課程線上資源。為培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，根據(jù)地理信息科學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的需求，設(shè)計了創(chuàng)新驅(qū)動的輕量線上課堂，教學(xué)內(nèi)容共11 個章節(jié)，見表1。線上課堂以“輕量”與“創(chuàng)新”為特色，平均每個視頻時長8～10 分鐘，視頻教學(xué)內(nèi)容不是原先單一陳舊教材的照本宣科，而是都通過精簡和提煉，緊跟時代前沿，可概括為“少、精、新”。同時，提供了分型的上機(jī)實踐訓(xùn)練指導(dǎo)，以及習(xí)題、測試等優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，方便進(jìn)行搶答、隨堂練習(xí)等課堂交互以及探究分析。

表1 創(chuàng)新驅(qū)動的輕量線上課堂教學(xué)內(nèi)容

（二）“分型”：因材施教的個性化分型培養(yǎng)

設(shè)計了分型的上機(jī)實訓(xùn)指導(dǎo)，針對性強(qiáng)化科學(xué)思維培養(yǎng)和針對性地強(qiáng)化實踐能力培養(yǎng)，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，如圖1 所示。分型實踐訓(xùn)練分別注重編程算法的深度、編程開發(fā)知識的寬度，側(cè)重于GIS 理論與方法、GIS應(yīng)用與開發(fā)，見表2。

圖1 因材施教的個性化分型培養(yǎng)

表2 個性化分型培養(yǎng)的上機(jī)實踐指導(dǎo)

（三）“探究”：問題引導(dǎo)的探究式教學(xué)方法

通過問題引導(dǎo)的探究式教學(xué)方法，讓學(xué)生深入把握知識的脈絡(luò)和內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力。以高質(zhì)量的問題引導(dǎo)學(xué)生思考，帶著問題學(xué)習(xí)。問題引導(dǎo)的探究式教學(xué)設(shè)計實例，如圖2 所示。

圖2 問題引導(dǎo)的探究式教學(xué)方法

通過探究式和個性化的智能交互，線上線下讓學(xué)生積極思考和實踐，把課本內(nèi)容變成自身真正深入理解、掌握的活知識。教學(xué)形式呈現(xiàn)先進(jìn)性和互動性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個性化，讓課堂成為學(xué)生個性特長的彰顯與能力發(fā)揮的平臺。

（四）“輕量-分型-探究”：混合式教學(xué)

課前依托“輕量·分型”的線上課堂進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，打牢課程基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力。學(xué)生在課前可以充分利用線上課堂及教學(xué)資源進(jìn)行充分學(xué)習(xí)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺提供有學(xué)習(xí)指導(dǎo)、學(xué)習(xí)視頻、章節(jié)練習(xí)、考試試卷、實驗視頻、文獻(xiàn)資料、考研資料和精彩解題等內(nèi)容，通過學(xué)習(xí)指導(dǎo)掌握正確的學(xué)習(xí)方法，主要目的是讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中，通過學(xué)習(xí)視頻等掌握學(xué)科基礎(chǔ)知識和操作，達(dá)成知識目標(biāo)，培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力。

課中進(jìn)行輕量級的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，后依托問題驅(qū)動的“探究”式教學(xué)法，讓學(xué)生深入把握知識的脈絡(luò)和內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與解決復(fù)雜問題的綜合能力。在線上課堂及優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生進(jìn)行輕量級翻轉(zhuǎn)教學(xué)，作為線上線下教學(xué)的銜接，能很好地發(fā)現(xiàn)學(xué)生線上學(xué)習(xí)中的不足，從而為教師進(jìn)一步展開探究式教學(xué)提供方向指引；以高質(zhì)量的問題引導(dǎo)學(xué)生思考，帶著問題探究式學(xué)習(xí)，實現(xiàn)知識的內(nèi)化，培養(yǎng)科學(xué)思維，培養(yǎng)進(jìn)一步解決復(fù)雜問題的綜合能力。

課后依托“分型”的實踐訓(xùn)練，讓學(xué)生在實踐中實現(xiàn)知識的遷移和內(nèi)化，培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。通過針對性的實踐訓(xùn)練，提高實踐動手能力，發(fā)現(xiàn)實踐中的不足，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力。通過在線作業(yè)、章節(jié)練習(xí)和考試試卷等達(dá)到鞏固知識的效果，并分析統(tǒng)計學(xué)生在線學(xué)習(xí)時長、在線下作業(yè)完成情況、章節(jié)測驗成績等，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。綜合理論和實踐完成情況，全面掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。通過科學(xué)引導(dǎo)，全面提升學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。

（五）融入思政元素的實踐案例

編排了思政算法實踐案例，培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)GIS 算法思想的同時領(lǐng)會如何樹立正確的價值觀，見表3。

表3 融入思政元素的實踐案例

GIS 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法課程的內(nèi)容建設(shè)充分體現(xiàn)價值引領(lǐng)、能力培養(yǎng)、知識傳授相結(jié)合，使學(xué)生具備寬厚的知識基礎(chǔ)、突出的能力潛質(zhì)和高尚的價值情懷，具有強(qiáng)烈的社會責(zé)任感、高度的創(chuàng)新精神、卓越的專業(yè)素養(yǎng)和過硬的實踐能力。

（六）強(qiáng)化過程的考核方式

強(qiáng)化過程的考核方式，加強(qiáng)學(xué)習(xí)過程管理，建立科學(xué)合理的課程考核評價體系，建設(shè)非標(biāo)準(zhǔn)答案的探索性考試，提高考試質(zhì)量。把科學(xué)思維訓(xùn)練融入到課程教學(xué)的全過程，要求學(xué)生對每節(jié)課程進(jìn)行批判性分析，挖掘?qū)W生的思想火花；通過提出具有高度挑戰(zhàn)性的問題，激發(fā)學(xué)生個性能力的發(fā)揮；通過課堂高度的競爭性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。總之，激勵科學(xué)思維、激勵創(chuàng)新和實踐、激勵課堂表現(xiàn)，激勵貫徹課堂全過程。因此，課程的考核不再通過傳統(tǒng)的考試，而是強(qiáng)化過程考核。如圖3所示。

圖3 強(qiáng)化過程的線上線下學(xué)習(xí)綜合評價方法

強(qiáng)化過程的線上線下學(xué)習(xí)綜合評價方法，包括以下兩點。（1）知識水平與能力水平考核。強(qiáng)化過程的線上線下學(xué)習(xí)評價方法，包括教學(xué)任務(wù)點、章節(jié)測驗、章節(jié)學(xué)習(xí)過程、課堂活動、作業(yè)和考核成績，激勵過程因素，反映學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)習(xí)慣、科學(xué)思維能力及創(chuàng)新能力。其中，學(xué)習(xí)過程包括教學(xué)視頻學(xué)習(xí)的完成情況等；章節(jié)學(xué)習(xí)包括章節(jié)學(xué)習(xí)訪問次數(shù)、頻次、訪問時間等，對于符合學(xué)習(xí)規(guī)律，不是臨時抱佛腳的這部分成績高一些；章節(jié)測驗包括安排的章節(jié)測驗完成情況等；課堂活動包括教學(xué)過程中進(jìn)行的問卷、討論、搶答及課堂互動等；作業(yè)情況包括教學(xué)過程中進(jìn)行的作業(yè)完成情況等；測試情況包括期中測試和期末測試兩個部分；線下學(xué)習(xí)包括線下翻轉(zhuǎn)課堂表現(xiàn)等學(xué)習(xí)行為得分。（2）素養(yǎng)水平的考核。通過課程學(xué)習(xí)報告等形式，包括教學(xué)知識點及學(xué)習(xí)方法總結(jié)、心得和體會等，全面考核反映知識、能力和素質(zhì)目標(biāo)的完成情況。

二、教學(xué)實施效果

（一）實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實施效果

從近年本校地理信息科學(xué)專業(yè)學(xué)生參與省級及以上專業(yè)競賽獲獎情況（見表4），可以一定程度上反映實踐創(chuàng)新能力目標(biāo)的達(dá)成情況。從表4 可以看出，從混合式教學(xué)改革實踐以來，2018 級及以后學(xué)生，積極參加中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、Esri 杯中國大學(xué)生GIS 軟件開發(fā)競賽等各項專業(yè)競賽，雖受到疫情影響，但是獲獎人數(shù)占比卻沒有減少，反而增加，實踐創(chuàng)新能力不斷得到提升。

表4 近年GIS 本科學(xué)生參與省級以上專業(yè)競賽獲獎情況

（二）素養(yǎng)培養(yǎng)的實施效果

從學(xué)生課程學(xué)習(xí)完成后提交的課程學(xué)習(xí)報告，內(nèi)容包括教學(xué)知識點及學(xué)習(xí)方法總結(jié)與心得體會、興趣培養(yǎng)等，可以反映素養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成情況。從學(xué)生提交的課程學(xué)習(xí)報告中節(jié)選部分反饋信息，如圖4 所示，可以看出，本文提出的教學(xué)模式的實踐，不僅提升學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，而且潛移默化地影響到學(xué)生的成長。

圖4 教學(xué)實施效果——學(xué)生評價（節(jié)選）

三、結(jié)束語

本文探索和實踐了“輕量-分型-探究”的線上線下混合式教學(xué)法，包括創(chuàng)新驅(qū)動的輕量線上課堂、問題引導(dǎo)的探究式教學(xué)、因材施教的個性化分型培養(yǎng)、強(qiáng)化過程的考核評價等。本文提出的“輕量-分型-探究”的多模式混合教學(xué)模式，具有方便交互、因材施教、便于探究分析的特點，可推廣應(yīng)用到GIS 及相關(guān)專業(yè)的課程教學(xué)中；同時，有效地將GIS 專業(yè)算法思想和思政教育相結(jié)合，培養(yǎng)具有高尚的價值情懷，強(qiáng)烈的社會責(zé)任感的GIS 人才，可在GIS 相關(guān)專業(yè)推廣應(yīng)用。