反向教學(xué)設(shè)計(jì)方法在《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》課程中的應(yīng)用

林 鵬 裴媛媛 高旭光

(安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院 安徽合肥 230601)

0 引言

隨著“以本為本，四個(gè)回歸”的高等教育理念的提出，如何激發(fā)學(xué)生興趣、增強(qiáng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量、全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，是當(dāng)下本科教育面臨的一大挑戰(zhàn)[1-2]。

教學(xué)設(shè)計(jì)是依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)，對(duì)評(píng)估反饋與教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，設(shè)定合理的學(xué)習(xí)目標(biāo)是進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的核心[3]。傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)，是先確定教學(xué)活動(dòng)與評(píng)價(jià)方式，然后引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的教學(xué)目的。但該設(shè)計(jì)方式是以教學(xué)內(nèi)容為核心進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，若不能將學(xué)習(xí)目標(biāo)、評(píng)估反饋以及教學(xué)活動(dòng)之間相互匹配，某一環(huán)節(jié)的缺失則會(huì)產(chǎn)生不佳的教學(xué)效果。因此，基于目標(biāo)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)是匹配學(xué)習(xí)目標(biāo)、評(píng)估反饋與教學(xué)活動(dòng)的有效方法。王麗等以《化工設(shè)計(jì)》課程為例，將基于目標(biāo)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)融入線上課堂，構(gòu)建了過程形成性評(píng)價(jià)框架及思路[4]。楊亞林等構(gòu)建了基于目標(biāo)導(dǎo)向的翻轉(zhuǎn)課堂，解決了學(xué)生難以理解在三維空間推演和表達(dá)的問題,促進(jìn)了學(xué)生的空間思維與想象力，提高了教學(xué)效果[5]。趙炬明對(duì)目標(biāo)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，提出了反向教學(xué)設(shè)計(jì)的方法，并將教學(xué)目標(biāo)區(qū)分為一般目標(biāo)和具體目標(biāo)，并以此確定相應(yīng)的教法與學(xué)法，保證了學(xué)習(xí)目標(biāo)、教法、學(xué)法以及評(píng)價(jià)一致[6]。

《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》作為測繪工程專業(yè)的核心必修課，在專業(yè)培養(yǎng)中占據(jù)核心地位[7]。然而，該課程理論知識(shí)抽象且復(fù)雜，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳。鑒于此，常亮等采用分組教學(xué)的方式，提高學(xué)生對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的掌握與理解程度[8]。劉志平等將《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》與其他專業(yè)課相結(jié)合的方法，以解決該課程內(nèi)容多而課時(shí)少的矛盾[9]。丁士俊等采用啟發(fā)式教學(xué)的方式，克服傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)的弊端，改善了教學(xué)效果[10]。因此，對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣以及達(dá)到相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)。

鑒于上述分析，本文以《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為案例，結(jié)合CDIO理念進(jìn)行基于目標(biāo)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更易掌握講授的知識(shí)點(diǎn)，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

1 反向教學(xué)設(shè)計(jì)案例

1.1 設(shè)計(jì)思路

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》中的重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容之一，其本質(zhì)上是對(duì)點(diǎn)位空間位置變化的描述，需要學(xué)生具備一定的空間想象力理解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的過程，對(duì)學(xué)生抽象思維的要求較高。為了增強(qiáng)學(xué)生對(duì)該內(nèi)容的理解與掌握，以學(xué)習(xí)目標(biāo)為導(dǎo)向，建立“目標(biāo)-評(píng)價(jià)-教法”一體的反向教學(xué)設(shè)計(jì)方法，首先根據(jù)所需的教學(xué)結(jié)果來確定學(xué)習(xí)目標(biāo)，根據(jù)可接受的反饋?zhàn)C據(jù)決定評(píng)價(jià)方法，最后選擇合適的教學(xué)活動(dòng)來進(jìn)行課堂教學(xué)。因此，“目標(biāo)-評(píng)價(jià)-教法”一體的反向教學(xué)設(shè)計(jì)可以確保教學(xué)目標(biāo)、評(píng)價(jià)與課堂教法相互匹配，具體設(shè)計(jì)過程如下：

(1)基于布魯姆認(rèn)知學(xué)的學(xué)習(xí)目標(biāo)的確定

根據(jù)布魯姆認(rèn)知模型，將認(rèn)知目標(biāo)分為六個(gè)層次，分別為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)以及創(chuàng)造，并結(jié)合可量測的動(dòng)詞來進(jìn)一步細(xì)化學(xué)習(xí)目標(biāo)，具體如表1所示。依照布魯姆認(rèn)知模型，在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換內(nèi)容中，確定的教學(xué)目標(biāo)如表2所示。

表1 布魯姆認(rèn)知模型及對(duì)應(yīng)的可量測動(dòng)詞

表2 一般目標(biāo)與具體目標(biāo)

(2)評(píng)價(jià)方式的設(shè)計(jì)

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，基于目標(biāo)匹配原則確定教學(xué)評(píng)估方式，具體如表3所示，并且結(jié)合Rubric評(píng)分量表制作對(duì)應(yīng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，以保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果得以正確反饋，其中表4展示了目標(biāo)C的Rubric評(píng)分量表。

表3 基于目標(biāo)匹配原則的教學(xué)評(píng)估設(shè)計(jì)

表4 目標(biāo)C的Rubric評(píng)價(jià)量表

(3)教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)

首先，根據(jù)目標(biāo)A設(shè)計(jì)課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)，基于雨課堂教學(xué)平臺(tái)中的課堂彈幕功能設(shè)計(jì)目標(biāo)A的互動(dòng)環(huán)節(jié)，通過瀏覽學(xué)生發(fā)送關(guān)于“簡述一個(gè)需要坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的場景”問題的彈幕，及時(shí)掌握學(xué)生對(duì)于該內(nèi)容的認(rèn)知程度。然后，根據(jù)課件(圖1)分別采用GPS與BDS測量了若干個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo)，且二者的坐標(biāo)基準(zhǔn)分別為WGS-84與CGCS2000坐標(biāo)系，進(jìn)而引出問題“如何將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至CGCS2000”，并對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)解釋說明，使學(xué)生能正確掌握坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的概念。

圖1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題背景設(shè)定

其次，針對(duì)目標(biāo)B，結(jié)合PPT動(dòng)畫展示平面四參數(shù)與三維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型，并設(shè)計(jì)啟發(fā)性問題，如圖2所示，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合間接平差的基礎(chǔ)知識(shí)來解決坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的過程。隨后進(jìn)行課堂討論，例如：求解該參數(shù)至少需要幾組觀測值、該函數(shù)模型如何線性化等，引導(dǎo)學(xué)生如何獨(dú)立自主學(xué)習(xí)該部分的知識(shí)，最后完成過后設(shè)置一個(gè)簡單的實(shí)際案例進(jìn)行課堂互動(dòng)，要求學(xué)生“簡述一下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的基本過程以及如何求解轉(zhuǎn)換參數(shù)”，以及時(shí)評(píng)估學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。隨后給出轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解過程并對(duì)過程進(jìn)行詳細(xì)講解，如圖3所示。最后，以自己參與研發(fā)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件為例來與計(jì)算進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，展示目前與專業(yè)相關(guān)的軟件的基本操作過程，如圖4所示。

圖2 轉(zhuǎn)換參數(shù)求解的啟發(fā)性問題

圖3 實(shí)際案例及結(jié)果

圖4 專業(yè)軟件求解結(jié)果

第三，如圖5所示，設(shè)置一個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換案例計(jì)算作為課后練習(xí)。在設(shè)計(jì)課后練習(xí)時(shí)，考慮到如何能科學(xué)評(píng)價(jià)學(xué)生獨(dú)立自主完成課后訓(xùn)練，將課后練習(xí)設(shè)計(jì)為同題不同數(shù)據(jù)。基于MATLAB平臺(tái)，以相同的中誤差生成不同的隨機(jī)誤差并加入坐標(biāo)真值數(shù)據(jù)中，并將學(xué)生學(xué)號(hào)后兩位作為先驗(yàn)單位權(quán)中誤差，保證學(xué)生面對(duì)相同題目的同時(shí)保證數(shù)據(jù)不一致，將學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)情況進(jìn)行反饋，以達(dá)到公平客觀評(píng)價(jià)的目的。通過設(shè)計(jì)Rubric評(píng)價(jià)表格(表5)，這樣根據(jù)每位同學(xué)的計(jì)算結(jié)果，可以對(duì)每位同學(xué)的平時(shí)成績進(jìn)行客觀科學(xué)的評(píng)價(jià)。

圖5 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換課后練習(xí)

表5 課后練習(xí)題的Rubric評(píng)價(jià)量表

3 結(jié)論

本文探討了反向教學(xué)設(shè)計(jì)法在《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》課程中的應(yīng)用，并以坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為案例，將該理論應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)中，對(duì)基于目標(biāo)導(dǎo)向的反向教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)闡述。在實(shí)際教學(xué)過程中，通過此種方法設(shè)計(jì)的教學(xué)活動(dòng)，可以有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，課堂教學(xué)氣氛有效提高了教學(xué)質(zhì)量。