環境科學專業GIS 本科課程線上混合式項目教學實施策略探究

王碩，房春生，李杰，姜百川

(吉林大學 新能源與環境學院，長春 130012)

環境科學專業對于GIS 課程的教學要求不同于地理信息系統等專業，更側重于軟件的實際操作而非理論學習。這種差異化的要求，使傳統課堂教學模式中由黑板-課件-書本-紙筆構成的教師講授-學生接受授課方法體系對課程產生極大的限制。由于沒有測繪學等前置課程，學生直接接觸GIS 理論既覺得生澀也覺得無用，容易滋長學生的厭學情緒，同時教師講授過多，擠占了部分學生上機練習的時間，導致學生參與度低，無法真正掌握GIS 軟件操作。事實上，隨著翻轉課堂、項目教學等新的教學方法與慕課、微課等新的教學手段出現，如何在教學中充分利用新的方法與技術突破傳統教學模式，是環境科學等非地理信息系統專業解決教學不平衡矛盾的重要途徑。但是，無論是翻轉課堂或是項目教學，其更多依據線下課堂上師生之間的交流溝通，這一方面是由于線下課程的溝通效率更高，另一方面是由于教師習慣于傳統課堂上師生溝通的模式。隨著在線課程的廣泛開展，高校教育正逐漸改變這種依靠線下教學的狀況。因此，如何在線上教學過程中繼續貫徹混合式項目教學的理念方法是環境科學專業GIS 課程必須面對的挑戰，本文以吉林大學環境科學專業為例，探討了GIS本科課程線上混合式項目教學實施策略。

一 文獻綜述

（一）混合式學習

混合式學習即Blending Learning，是在線學習的一種。但是，又非慕課等傳統的在線學習模式，而是將在線課程與線下教學相結合，在發揮在線學習高效、直接及方式多樣的優勢的基礎上，又能包含傳統課堂的及時反饋、教學結合緊密的特點。基于此，混合式學習被廣泛認為是一種非常有活力的學習方法。正因為混合式學習具有這種特點，所以混合式學習可以引導授課教師在對學生進行啟發式教學的同時又能把控整個教學過程，利用多樣化的教學手段調動學生主動學習的積極性與創造性。混合式學習是技術支持學習的擴展與延伸，因此技術支持也是混合學習所要強調的一個重要方面。在混合式學習中，一般會利用大量的學習工具即軟件來幫助學習者達到學習目的，完成相關內容的學習。

特別是在信息化社會背景下，傳統的線下師生面對面的心口相傳的知識傳遞模式，由教師到學生的單向傳播過程，正在被以信息化技術為表象、培養能力為手段及解決實際問題為核心的以學為主的教學模式所取代。借由信息化技術的發展，產生了大量的結合現代信息化教學手段的混合學習方式方法，其中以慕課、翻轉課堂與微課為最廣泛接受的形式。慕課即為大規模開放在線課程(Massive Open Online Course)，是當前大學中最廣為采用的一種在線課程模式。作為伴隨著互聯網成長的一代人，當代大學生對于慕課的網絡化、開放式、資源化和互動式的特點有著天然的契合，可以預見的是，隨著互聯網技術的發展，慕課正深刻改變著我國高等教育的傳統模式。當然，慕課網絡化的特點，雖然其不受時空因素的影響，但是同時也帶來了缺乏傳統課堂中即時交流互動，無法對學生學習效果進行及時檢測等缺陷，這些不利因素成為阻礙慕課進一步發展與大規模應用的主要原因。除此之外，由于慕課的開放式教學模式，意味著學生需要比傳統課堂中更多的學習主動性，更強的自主學習能力，這些不可控因素同樣影響著慕課教學方式的有效性。因此，在目前信息化水平下，完全以慕課為教學手段尚不能取代課堂教學的內容。基于此，結合線下課程的互動性即時性特點與線上慕課自主性、開放性特點的教學模式——翻轉課堂被提出。不同于傳統的從老師到學生的課堂教學過程，翻轉課堂更加強調學生進行練習的過程與教師在此過程中的指導。這種倒置的教學過程將傳統線下課堂中先老師講授后學生完成練習的過程翻轉，使學生在練習中產生問題，而后老師從問題出發為學生講授相關知識，從而最大限度發揮學生學習的主動性。這種問題導向的雙向過程可以劃分為四個過程，即體驗學習階段、概念探索階段、意義構建階段與展示應用階段。可汗學院在2012 年利用微課進行的課堂翻轉教學模式是其中較為成功的案例。

（二）項目式學習

項目式教學方法即Project-based Learning，簡稱PBL，是通過以項目訓練為手段，對接現實生活中的相關問題，以逆向思維的方式來構建課程的教學方法。由于其具有的特殊性，無法直接證明項目教學方法可以完全取代其他教學方法，因此項目教學方法尚有較大發展空間。對比近年來的研究，可以了解到項目教學的效果會受到項目質量、學生參與程度等因素的影響，就總體而言，項目教學較為突出的優勢為提高學生通過項目完成所獲得的成就感，從而引發學生主動學習的積極性。但是由于其教學過程的逆序性，項目式教學較難應用于基本概念、能力的培養，例如背誦、計算等能力，因此項目式教學的前提是需要學生通過其他教學手段獲得基本概念、能力的學習。在此基礎上，項目式教學能夠顯著提高學生的學習熱情進而提高學生的主觀能動性，提升學習質量。而在學生參與項目的過程中，能夠自覺從問題出發，結合課堂所學內容，通過制定計劃、有效溝通，解決復雜的現實問題。當然，要達到極佳的教學效果需要師生花費大量的精力協調相關的課程資源，掌握項目教學實施的多種策略與實踐方法。依據一線教師的直接反饋，可以看到項目式教學在調動學生積極性、吸引學生主動學習方面具有無可替代的優勢。此外，在大學階段的項目式教學可以鼓勵學生更早地思考個人未來的職業規劃并進行相關的技能培訓，因此，項目式學習對于現代大學生而言具有非常重要的意義。

二 GIS 課程線上混合式項目教學實施策略

本文將從課前、課中和課后三個環節來介紹在環境科學專業GIS 本科課程進行線上混合式項目教學的策略。

（一）課前

不同于傳統課程中教師課前備課-學生課前預習的以學生預習為主的體系，在線授課的難度是無法通過線下課堂檢驗學生的預習情況，因此需要教師更重視課前備課，能夠完全把控課程的進程，使學生不易走神。因此，課前準備應分為教師與學生兩個部分。

1 教師部分

對于教師而言，在課前備課的過程中需要反復熟悉自己的課件，能夠以講課狀態完成一次試講。設計好課程中的所有流程，并對相關影音資料等做好剪輯，防止出現網絡狀況不佳引起的課程終端等問題。教師還應提前準備好已經錄制好的課程視頻作為備份，并設計好課堂提問流程，以保證學生在線聽課過程中的注意力集中。此外，每次課前，教師應將準備好的材料提前發到QQ、微信或釘釘群中，供學生提前閱讀，并根據預習內容，在學習通內布置相關作業，督促學生自習。

2 學生部分

對于學生而言，在課前預習過程中，應提前觀看教師發布的書籍、文章，并依據書籍、文章的內容，完成學習通中布置的相關預習作業，實現混合式項目教學中翻轉課堂的部分，對于自主預習過程中存在的問題，應在課前通過QQ、微信或釘釘群與教師溝通，及時解決基本理論中的相關問題。

（二）課中

GIS 課程不同于傳統的知識講授型課程，更不同于編程類課程，其中既有基礎理論如投影，又有操作應用如配準，而二者之間也存在緊密關聯，如果不了解投影，那么就算是掌握配準的操作也會出現參數選擇等錯誤。因此在課中，不能完全放棄基礎理論的講授。此外，基于項目教學的過程中，是以項目為導向，通過項目的完成使學生對于基本知識與操作技能有深入的理解，因此，課中分為理論與操作兩個部分。

1 理論部分

如前所述，對于非地理信息系統專業的學生，并未學習過測量學等前置基礎理論課程，因此如果僅講授軟件的操作，那么有許多操作的目的是學生所不能理解的。僅按照老師的演示操作內容，學生可能會較好地完成作業內容。但是這種純粹的機械式模仿，在未來學生接觸新的工作任務時，很有可能會產生極大的偏差。同時，不同于傳統課程中單獨講授基本理論的模式，對于非地理信息系統專業而言，GIS 課程的課時有限，無法做到在理論講授部分面面俱到。因此，需要結合在ArcGIS 等軟件操作過程中的實際問題，更多地通過項目教學引導學生將實際動手操作過程中遇到的問題與相關的理論結合起來。通過操作中實際出現的問題引導學生探索GIS 應用中所涉及的相關前置學科如測量學等知識。例如，教師在演示操作過程中，通過配準與屬性數據輸入兩個操作演示了軟件操作中的兩個重要步驟，結合這兩個步驟，引導學生探索地理信息系統數據的構成，以及這兩種不同數據所代表的含義，要向學生灌輸這兩個過程分別輸入的是地理信息系統的位置數據與屬性數據思想，將實際與理論結合起來。學生在模仿教師的操作進行項目學習過程中，可能會發現自己的配準錯誤或屬性數據無法輸入的問題，此時教師除了幫助學生修正問題，更重要的是指導學生自己去發現操作過程中的失誤，例如坐標系的選擇錯誤、字段類型的選擇錯誤等，并向學生指出這些錯誤代表的含義及背后的理論基礎。此外，由于在線課程無法以語氣、動作和眼神等強調這種理論與實際的聯系，因此，教師在在線演示講授的過程中無法采用傳統課堂中以講述為主的形式去引導學生。而是采用在線提問的方法，通過QQ 課堂的在線提問/舉手功能，以實際操作中出現的問題作為引導，使學生主動思考這種基本理論與操作的關聯。

2 操作部分

操作部分，是非GIS 專業課程中最為重要的部分，同時也是整個課程的核心。只有通過項目教學，學生在操作部分能夠獨立完成自己的地圖作品，才意味著學生能基本掌握ArcGIS 軟件的操作技能，對于相關基本理論有一定的了解。通過課后練習反復操作，才能更好地理解地理信息系統的內容。而在操作部分，首要方面是教師的演示，如果沒有教師的相關演示，對于學生而言，有限的課時長度不足以實現軟件操作的入門。因此在教師演示的過程中，教師需要根據教學內容與要求及項目教學的難度，提前制作好軟件操作的演示視頻，而不能進行在線演示。這主要是由于ArcGIS 的操作不同于傳統編程類型課程，GIS 操作過程有大量的重復性操作，例如繪圖等，如果采用在線演示，那么一方面耗時太長，有限的時間內能夠演示的操作少之又少；另一方面會使操作變得枯燥乏味，使學習在線課程的學生產生倦怠，也不利于教師掌控課程流程。而在每一步操作后，教師應暫停操作視頻，對該步驟涉及的基本理論進行講解提問，對該步驟操作的要點進行總結，這個部分同樣通過QQ 課堂進行。學生根據教師設置的項目，遵循教師的演示，開展自主項目學習。這個過程中，由于需要大量的師生交互、師生屏幕轉換，因此教師在此過程中選擇釘釘平臺會議模式，學生根據自身操作遇到的問題進行直播屏幕，并向教師提問，教師在指導學生操作的過程中進一步加強學生對理論與操作的印象。

（三）課后

GIS 課程除了與傳統課程一樣重視課堂教學之外，更加重視課后學生基于項目的訓練，反復的項目訓練一方面能夠夯實學生的理論和操作基礎，另一方面可以快速提升學生對于地理信息系統及相關操作軟件的理解，因此如何在課后督促學生進行相關項目的訓練，是在線混合式項目教學的難點。為避免由于課后訓練不足導致的項目教學效果大打折扣，教師在課后環節中應在項目牽引的基礎上引入競爭與獎勵機制。針對作業完成度好、完成效果出色的同學，可以在教師的輔導下參加全國GIS 技能大賽。這種競爭與獎勵機制的引入，調動了學生盡自己所能完成好作業的主觀能動性，有效克服了在線混合式項目教學無法對學生項目進程進行監督的缺陷，同時，這種競爭獎勵機制的引入也是實現差異化教學的有效途徑，對于信息技術基礎薄弱的同學能更好地完成作業，而信息技術水平較高的同學則可以通過參賽獲得榮譽。更重要的是，在線項目教學過程中，教師為學生設置的項目，更需要貼近教學內容，但是可能與工作中真實操作的項目存在較大差距。而GIS 大賽技能則從選拔角度出發，更貼近實際的項目，是對課堂中作業項目的有益補充，使學生真正能將GIS 作為一項可以解決實際問題的工具而不是一門獲得學分的課程來看待。

四 結束語

基于混合項目教學(PBL)的方法是在信息化時代解決GIS 類操作課程與傳統授課方式矛盾的有效方式，但是在具體實施過程中，應結合線上教學的特點、在線平臺特性與混合項目教學的方法，充分認識到在線混合項目教學模式的可行性與優越性。一是在督促機制合理運用的前提下，能夠極大調動學生自主學習的積極性，對提高學生的自我學習能力有很大幫助，可以很好解決當前大學生在選修科目上的懶學、怠學問題。二是通過兩級項目教學的設置，使學生既完成基本原理的學習與基本操作的掌握，又能夠通過自身的努力掌握GIS 的一些高階操作，解決實際的問題，在整個教學過程中做到教—學—會—用的高度統一。三是體現了差異化教學的特點，在完成教學大綱內容的基礎上，可以為有興趣、有能力的學生提供更高階的平臺，為學生未來進入社會提供一項新的技能。四是在線教學過程中能夠真正加強師生之間的交流溝通，如果是線下課堂，由于是選修課及學生普遍在課堂上內向的原因，學生并不愿意正面反饋教師的提問或直接提出自己的問題，但是由于在線上，不是采用面對面的形式，學生更愿意表達自己的想法，討論等活動遠比線下課堂中參與度高，更有益于實現項目教學。

當然，在線實施項目教學過程中也存在一些問題，首先是課時安排，線上課程課時不宜安排過長，否則學生難以保證課程全程的注意力集中；其次，教師用在課外的時間遠高于線下的情況，除課程本身內容外，授課教師還需要做好各方面預案，包括做好備用平臺、備用設備和備用網絡等。最后，無法確切得知每一位學生的實際觀看情況，各平臺數據均只能反映學生是否完成作業、是否在線，但是無法反映學生的精神狀態。

綜合考慮來看，線上教學與混合式項目教學結合在環境科學專業GIS 課程中優點突出，效果很好，但是在學生進行作業與項目的過程中，線上指導確實不及線下指導的效率高。因此，應該充分發揮線上教學與線下教學的優勢，按照其特點與混合式項目教學結合，達到GIS 課程的最優教學效果。