地理信息教材慕課化改革與教學(xué)模式創(chuàng)新研究

張新長(zhǎng) 阮永儉

摘 要：隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及化，傳統(tǒng)的以書(shū)籍為載體的高等教育地理信息類(lèi)課程教材已經(jīng)滿(mǎn)足不了在校大學(xué)生和社會(huì)公眾對(duì)于了解和掌握知識(shí)的需求，而且在校大學(xué)生對(duì)知識(shí)獲取的路徑也日趨多樣化，急需新形式的教材與教學(xué)模式讓知識(shí)更加流暢的傳遞。故本文將地理信息類(lèi)課程教材結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在教材與教學(xué)模式中添加慕課（Massive Open Online Courses，MOOC）新元素，探討信息時(shí)代的中國(guó)地理信息類(lèi)高等教育教材改革與教學(xué)模式創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：教材改革；慕課（MOOC）；教學(xué)模式創(chuàng)新；地理信息教材

一、引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)高等教育事業(yè)獲得長(zhǎng)足發(fā)展，取得令人矚目的成績(jī)，初步形成了適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展需要的多種層次、多種形式、學(xué)科門(mén)類(lèi)基本齊全的社會(huì)主義高等教育體系，為社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)了大批高級(jí)專(zhuān)門(mén)人才，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。然而隨著網(wǎng)絡(luò)化、信息化以及學(xué)生知識(shí)需求多樣化的發(fā)展，以文字（包括書(shū)籍和電子書(shū)）為中心的教材以及以文字內(nèi)容為綱領(lǐng)的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式已經(jīng)很難適應(yīng)時(shí)代發(fā)展與教育教學(xué)需求[1]。

某種意義上說(shuō)，文字不是一種優(yōu)質(zhì)的信息傳遞載體，所謂“一千個(gè)讀者，就有一千個(gè)哈姆雷特”，這給知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的傳遞增加了額外的障礙[2]。特別是像地理信息類(lèi)課程融合了計(jì)算機(jī)、測(cè)繪學(xué)、地理學(xué)、空間信息技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)，其知識(shí)面廣，涉及較多的專(zhuān)業(yè)學(xué)科[3]，用有限的文字篇幅難以將知識(shí)內(nèi)容一一清楚表述。同時(shí)由于教材的限制，導(dǎo)致課堂的傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在很大不足，其主要表現(xiàn)為：（1）傳

統(tǒng)教學(xué)模式屬于“講解—接受型”，課堂上較多的情況是老師按照其對(duì)文字教材的理解向?qū)W生傳遞相關(guān)專(zhuān)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。這是一種單向信息流傳遞方式，作為教學(xué)信息主動(dòng)發(fā)出者的教師與被動(dòng)接受者的學(xué)生之間少有雙向的信息交流。（2）缺乏通識(shí)性與專(zhuān)業(yè)性的教學(xué)平衡。如目前國(guó)內(nèi)高校的地理信息類(lèi)課程主要針對(duì)測(cè)繪學(xué)、地理學(xué)等少數(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)，課程內(nèi)容專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)，對(duì)非專(zhuān)業(yè)人士來(lái)講門(mén)檻過(guò)高。因此，如何平衡地理信息類(lèi)課程教學(xué)的通識(shí)性與專(zhuān)業(yè)性是地理信息教學(xué)與教材改革需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。

近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)在線視頻課程的興起為我國(guó)高等教育的發(fā)展提供了新的元素，引發(fā)了高等教育在教材以及教學(xué)模式上的深刻變革[4-6]，大大豐富了教學(xué)內(nèi)容并提高了教學(xué)質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)在線視頻課程可以制作比單一文字載體更豐富的數(shù)字視頻教材，可以更加精準(zhǔn)地向?qū)W生傳遞知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，而且其教學(xué)資源豐富、教學(xué)模式自主性強(qiáng)、師生交流互動(dòng)頻繁的優(yōu)點(diǎn)得到了高等教育界的廣泛關(guān)注。其中大規(guī)模在線開(kāi)放課程（MOOC，又稱(chēng)慕課）的出現(xiàn)為在線課程注入了新的活力。慕課是以降低教育成本、促進(jìn)教育公平、提升教育質(zhì)量、服務(wù)終身學(xué)習(xí)為理念的開(kāi)放課程建設(shè)模式，我們根據(jù)慕課的特點(diǎn)，將其引入“地理信息系統(tǒng)概論”與“數(shù)字城市”課程的教材改革以及新型的教學(xué)模式研究中。通過(guò)在線課程提供完整的數(shù)字視頻教材講解并提供配套書(shū)籍（電子書(shū)）、習(xí)題等課程教材資料，還據(jù)此研究新的教學(xué)模式，建立學(xué)習(xí)討論區(qū)，實(shí)現(xiàn)師生之間、學(xué)生之間的靈活交流互動(dòng)，從而使教學(xué)資源共享，空間上不限于教室、時(shí)間上不限于傳統(tǒng)的上課時(shí)間，為我國(guó)高等教育在信息化時(shí)代的教材與教學(xué)模式改革提供經(jīng)驗(yàn)與先例。

二、教材慕課化改革與實(shí)施

“教材慕課化”是指根據(jù)教學(xué)大綱將教學(xué)內(nèi)容完整地、成體系地制作成在線教學(xué)講解的視頻，成為一種動(dòng)態(tài)的教材，并以視頻教材為主，其他相關(guān)的PPT、書(shū)籍（電子書(shū)）、課后習(xí)題、實(shí)習(xí)、課后測(cè)試等為輔。而教學(xué)模式創(chuàng)新研究則是為了探討如何在教材慕課化后取得更好教學(xué)效果的配套教學(xué)模式，包括學(xué)習(xí)互動(dòng)設(shè)計(jì)、課程管理等方面內(nèi)容。

廣州大學(xué)、中山大學(xué)目前使用與地理信息科學(xué)教學(xué)有關(guān)的慕課化教材已依托“愛(ài)課程”網(wǎng)站上線，其中包括國(guó)家精品視頻公開(kāi)課“數(shù)字城市”和國(guó)家精品在線開(kāi)放課程“地理信息系統(tǒng)概論”。

1.慕課化教材設(shè)計(jì)與制作

根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的教材編寫(xiě)大綱，分別對(duì)“數(shù)字城市”與“地理信息系統(tǒng)概論”兩門(mén)課程教材進(jìn)行慕課化改革。

其中國(guó)家精品視頻公開(kāi)課“數(shù)字城市”主要圍繞數(shù)字城市這一核心概念，以案例驅(qū)動(dòng)的方式，探討數(shù)字城市的概念、特征、建設(shè)內(nèi)容及未來(lái)發(fā)展。課程定位是面向社會(huì)大眾，具有科普教育的特征，實(shí)現(xiàn)課堂授課科學(xué)性與通俗性的平衡。首先對(duì)空間信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等數(shù)字城市建設(shè)的支撐技術(shù)進(jìn)行深入淺出的講解。其次結(jié)合應(yīng)用實(shí)踐，重點(diǎn)介紹數(shù)字城市地理空間框架與公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)。在數(shù)字城市的視野下，探討了城市的網(wǎng)絡(luò)化管理、空間綜合人文學(xué)與社會(huì)學(xué)的研究。最后，以新興的云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為切入點(diǎn)，展望數(shù)字城市未來(lái)的發(fā)展方向——智慧城市。該課程包括8講視頻，每講約45分鐘。

由于地理信息科學(xué)教學(xué)中實(shí)踐操作內(nèi)容對(duì)于初學(xué)者過(guò)于復(fù)雜而需要逐步指導(dǎo)，中國(guó)大學(xué)MOOC“地理信息系統(tǒng)概論”課程內(nèi)容設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分：理論課程與實(shí)踐課程。理論課程內(nèi)容以地理信息的處理為主線，系統(tǒng)地介紹空間參考系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)組成與特征、空間數(shù)據(jù)質(zhì)量與不確定性、數(shù)字化技術(shù)與專(zhuān)題制圖、空間數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)GIS、空間分析以及GIS軟件工程等基礎(chǔ)理論知識(shí)與方法。同時(shí)，結(jié)合最新的技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)與實(shí)踐案例，展現(xiàn)“GIS技術(shù)方法”在不同領(lǐng)域的應(yīng)用前景與方向，以達(dá)到學(xué)以致用的目的，為后續(xù)的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該課程包括42節(jié)視頻，每節(jié)約25分鐘。實(shí)踐課程則針對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容重點(diǎn)難點(diǎn)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)介紹，該課程學(xué)習(xí)基于ArcGis Online平臺(tái)，共12節(jié)視頻，每節(jié)約25分鐘?！暗乩硇畔⑾到y(tǒng)概論”MOOC課程每節(jié)視頻由學(xué)校網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)中心專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)精心拍攝制作，為該課程順利上線提供了質(zhì)量保障。

2.其他配套教材學(xué)習(xí)資源

其他教材學(xué)習(xí)資源包括兩個(gè)部分：靜態(tài)教材學(xué)習(xí)資源和動(dòng)態(tài)教材學(xué)習(xí)資源。靜態(tài)教材學(xué)習(xí)資源包括配套教材、網(wǎng)頁(yè)課程介紹、教學(xué)大綱、教學(xué)課件等。教學(xué)團(tuán)隊(duì)針對(duì)這兩門(mén)建設(shè)課程編著了配套教材，即《數(shù)字城市》和《地理信息系統(tǒng)概論》（上、下冊(cè)）。網(wǎng)頁(yè)課程介紹（視頻）和教材大綱能夠使初學(xué)者對(duì)課程有初步的了解，并在學(xué)習(xí)的過(guò)程中從總體上把握學(xué)習(xí)內(nèi)容。

動(dòng)態(tài)教材學(xué)習(xí)資源的建設(shè)包括：（1）教學(xué)課件，隨著學(xué)習(xí)的進(jìn)行漸進(jìn)投放。（2）在線測(cè)驗(yàn)，包括選擇題和問(wèn)答題兩種類(lèi)型試題。每講學(xué)習(xí)完后，學(xué)生即可測(cè)驗(yàn)所學(xué)的知識(shí)，測(cè)驗(yàn)試題從題庫(kù)中隨機(jī)選擇，測(cè)驗(yàn)結(jié)果由系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)分。

（3）其他動(dòng)態(tài)教材學(xué)習(xí)資源，包括有關(guān)學(xué)習(xí)事項(xiàng)的課程通知、在線答疑討論，對(duì)存在的疑問(wèn)快速提示和解答。

三、基于教材慕課化的教學(xué)模式創(chuàng)新

結(jié)合傳統(tǒng)面授課程與慕課模式的優(yōu)點(diǎn)，課程采取線上學(xué)習(xí)線下互動(dòng)的混合模式對(duì)“地理信息系統(tǒng)概論”課程進(jìn)行了在線開(kāi)放課程改革，新型的教學(xué)模式設(shè)計(jì)如下圖所示。線上學(xué)習(xí)主要是學(xué)生根據(jù)課程提供的教學(xué)講解視頻教材、電子版文字教材、課程PPT、在線測(cè)驗(yàn)等學(xué)習(xí)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。線下同步則對(duì)線上課程的學(xué)習(xí)難點(diǎn)重點(diǎn)、關(guān)鍵操作進(jìn)行面授課程講解，并對(duì)學(xué)生線上學(xué)習(xí)遇到的問(wèn)題進(jìn)行解答。

1.形成“雙線”互動(dòng)一體化的教學(xué)模式

發(fā)展線上學(xué)習(xí)、線下同步的“雙線”教學(xué)模式。利用互聯(lián)網(wǎng)多媒體技術(shù)，學(xué)生可以自主選擇時(shí)間和地點(diǎn)，進(jìn)行線上的地理信息精品課程學(xué)習(xí)。借助傳統(tǒng)線下課程，教師同步講解重點(diǎn)難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)和實(shí)踐?！半p線”教學(xué)給學(xué)生提供了預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)、思考、討論、復(fù)習(xí)的綜合平臺(tái)。

發(fā)展交互式、協(xié)同式的“互動(dòng)”教學(xué)模式。以“慕課”為平臺(tái)，結(jié)合地理信息科學(xué)的專(zhuān)業(yè)特色，借助多媒體與超媒體技術(shù)，通過(guò)課堂和在線多渠道的互動(dòng)討論，實(shí)現(xiàn)學(xué)生和授課教師的交互、學(xué)生和學(xué)生的協(xié)同，改變了“單頻道”灌輸?shù)膫鹘y(tǒng)教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力。

實(shí)現(xiàn)“教學(xué)、實(shí)踐、考核”的一體化。教學(xué)注重理論知識(shí)的講解和傳授，實(shí)踐注重地理信息系統(tǒng)的軟件操作，而考核則結(jié)合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、平時(shí)測(cè)驗(yàn)、課堂討論、實(shí)習(xí)作業(yè)、期末考試等多種形式，循序漸進(jìn)地檢查學(xué)生學(xué)習(xí)情況，有效避免了“講授、作業(yè)、考試”三部曲下的突擊式學(xué)習(xí)。

2.實(shí)現(xiàn)通識(shí)性與專(zhuān)業(yè)性的教學(xué)平衡

“雙線”模式下的課程同時(shí)面向社會(huì)大眾和高校學(xué)生，兼具通識(shí)科普教育和專(zhuān)業(yè)高等教育的特征。在課程建設(shè)方面，線上課程側(cè)重從通識(shí)教學(xué)的角度，以大眾語(yǔ)言和大量案例，講解地理信息領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和行業(yè)應(yīng)用，輔以網(wǎng)絡(luò)在線討論的形式進(jìn)行互動(dòng)式學(xué)習(xí)；而線下課程側(cè)重從專(zhuān)業(yè)教學(xué)的角度，聯(lián)系基礎(chǔ)理論和實(shí)踐應(yīng)用，圍繞課程的重點(diǎn)難點(diǎn)開(kāi)展補(bǔ)充講解，輔以課堂互動(dòng)的方式進(jìn)行引導(dǎo)學(xué)習(xí)、協(xié)同式學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)通識(shí)性與專(zhuān)業(yè)性的教學(xué)平衡。

3.探索信息時(shí)代下優(yōu)質(zhì)教材整合改革和傳播模式

在互聯(lián)網(wǎng)大環(huán)境下，依托教育部和財(cái)政部共建的“愛(ài)課程”高等教育課程資源共享平臺(tái)，建設(shè)了“數(shù)字城市”國(guó)家精品視頻公開(kāi)課和“地理信息系統(tǒng)概論”國(guó)家精品在線開(kāi)放課程。在講授專(zhuān)業(yè)課程和普及科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，將大量領(lǐng)域相關(guān)的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源整合成相關(guān)教材掛接在網(wǎng)站上，方便高校學(xué)生和社會(huì)大眾更好地學(xué)習(xí)地理信息科學(xué)知識(shí)，探索了如何在水平參差不齊的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行教材整合改革與廣泛傳播的路徑。

四、模式應(yīng)用效果

1.教學(xué)質(zhì)量得到顯著提高

在教材慕課化與創(chuàng)新的教學(xué)模式下，學(xué)生可以借助互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)終端，隨時(shí)隨地自主學(xué)習(xí)，通過(guò)“雙線”模式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率，讓學(xué)生學(xué)到大量地理信息系統(tǒng)的相關(guān)軟件的操作、數(shù)據(jù)處理以及二次開(kāi)發(fā)軟件應(yīng)用實(shí)現(xiàn)等知識(shí)和技能。從2012年起，多次組織學(xué)生參加“ESRI杯中國(guó)大學(xué)生GIS軟件開(kāi)發(fā)競(jìng)賽”，迄今為止，獲得了一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、優(yōu)勝獎(jiǎng)5項(xiàng)的好成績(jī)；指導(dǎo)學(xué)生參加“珠網(wǎng)交通平臺(tái)”項(xiàng)目獲得“挑戰(zhàn)杯-創(chuàng)青春”廣東省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽金獎(jiǎng)；指導(dǎo)的本科畢業(yè)論文獲得中山大學(xué)校級(jí)優(yōu)秀論文。

2.提高了教師的教學(xué)能力和水平

利用多媒體技術(shù)，融合“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，將教學(xué)資源整合成體系完整的教材在線共享，豐富教學(xué)內(nèi)容和獲取知識(shí)途徑，教師的角色變成了啟發(fā)者和引導(dǎo)者，從而也間接提高了教師的教學(xué)能力和水平。項(xiàng)目組教師及教學(xué)成果先后獲得了“廣東省特支計(jì)劃”教學(xué)名師、教育部“萬(wàn)人計(jì)劃”教學(xué)名師候選人、第七屆廣東省教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和首屆中國(guó)地理信息教學(xué)成果特等獎(jiǎng)等榮譽(yù)和獎(jiǎng)項(xiàng)。

3.教材慕課化改革與教學(xué)模式創(chuàng)新得到廣泛應(yīng)用

教材慕課化改革與教學(xué)模式創(chuàng)新后，國(guó)家精品視頻公開(kāi)課“數(shù)字城市”和國(guó)家精品在線開(kāi)放課程“地理信息系統(tǒng)概論”分別于2014年和2016年成為了中山大學(xué)核心通識(shí)課程。兩門(mén)課程改革后都廣泛使用了多媒體課件、投影和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段等，應(yīng)用效果與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比有顯著提高?！皵?shù)字城市”課程自從2012年11月在“愛(ài)課程”網(wǎng)站上線以來(lái)，已接近5萬(wàn)人次撰寫(xiě)評(píng)論，并超過(guò)了34萬(wàn)人次學(xué)習(xí)。在“愛(ài)課程”網(wǎng)上全國(guó)992門(mén)國(guó)家精品視頻公開(kāi)課中目前總排名第5位。“地理信息系統(tǒng)概論”課程是在“愛(ài)課程”網(wǎng)站“中國(guó)大學(xué)MOOC”平臺(tái)上線的首批測(cè)繪地理信息領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)課程，2016年9月1日第一期開(kāi)課上線選課人數(shù)突破了7 000人，2017年2月20日第二期開(kāi)課選課人數(shù)突破11 000人，2018年3月1號(hào)第三期開(kāi)課選課人數(shù)突破9 000人。該課程每日在線學(xué)習(xí)人數(shù)平均在200人以上，最高時(shí)學(xué)習(xí)人數(shù)超過(guò)1 000人，這是傳統(tǒng)教學(xué)模式下永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到的學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)模。

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[基金項(xiàng)目：教育部地理信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目（41431178）]

[責(zé)任編輯：余大品]