“遙感地學(xué)應(yīng)用”課程混合式教學(xué)模式初探

劉美玲，吳 伶

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 北京信息工程學(xué)院，北京 100083）

近兩年，教育部先后發(fā)布了《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》和《中國(guó)教育現(xiàn)代化》等文件， 明確指出教育教學(xué)需與信息技術(shù)深度融合。2020 年初在新冠肺炎疫情全球蔓延的背景下，大學(xué)教師有序開展線上網(wǎng)絡(luò)課堂（網(wǎng)課）教學(xué)，大力推動(dòng)了“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的發(fā)展。在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為混合式教學(xué)在未來會(huì)成為大學(xué)課程教學(xué)的主流方式，是未來教育的發(fā)展方向。所謂混合式教學(xué)模式，是一種基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)與課堂教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)情境，既發(fā)揮教師的引導(dǎo)、監(jiān)督和啟發(fā)作用，又激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，混合教學(xué)模式的重點(diǎn)在于教授學(xué)生怎樣去學(xué)，而不是如何教授學(xué)生知識(shí)[1]。

一些學(xué)者認(rèn)為，地理信息科學(xué)同時(shí)具有工具學(xué)科、工程學(xué)科和橫斷學(xué)科三大特征[2-5]?！斑b感地學(xué)應(yīng)用”作為地理信息科學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，該課程具有多學(xué)科交叉融合性、理論性和應(yīng)用性并重，技術(shù)發(fā)展和更新速度快等特點(diǎn)[6]?！斑b感地學(xué)應(yīng)用”課程教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生在掌握遙感基本原理、圖像分析技術(shù)和算法與地學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上，運(yùn)用遙感理論、方法和技術(shù)解決各類復(fù)雜地學(xué)問題，培養(yǎng)學(xué)生的全面專業(yè)素質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的自主性，提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。但目前“遙感地學(xué)應(yīng)用”課程在教學(xué)中還存在如下問題：①教學(xué)時(shí)數(shù)少，教學(xué)內(nèi)容繁重?！斑b感地學(xué)應(yīng)用”課程在大多數(shù)高校課時(shí)數(shù)為32～48 學(xué)時(shí)，但其教學(xué)內(nèi)容涵蓋遙感信息分析的基本方法，以及土地覆蓋與全球變化、植被與生態(tài)環(huán)境、水體與水環(huán)境、地質(zhì)和城市與人居環(huán)境等地學(xué)應(yīng)用。②學(xué)生前期基礎(chǔ)課程掌握不牢固。“遙感地學(xué)應(yīng)用”主要是針對(duì)地理科學(xué)、遙感科學(xué)與技術(shù)、地理信息科學(xué)等專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生開設(shè)的，它需要“遙感原理與方法”、“數(shù)字遙感圖像處理”和“地理學(xué)”等課程作為基礎(chǔ)，一些學(xué)生在基礎(chǔ)課程中沒有打下很好的基礎(chǔ)，比如難以理解地學(xué)現(xiàn)象時(shí)空分布特征與遙感信息之間的關(guān)系。③理論與實(shí)踐相脫節(jié)，應(yīng)用理論知識(shí)解決復(fù)雜的實(shí)際地學(xué)問題能力不足。結(jié)合該課程的特點(diǎn)和該課程在教學(xué)中存在的問題，本文基于混合式教學(xué)模式對(duì)該課程從內(nèi)容組織、教學(xué)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了探索和實(shí)踐。

1 混合式教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

遙感地學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域眾多，難以面面俱到，且在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，由于地學(xué)分析對(duì)象的多樣性及環(huán)境背景的復(fù)雜性，采用的方法也不盡相同。為了讓學(xué)生融會(huì)貫通地掌握遙感信息分析的基本方法及其主要地學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，本課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)分為遙感地學(xué)信息提取方法和遙感地學(xué)主要應(yīng)用領(lǐng)域兩大部分。遙感地學(xué)信息提取方法包括遙感影像分類方法（統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別、知識(shí)規(guī)則、智能計(jì)算和面向?qū)ο螅?、地物?dòng)態(tài)變化遙感監(jiān)測(cè)和地物物理量定量提取等。在應(yīng)用篇中，包括遙感技術(shù)在土地覆蓋與全球變化、植被與生態(tài)環(huán)境、水體與水環(huán)境、地質(zhì)和城市與人居環(huán)境中的應(yīng)用。本課程以遙感信息分析方法為“經(jīng)”，以遙感地學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椤熬暋?，建立遙感地學(xué)分析與應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容體系。筆者所授的“遙感地學(xué)應(yīng)用”課程共計(jì)48 學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)32 學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)12 學(xué)時(shí)，知識(shí)體系復(fù)雜，實(shí)踐性強(qiáng)。為了讓學(xué)生更好地將理論與實(shí)踐結(jié)合，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)交錯(cuò)進(jìn)行，“遙感地學(xué)應(yīng)用”課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和學(xué)時(shí)安排如表1 所示。

表1 “遙感地學(xué)應(yīng)用”課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

2 混合式教學(xué)模式實(shí)施

為了發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，不斷創(chuàng)新“遙感地學(xué)應(yīng)用”教學(xué)模式，在在線教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)、教學(xué)材料準(zhǔn)備和教學(xué)內(nèi)容準(zhǔn)備等環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，針對(duì)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容采用不同教學(xué)模式，如圖1 所示，即構(gòu)建基于“在線學(xué)習(xí)+課堂面授”式的理論教學(xué)和基于“問題探究+翻轉(zhuǎn)課堂”式的實(shí)踐教學(xué)等混合式教學(xué)模式。

圖1 “遙感地學(xué)應(yīng)用”課程混合教學(xué)模式設(shè)計(jì)

2.1 基于“在線學(xué)習(xí)+課堂面授”式的理論教學(xué)

由于遙感地學(xué)應(yīng)用課程教學(xué)任務(wù)繁重，所有的教學(xué)內(nèi)容全部依賴于教師講授為主的傳統(tǒng)課堂教學(xué)，難以保證教學(xué)質(zhì)量，尤其是對(duì)前期基礎(chǔ)課程比較薄弱的同學(xué)，跟不上教學(xué)進(jìn)度。在線學(xué)習(xí)成為傳統(tǒng)教學(xué)方式的有益補(bǔ)充，是一種“活”的學(xué)習(xí)方式和“新”的學(xué)習(xí)空間[7]。

筆者借助學(xué)校構(gòu)建的基于Moodle 的線上學(xué)習(xí)環(huán)境資源共享系統(tǒng)，線上內(nèi)容主要從以下4 個(gè)方面布置：①單元導(dǎo)學(xué)設(shè)計(jì)，每一章的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)難點(diǎn)，各個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、練習(xí)題和思考題等。②基礎(chǔ)資料，包括學(xué)生主要參考用書和與前期課程相關(guān)的知識(shí)，參考用書有筆者編寫和出版的“遙感地學(xué)應(yīng)用”和“遙感地學(xué)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教程”[8-9]，中國(guó)科學(xué)院趙時(shí)英等出版的“遙感應(yīng)用分析原理與方法”和南京大學(xué)胡著智等出版的“遙感技術(shù)與地學(xué)應(yīng)用”。③討論資料，教師圍繞遙感地學(xué)中的某一類方法或者某一應(yīng)用領(lǐng)域提供文獻(xiàn)、書籍等資料，并擬定具體的討論問題。學(xué)生根據(jù)教師提供的單元導(dǎo)學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行預(yù)習(xí)，利用基礎(chǔ)資料進(jìn)行學(xué)習(xí)、完成練習(xí)題、思考題和測(cè)試題，查看課外資料和討論資料進(jìn)行課前討論。④前沿資料，遙感地學(xué)應(yīng)用中的新理論、新技術(shù)、新方法，與教師科研項(xiàng)目和大學(xué)生創(chuàng)新型項(xiàng)目相關(guān)聯(lián)的具有“探究性”素材。課堂面授就是面對(duì)面課堂教學(xué)。學(xué)生已經(jīng)提前在線上進(jìn)行了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)有了一定的掌握，因而其面對(duì)面課堂教學(xué)主要是課程導(dǎo)入（即解決各章節(jié)、知識(shí)點(diǎn)內(nèi)在聯(lián)系與銜接）；課程中的教學(xué)重點(diǎn)、教學(xué)難點(diǎn)、延伸問題的講解；學(xué)生在線學(xué)習(xí)中遇到的困難和疑問的解惑，在線學(xué)習(xí)中討論的不同觀點(diǎn)，組織學(xué)生繼續(xù)辯論，并進(jìn)行實(shí)例分析；最后根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的具體情況，對(duì)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行歸納和總結(jié)。面對(duì)面課堂教學(xué)形成以學(xué)生為主體,教師為引導(dǎo)的課堂教學(xué)模式。

通過“在線學(xué)習(xí)+課堂面授”的教學(xué)方式，彌補(bǔ)了理論教學(xué)時(shí)數(shù)有限的不足，讓學(xué)生在有限課時(shí)中掌握遙感技術(shù)的主要理論、方法和應(yīng)用的基本思路，提升了教學(xué)效果。

2.2 “問題探究+翻轉(zhuǎn)課堂”式的實(shí)踐教學(xué)

遙感地學(xué)應(yīng)用實(shí)踐性較強(qiáng)，需學(xué)生能夠熟練地運(yùn)用主流GIS、RS 軟件和常見遙感地學(xué)模型解決實(shí)際應(yīng)用問題，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和專業(yè)技能，通過實(shí)踐教學(xué)讓學(xué)生加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解。遙感地學(xué)應(yīng)用在傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式下，學(xué)生按照預(yù)定的步驟，機(jī)械地操作得出實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求的結(jié)果，大部分學(xué)生未能積極地思考操作步驟背后的原理和意義，其結(jié)果使教學(xué)效果不佳，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。

為實(shí)行“理論教學(xué)”與“實(shí)踐教學(xué)”的有機(jī)融合，實(shí)踐教學(xué)分成確定性主題和自選性主題兩種，確定性主題是穿插在遙感地學(xué)主要應(yīng)用領(lǐng)域篇中的5 個(gè)實(shí)習(xí)（見表1）。筆者嘗試將“問題探究+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式分別引入到確定性主題和自選性主題實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中。 確定性主題實(shí)習(xí)教師提供規(guī)范的實(shí)習(xí)指導(dǎo)書，包含8 部分內(nèi)容，即實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)軟件、實(shí)驗(yàn)區(qū)域與數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)原理與分析、實(shí)驗(yàn)步驟、練習(xí)題、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等，但在實(shí)驗(yàn)操作步驟過程中加入了研究問題，如在實(shí)習(xí)3（水域面積提?。┰O(shè)計(jì)了兩個(gè)研究問題 “水體光譜指數(shù)法閾值如何確定，它是怎樣影響水體提取的精度？除了利用水體光譜指數(shù)法提取水體外，嘗試?yán)脜^(qū)域生長(zhǎng)法提取實(shí)驗(yàn)區(qū)域的水體信息”。只有當(dāng)學(xué)生理解并解決研究問題之后，才能得到正確、全面的結(jié)果。這樣避免了學(xué)生機(jī)械化地操作實(shí)驗(yàn)步驟，從而鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、觀察與判斷能力、發(fā)現(xiàn)/解決問題的能力和綜合分析能力等。

自選性主題實(shí)習(xí)采用“翻轉(zhuǎn)課堂”方式，翻轉(zhuǎn)課堂已作為一種能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的教學(xué)模式，其鼓勵(lì)學(xué)生大膽思考，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，尊重學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的差異性，重視培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力[10-11]。老師在課程開始布置任務(wù)，讓學(xué)生選取遙感在某一應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橹黝}，以3～5 人為小組，小組各個(gè)成員進(jìn)行分工與合作，廣泛閱讀文獻(xiàn)，以某一篇或幾篇文獻(xiàn)為參考或者某一實(shí)際應(yīng)用問題為依據(jù)，收集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，根據(jù)文獻(xiàn)中的方法或者實(shí)際需求得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫報(bào)告，制作演示文檔在課程最后幾課時(shí)（見表1）進(jìn)行集中演講，講解完畢，臺(tái)下同學(xué)以辯論、提問等方式進(jìn)行討論，最后由教師點(diǎn)評(píng)擴(kuò)展。如一些學(xué)生選取了“上海熱島效應(yīng)變化分析、小麥長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、30 年北京市城市擴(kuò)展分析”等主題，分組自主選題實(shí)習(xí)以“興趣性、時(shí)效性和實(shí)用性”為導(dǎo)向，為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)輕松、主動(dòng)的學(xué)習(xí)氛圍，鍛煉學(xué)生的軟件應(yīng)用能力、科學(xué)創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和表達(dá)能力等。

通過“問題探究+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)方式，讓學(xué)生更好地掌握實(shí)驗(yàn)方法和過程，鞏固和拓展課堂講授內(nèi)容，大大鍛煉了學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力，同時(shí)激發(fā)了學(xué)生遙感方面學(xué)習(xí)的興趣。

3 混合式教學(xué)模式考核和改革成效

混合式教學(xué)模式考核實(shí)施“全過程考核和多元考核”模式，總成績(jī)= 期末卷面考試（50%）+ 確定性主題實(shí)習(xí)（20%）+自選性主題實(shí)習(xí)（10%）+在線學(xué)習(xí)（10%）+課堂表現(xiàn)（10%）。期末考試為閉卷筆試，按照課程教學(xué)大綱設(shè)置考試題目，考試題型由基礎(chǔ)題、發(fā)散題和擴(kuò)展題組成。網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)考核由系統(tǒng)依據(jù)學(xué)生完成測(cè)試、參與討論情況自動(dòng)進(jìn)行評(píng)分，較為客觀；確定性主題實(shí)習(xí)教師根據(jù)實(shí)習(xí)報(bào)告進(jìn)行評(píng)分；自選性主題實(shí)習(xí)中，教師通過各小組組員課前準(zhǔn)備狀況，根據(jù)學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂中的匯報(bào)效果及表現(xiàn)，給出自選性主題實(shí)習(xí)成績(jī)；課堂表現(xiàn)考核中，主講教師根據(jù)日常教學(xué)過程中，學(xué)生出勤情況、課堂回答和討論問題情況的記錄給出課堂表現(xiàn)成績(jī)。混合式教學(xué)模式考核評(píng)價(jià)的方式更側(cè)重于學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)積累和動(dòng)手、動(dòng)腦、創(chuàng)新和表達(dá)能力的培養(yǎng)，比傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式更符合現(xiàn)代教學(xué)培養(yǎng)模式和人才培養(yǎng)需求。

經(jīng)過兩年的教學(xué)改革，混合式教學(xué)效果取得了一定的成效，主要表現(xiàn)在以下3 個(gè)方面：①學(xué)習(xí)積極性提升，許多學(xué)生將遙感應(yīng)用研究作為未來研究生學(xué)習(xí)的方向；②實(shí)踐動(dòng)手能力加強(qiáng)；③考試成績(jī)有所提升（表2）。從近4 a 考試結(jié)果來看，經(jīng)過混合式教學(xué)和過程性評(píng)價(jià)兩方面教學(xué)改革后，2018 年和2019 年期末考試成績(jī)反映出，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果較以往得到了提升。

表2 “遙感地學(xué)應(yīng)用“課程混合式教學(xué)模式教學(xué)效果評(píng)價(jià)表

4 結(jié) 語

在實(shí)行教育現(xiàn)代化目標(biāo)背景下，“遙感地學(xué)應(yīng)用”教學(xué)需要遵循教學(xué)內(nèi)容的前沿性和時(shí)代性，教學(xué)模式的先進(jìn)性和互動(dòng)性，教學(xué)過程的探究性。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)中以“教師”為中心，難以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題能力和創(chuàng)新能力等不足，采用構(gòu)建基于“在線學(xué)習(xí)+課堂面授”式的理論教學(xué)和基于“問題探究+ 翻轉(zhuǎn)課堂”式的實(shí)踐教學(xué)等混合式教學(xué)模式。遵循以“學(xué)生為中心，理論實(shí)踐相結(jié)合，實(shí)踐促理論學(xué)習(xí)，全過程考核”的教學(xué)觀念，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和能動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)“兩性一度”（即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度）課程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)進(jìn)一步提高教學(xué)水平、培養(yǎng)人才綜合素質(zhì)和完善協(xié)同育人教學(xué)機(jī)制具有積極的推動(dòng)作用。