翻轉(zhuǎn)課堂在地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論課程實驗教學(xué)中的實踐研究

李慧 余明 葉金玉

摘要：GIS教育已經(jīng)普及化，開設(shè)該專業(yè)的高校和開設(shè)相關(guān)課程的專業(yè)日益增多。GIS課程實驗課在非GIS專業(yè)的GIS教育中承擔(dān)著非常重要的作用，但現(xiàn)有的大眾化教學(xué)模式，如投影儀演示等教學(xué)效果差強人意。在當(dāng)今大數(shù)據(jù)、云計算、MOOC等鋪天蓋地的新教學(xué)手段的啟發(fā)下，筆者嘗試了翻轉(zhuǎn)課堂實踐研究，并取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：非GIS專業(yè)；GIS實驗課；翻轉(zhuǎn)課堂；教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）23-0152-03

地理信息系統(tǒng)（Geographic information system），簡稱GIS，是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一門新興交叉邊緣學(xué)科，它通過采集、管理、處理、分析、建模和顯示空間數(shù)據(jù)以解決空間位置的相關(guān)問題[1，2]。經(jīng)過50多年的發(fā)展，GIS已經(jīng)成為當(dāng)今信息社會的重要組成部分，其應(yīng)用已經(jīng)涉及各個學(xué)科和各個領(lǐng)域，因此本科教學(xué)中，除了地理信息科學(xué)專業(yè)外，很多相關(guān)專業(yè)，如生態(tài)學(xué)、環(huán)境學(xué)、資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理、測繪工程、城市規(guī)劃等也都開設(shè)了GIS的相關(guān)課程，且數(shù)量在逐漸增多[3-5]。而GIS課程實驗教學(xué)在非地理信息系統(tǒng)專業(yè)的GIS教育中往往具有重要作用，是實現(xiàn)非GIS專業(yè)培養(yǎng)GIS應(yīng)用人才的重要載體。本文在對非GIS課程實驗教學(xué)特點分析的基礎(chǔ)上，探討了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法在非GIS專業(yè)GIS課程實驗教學(xué)中的適用性，并進(jìn)行了初步的實踐，取得了良好效果。

一、非GIS專業(yè)GIS課程實驗教學(xué)特點

在大多數(shù)高校中，非GIS專業(yè)的GIS教育所開設(shè)的GIS相關(guān)課程較少，往往只開設(shè)一門GIS導(dǎo)論課程[6-12]，而且學(xué)生普遍不具備GIS課程學(xué)習(xí)的前期課程，如地圖學(xué)、數(shù)據(jù)庫、計算機技術(shù)等預(yù)備知識，因此學(xué)生的“學(xué)”和教師的“教”都有著不同于GIS專業(yè)GIS課程的特點。GIS導(dǎo)論課程本身繼承了GIS既是一個交叉學(xué)科又是一個技術(shù)系統(tǒng)的特點，既包含知識點繁多的基本原理，又有著非常強的實踐性的技術(shù)課，因此在教學(xué)中GIS課程歷來強調(diào)理論與實踐并重。但對于不具備前期課程基礎(chǔ)的非GIS專業(yè)學(xué)生而言，要理解GIS課程抽象的基礎(chǔ)理論和基本原理，GIS實驗課就顯得尤為重要了。因為GIS課程中的許多基本知識只有通過實踐才能有相應(yīng)的感性認(rèn)識，通過反復(fù)實踐才能加深對GIS基本理論的理解和掌握。例如空間數(shù)據(jù)庫這一GIS課程中的重要章節(jié)，非GIS專業(yè)學(xué)生只有在實驗課上親自建立數(shù)據(jù)庫并采集輸入數(shù)據(jù)才會真正理解和掌握其內(nèi)在的理論和原理。但是與課程本身強調(diào)實踐的特點不符的是，長期以來，非GIS專業(yè)GIS課程教學(xué)一直有著重理論、輕實踐，實驗學(xué)時短，實驗內(nèi)容與本專業(yè)相關(guān)性低，等等問題[9，13，14]。大部分非GIS專業(yè)開設(shè)GIS課程的學(xué)時在32—48之間，而理論課時與實驗課時比一般為2∶1。實驗課時少，教學(xué)質(zhì)量很難得到保障。實驗課內(nèi)容往往是教師精心準(zhǔn)備的為每個主題適用的實驗數(shù)據(jù)，與學(xué)生本專業(yè)相關(guān)度不大，因此學(xué)生學(xué)習(xí)起來動力不足，而且由于沒有前期課程的知識儲備，非GIS專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)GIS導(dǎo)論這門知識點多且涉及學(xué)科多的邊緣學(xué)科時，會遇到很多困難，學(xué)生往往會表現(xiàn)出一定的畏難情緒。在上實驗課時往往出現(xiàn)按部就班地照教師演示或?qū)嶒炛笇?dǎo)書操作，一旦與預(yù)期不符，也很少積極主動思考，而是依賴教師來解決問題。為了改變這樣的教學(xué)局面，提高GIS實驗課的教學(xué)質(zhì)量，有必要進(jìn)行實驗課教學(xué)理論與方法的研究，以達(dá)到調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，有效地保證非GIS專業(yè)GIS課程教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用人才的目的。

二、翻轉(zhuǎn)課堂在非GIS專業(yè)GIS實驗教學(xué)中的適用性

翻轉(zhuǎn)課堂這種教學(xué)方法自2007年美國林地公園中學(xué)的兩位化學(xué)教師的創(chuàng)新實踐和2011年可汗學(xué)院創(chuàng)始人在TED大會上的演講《用視頻重新創(chuàng)造教育》以來，已被全球教育工作者所關(guān)注[15，16]。翻轉(zhuǎn)課堂重塑了傳統(tǒng)教學(xué)方法的時空，改變了以往傳統(tǒng)課堂教學(xué)的固有模式，使知識傳遞在課前完成，課堂時間成為教師為學(xué)生答疑解惑、學(xué)生與學(xué)生討論實現(xiàn)知識內(nèi)化的時間。翻轉(zhuǎn)課堂這種教學(xué)方法的實施一般是教師預(yù)先精心錄制教學(xué)視頻，通過現(xiàn)今愈來愈便利的信息技術(shù)提供給學(xué)生；學(xué)生在課前主動自學(xué)，課堂教學(xué)真正轉(zhuǎn)化為師生交流、討論、提出問題、解決問題的高效教學(xué)時間。翻轉(zhuǎn)課堂翻轉(zhuǎn)的不僅僅是教學(xué)時間和空間配置，通過提前錄制視頻和觀看視頻把教學(xué)時間延伸到課外，而是教學(xué)過程中教師和學(xué)生的地位轉(zhuǎn)換。通過觀看教學(xué)視頻，并在解決教師精心準(zhǔn)備提出的問題的過程中，學(xué)生的角色從原來聽講時的被動接受轉(zhuǎn)換成真正意義上的主動學(xué)習(xí)。這種角色的轉(zhuǎn)變剛好是非GIS專業(yè)地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論課程實驗教學(xué)中所需要的。翻轉(zhuǎn)課堂注重學(xué)生自主性學(xué)習(xí)的理念與非GIS專業(yè)GIS課程強調(diào)實踐能力培養(yǎng)的目標(biāo)不謀而合。正如前文所述，在以往的傳統(tǒng)教學(xué)方法的過程中，學(xué)生在實驗課上處于被動接受地位，教師演示一遍，學(xué)生按照教師的演示或者指導(dǎo)書的步驟，照貓畫虎，沒有主動思考的動力，只知其然而不知其所以然，而且在實驗過程中出現(xiàn)問題時，出現(xiàn)畏難沮喪的情緒導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低下，進(jìn)而嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)效果和教學(xué)質(zhì)量。利用翻轉(zhuǎn)課堂這種教學(xué)方法，積極調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，將學(xué)生GIS導(dǎo)論實驗課上的被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)檎n前的主動學(xué)習(xí)和積極思考解決問題，進(jìn)而課上內(nèi)化知識，享受學(xué)習(xí)樂趣，體驗解決問題的成就感，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

三、翻轉(zhuǎn)課堂在非GIS專業(yè)GIS實驗教學(xué)中的實踐

作為非地理信息系統(tǒng)專業(yè)的GIS普及教育課程，筆者所在學(xué)院的生態(tài)學(xué)專業(yè)開設(shè)的《地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論》共計48學(xué)時，其中理論課24學(xué)時，實驗課24學(xué)時。實驗內(nèi)容包括驗證實驗、設(shè)計實驗共計9個實驗，具體內(nèi)容涉及GIS數(shù)據(jù)采集、處理、分析、制圖等GIS數(shù)據(jù)處理與分析的全部流程。實驗平臺為當(dāng)今主流的GIS軟件平臺，即ESRI公司的ArcGIS軟件，具體實驗課程內(nèi)容及學(xué)時安排見表1。經(jīng)過認(rèn)真比較研究，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，在2017年教學(xué)中初步選擇第四個實驗數(shù)據(jù)處理的空間內(nèi)插部分和較為綜合的第八個實驗疊加分析作為本次翻轉(zhuǎn)課堂的實踐試點內(nèi)容，圖1為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)時提供給學(xué)生的課前學(xué)習(xí)視頻的兩幅截圖。選擇這兩個實驗進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法實踐的主要原因是空間內(nèi)插的相關(guān)實驗有多次比，如趨勢面插值、核密度插值等剛好可以進(jìn)行比較。而后一個疊加分析實驗相對于其他驗證實驗來說比較綜合，可以綜合考察學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。圖2是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法和其他傳統(tǒng)教學(xué)方法學(xué)生實驗報告平均成績比較。從圖2可以看出，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法實驗報告的成績顯著高于其他傳統(tǒng)教學(xué)方法的平均成績。除了實驗報告成績顯著提高外，實驗報告按時完成率也有了很大的提高，其他幾次實驗報告在提交時，總有學(xué)生因為興趣不高、動力不足，而拖延很久才提交。翻轉(zhuǎn)課堂實驗提供了學(xué)生可反復(fù)觀看參考的視頻資料，極大地增強了學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)的信心，有效增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，切實提高了地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論實驗課的教學(xué)效果。在此次翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法實踐過程中，筆者能夠清楚地感受到學(xué)生從被動聽講到主動學(xué)習(xí)、積極思考解決問題的轉(zhuǎn)變。

四、結(jié)語

地理信息系統(tǒng)已涉及社會生活的方方面面，GIS普及教育正全面發(fā)展。高校GIS應(yīng)用型人才的培養(yǎng)任重道遠(yuǎn)。雖然本次教學(xué)改革實踐有效證明了翻轉(zhuǎn)課堂這種教學(xué)方法對地理信息系統(tǒng)實驗課的教學(xué)效果提高的有效性，但筆者也清晰地認(rèn)識到翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法有自己的適用性，并不是適用四海而皆準(zhǔn)的萬能方法，且翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法的實施對教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”都提出了比傳統(tǒng)的教學(xué)方法更高的要求。在今后的教學(xué)實踐過程中，如何把握翻轉(zhuǎn)教學(xué)的度，該翻則翻，不該翻則不翻以便有效地提高教學(xué)水平仍是廣大一線教學(xué)工作者努力的方向。

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