新工科背景下GIS 專業(yè)課程混合式教學模式研究

夏 宇，徐 健，羅 津，劉凌佳

（1.江西師范大學 地理與環(huán)境學院，南昌 330022；2.江西師范大學 鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點實驗室，南昌 330022）

地理信息科學（Geographic Information Science，簡稱GIS）是由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙感、物聯(lián)網(wǎng)和云計算等現(xiàn)代技術高度集成，研究地球表層空間的各種自然地理要素和所有人類社會活動的空間分異規(guī)律、時間演變過程及區(qū)域特征的學科。目前，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術的快速發(fā)展，為主動應對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，教育部近年來積極推進新工科建設。在新工科戰(zhàn)略背景下，傳統(tǒng)的教學方法和教學體系已無法適應新時代大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術背景下的地理信息科學的發(fā)展需求。因此，新工科背景下，創(chuàng)新教育方式與手段，培養(yǎng)實踐能力與強、具有較高的創(chuàng)新能力、具有較強社會責任感的復合型“新工科”地理信息科學（GIS）人才成為必然要求；為適應復合型“新工科”地理信息科學（GIS）人才培養(yǎng)的要求，如何基于以學生為中心，產(chǎn)出導向，持續(xù)改進的理念，提出有推廣價值的混合式教學模式，實現(xiàn)教育范式的創(chuàng)新？這是目前的一個痛點問題。

在復合型新工科GIS 人才的社會責任感培養(yǎng)研究方面，現(xiàn)有研究從多個維度、全方位地把思政教育工作貫穿于教育教學全過程，特別是在GIS 課程思政方面，代表性的有南京師范大學的“一帶一路GIS”“紅軍長征GIS”“精準扶貧GIS”等思政案例，以及中南大學的“空間分析”課程思政教學案例，等等。但目前，國內(nèi)大部分的GIS 專業(yè)課程仍是沒有融于思政教育的，如專業(yè)主干課程GIS 數(shù)據(jù)結構與算法，因其內(nèi)容主要反映計算機數(shù)據(jù)組織與指令編碼規(guī)律，客觀性強，思政難度較高，在GIS 專業(yè)的該類課程思政案例很少見。同時，在實踐能力與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的混合式教學研究方面，目前GIS 專業(yè)的混合式教學模式多停留在“線上線下”教學形式上，而很少見從教學內(nèi)容真正體現(xiàn)突出創(chuàng)新性，同時具備高階性和挑戰(zhàn)度的教育范式的創(chuàng)新。

針對該教學痛點問題，本文探索以創(chuàng)新性“輕量-分型-探究”的線上線下混合式教學范式，把課程教學與課程思政、專業(yè)發(fā)展深度融合，持續(xù)改進，突出實踐創(chuàng)新能力，培養(yǎng)具有高度社會責任感的“產(chǎn)-學-研-用”協(xié)同的卓越GIS 人才。

一、“輕量-分型-探究”混合式教學法

（一）“輕量”：創(chuàng)新驅(qū)動的輕量線上課堂

教學內(nèi)容是混合式教學的基礎，而教學資源是混合式教學的保障。在長期的教學實踐當中，通過自建慕課的方式在超星泛雅平臺建立了課程線上資源。為培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新能力，根據(jù)地理信息科學專業(yè)人才培養(yǎng)目標的需求，設計了創(chuàng)新驅(qū)動的輕量線上課堂，教學內(nèi)容共11 個章節(jié)，見表1。線上課堂以“輕量”與“創(chuàng)新”為特色，平均每個視頻時長8～10 分鐘，視頻教學內(nèi)容不是原先單一陳舊教材的照本宣科，而是都通過精簡和提煉，緊跟時代前沿，可概括為“少、精、新”。同時，提供了分型的上機實踐訓練指導，以及習題、測試等優(yōu)質(zhì)教學資源，方便進行搶答、隨堂練習等課堂交互以及探究分析。

表1 創(chuàng)新驅(qū)動的輕量線上課堂教學內(nèi)容

（二）“分型”：因材施教的個性化分型培養(yǎng)

設計了分型的上機實訓指導，針對性強化科學思維培養(yǎng)和針對性地強化實踐能力培養(yǎng)，提升學生的創(chuàng)新能力，如圖1 所示。分型實踐訓練分別注重編程算法的深度、編程開發(fā)知識的寬度，側重于GIS 理論與方法、GIS應用與開發(fā)，見表2。

圖1 因材施教的個性化分型培養(yǎng)

表2 個性化分型培養(yǎng)的上機實踐指導

（三）“探究”：問題引導的探究式教學方法

通過問題引導的探究式教學方法，讓學生深入把握知識的脈絡和內(nèi)涵，培養(yǎng)學生解決復雜問題的綜合能力。以高質(zhì)量的問題引導學生思考，帶著問題學習。問題引導的探究式教學設計實例，如圖2 所示。

圖2 問題引導的探究式教學方法

通過探究式和個性化的智能交互，線上線下讓學生積極思考和實踐，把課本內(nèi)容變成自身真正深入理解、掌握的活知識。教學形式呈現(xiàn)先進性和互動性，學習結果具有探究性和個性化，讓課堂成為學生個性特長的彰顯與能力發(fā)揮的平臺。

（四）“輕量-分型-探究”：混合式教學

課前依托“輕量·分型”的線上課堂進行自主學習，打牢課程基礎，培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新能力。學生在課前可以充分利用線上課堂及教學資源進行充分學習，網(wǎng)絡教學平臺提供有學習指導、學習視頻、章節(jié)練習、考試試卷、實驗視頻、文獻資料、考研資料和精彩解題等內(nèi)容，通過學習指導掌握正確的學習方法，主要目的是讓學生在自主學習過程中，通過學習視頻等掌握學科基礎知識和操作，達成知識目標，培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力。

課中進行輕量級的翻轉(zhuǎn)課堂教學，后依托問題驅(qū)動的“探究”式教學法，讓學生深入把握知識的脈絡和內(nèi)涵，培養(yǎng)學生科學思維與解決復雜問題的綜合能力。在線上課堂及優(yōu)質(zhì)教學資源學習的基礎上，讓學生進行輕量級翻轉(zhuǎn)教學，作為線上線下教學的銜接，能很好地發(fā)現(xiàn)學生線上學習中的不足，從而為教師進一步展開探究式教學提供方向指引；以高質(zhì)量的問題引導學生思考，帶著問題探究式學習，實現(xiàn)知識的內(nèi)化，培養(yǎng)科學思維，培養(yǎng)進一步解決復雜問題的綜合能力。

課后依托“分型”的實踐訓練，讓學生在實踐中實現(xiàn)知識的遷移和內(nèi)化，培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力。通過針對性的實踐訓練，提高實踐動手能力，發(fā)現(xiàn)實踐中的不足，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力。通過在線作業(yè)、章節(jié)練習和考試試卷等達到鞏固知識的效果，并分析統(tǒng)計學生在線學習時長、在線下作業(yè)完成情況、章節(jié)測驗成績等，掌握學生的學習情況。綜合理論和實踐完成情況，全面掌握學生的學習情況。通過科學引導，全面提升學生的實踐創(chuàng)新能力。

（五）融入思政元素的實踐案例

編排了思政算法實踐案例，培養(yǎng)學生在學習GIS 算法思想的同時領會如何樹立正確的價值觀，見表3。

表3 融入思政元素的實踐案例

GIS 數(shù)據(jù)結構與算法課程的內(nèi)容建設充分體現(xiàn)價值引領、能力培養(yǎng)、知識傳授相結合，使學生具備寬厚的知識基礎、突出的能力潛質(zhì)和高尚的價值情懷，具有強烈的社會責任感、高度的創(chuàng)新精神、卓越的專業(yè)素養(yǎng)和過硬的實踐能力。

（六）強化過程的考核方式

強化過程的考核方式，加強學習過程管理，建立科學合理的課程考核評價體系，建設非標準答案的探索性考試，提高考試質(zhì)量。把科學思維訓練融入到課程教學的全過程，要求學生對每節(jié)課程進行批判性分析，挖掘?qū)W生的思想火花；通過提出具有高度挑戰(zhàn)性的問題，激發(fā)學生個性能力的發(fā)揮；通過課堂高度的競爭性，激發(fā)學生的學習興趣?？傊?，激勵科學思維、激勵創(chuàng)新和實踐、激勵課堂表現(xiàn)，激勵貫徹課堂全過程。因此，課程的考核不再通過傳統(tǒng)的考試，而是強化過程考核。如圖3所示。

圖3 強化過程的線上線下學習綜合評價方法

強化過程的線上線下學習綜合評價方法，包括以下兩點。（1）知識水平與能力水平考核。強化過程的線上線下學習評價方法，包括教學任務點、章節(jié)測驗、章節(jié)學習過程、課堂活動、作業(yè)和考核成績，激勵過程因素，反映學習態(tài)度、學習習慣、科學思維能力及創(chuàng)新能力。其中，學習過程包括教學視頻學習的完成情況等；章節(jié)學習包括章節(jié)學習訪問次數(shù)、頻次、訪問時間等，對于符合學習規(guī)律，不是臨時抱佛腳的這部分成績高一些；章節(jié)測驗包括安排的章節(jié)測驗完成情況等；課堂活動包括教學過程中進行的問卷、討論、搶答及課堂互動等；作業(yè)情況包括教學過程中進行的作業(yè)完成情況等；測試情況包括期中測試和期末測試兩個部分；線下學習包括線下翻轉(zhuǎn)課堂表現(xiàn)等學習行為得分。（2）素養(yǎng)水平的考核。通過課程學習報告等形式，包括教學知識點及學習方法總結、心得和體會等，全面考核反映知識、能力和素質(zhì)目標的完成情況。

二、教學實施效果

（一）實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實施效果

從近年本校地理信息科學專業(yè)學生參與省級及以上專業(yè)競賽獲獎情況（見表4），可以一定程度上反映實踐創(chuàng)新能力目標的達成情況。從表4 可以看出，從混合式教學改革實踐以來，2018 級及以后學生，積極參加中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、Esri 杯中國大學生GIS 軟件開發(fā)競賽等各項專業(yè)競賽，雖受到疫情影響，但是獲獎人數(shù)占比卻沒有減少，反而增加，實踐創(chuàng)新能力不斷得到提升。

表4 近年GIS 本科學生參與省級以上專業(yè)競賽獲獎情況

（二）素養(yǎng)培養(yǎng)的實施效果

從學生課程學習完成后提交的課程學習報告，內(nèi)容包括教學知識點及學習方法總結與心得體會、興趣培養(yǎng)等，可以反映素養(yǎng)目標的達成情況。從學生提交的課程學習報告中節(jié)選部分反饋信息，如圖4 所示，可以看出，本文提出的教學模式的實踐，不僅提升學生的實踐創(chuàng)新能力，而且潛移默化地影響到學生的成長。

圖4 教學實施效果——學生評價（節(jié)選）

三、結束語

本文探索和實踐了“輕量-分型-探究”的線上線下混合式教學法，包括創(chuàng)新驅(qū)動的輕量線上課堂、問題引導的探究式教學、因材施教的個性化分型培養(yǎng)、強化過程的考核評價等。本文提出的“輕量-分型-探究”的多模式混合教學模式，具有方便交互、因材施教、便于探究分析的特點，可推廣應用到GIS 及相關專業(yè)的課程教學中；同時，有效地將GIS 專業(yè)算法思想和思政教育相結合，培養(yǎng)具有高尚的價值情懷，強烈的社會責任感的GIS 人才，可在GIS 相關專業(yè)推廣應用。