環(huán)境科學(xué)專業(yè)GIS 本科課程線上混合式項目教學(xué)實(shí)施策略探究

王碩，房春生，李杰，姜百川

(吉林大學(xué) 新能源與環(huán)境學(xué)院，長春 130012)

環(huán)境科學(xué)專業(yè)對于GIS 課程的教學(xué)要求不同于地理信息系統(tǒng)等專業(yè)，更側(cè)重于軟件的實(shí)際操作而非理論學(xué)習(xí)。這種差異化的要求，使傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式中由黑板-課件-書本-紙筆構(gòu)成的教師講授-學(xué)生接受授課方法體系對課程產(chǎn)生極大的限制。由于沒有測繪學(xué)等前置課程，學(xué)生直接接觸GIS 理論既覺得生澀也覺得無用，容易滋長學(xué)生的厭學(xué)情緒，同時教師講授過多，擠占了部分學(xué)生上機(jī)練習(xí)的時間，導(dǎo)致學(xué)生參與度低，無法真正掌握GIS 軟件操作。事實(shí)上，隨著翻轉(zhuǎn)課堂、項目教學(xué)等新的教學(xué)方法與慕課、微課等新的教學(xué)手段出現(xiàn)，如何在教學(xué)中充分利用新的方法與技術(shù)突破傳統(tǒng)教學(xué)模式，是環(huán)境科學(xué)等非地理信息系統(tǒng)專業(yè)解決教學(xué)不平衡矛盾的重要途徑。但是，無論是翻轉(zhuǎn)課堂或是項目教學(xué)，其更多依據(jù)線下課堂上師生之間的交流溝通，這一方面是由于線下課程的溝通效率更高，另一方面是由于教師習(xí)慣于傳統(tǒng)課堂上師生溝通的模式。隨著在線課程的廣泛開展，高校教育正逐漸改變這種依靠線下教學(xué)的狀況。因此，如何在線上教學(xué)過程中繼續(xù)貫徹混合式項目教學(xué)的理念方法是環(huán)境科學(xué)專業(yè)GIS 課程必須面對的挑戰(zhàn)，本文以吉林大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)為例，探討了GIS本科課程線上混合式項目教學(xué)實(shí)施策略。

一 文獻(xiàn)綜述

（一）混合式學(xué)習(xí)

混合式學(xué)習(xí)即Blending Learning，是在線學(xué)習(xí)的一種。但是，又非慕課等傳統(tǒng)的在線學(xué)習(xí)模式，而是將在線課程與線下教學(xué)相結(jié)合，在發(fā)揮在線學(xué)習(xí)高效、直接及方式多樣的優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，又能包含傳統(tǒng)課堂的及時反饋、教學(xué)結(jié)合緊密的特點(diǎn)?；诖?，混合式學(xué)習(xí)被廣泛認(rèn)為是一種非常有活力的學(xué)習(xí)方法。正因為混合式學(xué)習(xí)具有這種特點(diǎn)，所以混合式學(xué)習(xí)可以引導(dǎo)授課教師在對學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)的同時又能把控整個教學(xué)過程，利用多樣化的教學(xué)手段調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性與創(chuàng)造性。混合式學(xué)習(xí)是技術(shù)支持學(xué)習(xí)的擴(kuò)展與延伸，因此技術(shù)支持也是混合學(xué)習(xí)所要強(qiáng)調(diào)的一個重要方面。在混合式學(xué)習(xí)中，一般會利用大量的學(xué)習(xí)工具即軟件來幫助學(xué)習(xí)者達(dá)到學(xué)習(xí)目的，完成相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

特別是在信息化社會背景下，傳統(tǒng)的線下師生面對面的心口相傳的知識傳遞模式，由教師到學(xué)生的單向傳播過程，正在被以信息化技術(shù)為表象、培養(yǎng)能力為手段及解決實(shí)際問題為核心的以學(xué)為主的教學(xué)模式所取代。借由信息化技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了大量的結(jié)合現(xiàn)代信息化教學(xué)手段的混合學(xué)習(xí)方式方法，其中以慕課、翻轉(zhuǎn)課堂與微課為最廣泛接受的形式。慕課即為大規(guī)模開放在線課程(Massive Open Online Course)，是當(dāng)前大學(xué)中最廣為采用的一種在線課程模式。作為伴隨著互聯(lián)網(wǎng)成長的一代人，當(dāng)代大學(xué)生對于慕課的網(wǎng)絡(luò)化、開放式、資源化和互動式的特點(diǎn)有著天然的契合，可以預(yù)見的是，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，慕課正深刻改變著我國高等教育的傳統(tǒng)模式。當(dāng)然，慕課網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，雖然其不受時空因素的影響，但是同時也帶來了缺乏傳統(tǒng)課堂中即時交流互動，無法對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行及時檢測等缺陷，這些不利因素成為阻礙慕課進(jìn)一步發(fā)展與大規(guī)模應(yīng)用的主要原因。除此之外，由于慕課的開放式教學(xué)模式，意味著學(xué)生需要比傳統(tǒng)課堂中更多的學(xué)習(xí)主動性，更強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力，這些不可控因素同樣影響著慕課教學(xué)方式的有效性。因此，在目前信息化水平下，完全以慕課為教學(xué)手段尚不能取代課堂教學(xué)的內(nèi)容。基于此，結(jié)合線下課程的互動性即時性特點(diǎn)與線上慕課自主性、開放性特點(diǎn)的教學(xué)模式——翻轉(zhuǎn)課堂被提出。不同于傳統(tǒng)的從老師到學(xué)生的課堂教學(xué)過程，翻轉(zhuǎn)課堂更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生進(jìn)行練習(xí)的過程與教師在此過程中的指導(dǎo)。這種倒置的教學(xué)過程將傳統(tǒng)線下課堂中先老師講授后學(xué)生完成練習(xí)的過程翻轉(zhuǎn)，使學(xué)生在練習(xí)中產(chǎn)生問題，而后老師從問題出發(fā)為學(xué)生講授相關(guān)知識，從而最大限度發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。這種問題導(dǎo)向的雙向過程可以劃分為四個過程，即體驗學(xué)習(xí)階段、概念探索階段、意義構(gòu)建階段與展示應(yīng)用階段?？珊箤W(xué)院在2012 年利用微課進(jìn)行的課堂翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式是其中較為成功的案例。

（二）項目式學(xué)習(xí)

項目式教學(xué)方法即Project-based Learning，簡稱PBL，是通過以項目訓(xùn)練為手段，對接現(xiàn)實(shí)生活中的相關(guān)問題，以逆向思維的方式來構(gòu)建課程的教學(xué)方法。由于其具有的特殊性，無法直接證明項目教學(xué)方法可以完全取代其他教學(xué)方法，因此項目教學(xué)方法尚有較大發(fā)展空間。對比近年來的研究，可以了解到項目教學(xué)的效果會受到項目質(zhì)量、學(xué)生參與程度等因素的影響，就總體而言，項目教學(xué)較為突出的優(yōu)勢為提高學(xué)生通過項目完成所獲得的成就感，從而引發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。但是由于其教學(xué)過程的逆序性，項目式教學(xué)較難應(yīng)用于基本概念、能力的培養(yǎng)，例如背誦、計算等能力，因此項目式教學(xué)的前提是需要學(xué)生通過其他教學(xué)手段獲得基本概念、能力的學(xué)習(xí)。在此基礎(chǔ)上，項目式教學(xué)能夠顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情進(jìn)而提高學(xué)生的主觀能動性，提升學(xué)習(xí)質(zhì)量。而在學(xué)生參與項目的過程中，能夠自覺從問題出發(fā)，結(jié)合課堂所學(xué)內(nèi)容，通過制定計劃、有效溝通，解決復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題。當(dāng)然，要達(dá)到極佳的教學(xué)效果需要師生花費(fèi)大量的精力協(xié)調(diào)相關(guān)的課程資源，掌握項目教學(xué)實(shí)施的多種策略與實(shí)踐方法。依據(jù)一線教師的直接反饋，可以看到項目式教學(xué)在調(diào)動學(xué)生積極性、吸引學(xué)生主動學(xué)習(xí)方面具有無可替代的優(yōu)勢。此外，在大學(xué)階段的項目式教學(xué)可以鼓勵學(xué)生更早地思考個人未來的職業(yè)規(guī)劃并進(jìn)行相關(guān)的技能培訓(xùn)，因此，項目式學(xué)習(xí)對于現(xiàn)代大學(xué)生而言具有非常重要的意義。

二 GIS 課程線上混合式項目教學(xué)實(shí)施策略

本文將從課前、課中和課后三個環(huán)節(jié)來介紹在環(huán)境科學(xué)專業(yè)GIS 本科課程進(jìn)行線上混合式項目教學(xué)的策略。

（一）課前

不同于傳統(tǒng)課程中教師課前備課-學(xué)生課前預(yù)習(xí)的以學(xué)生預(yù)習(xí)為主的體系，在線授課的難度是無法通過線下課堂檢驗學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，因此需要教師更重視課前備課，能夠完全把控課程的進(jìn)程，使學(xué)生不易走神。因此，課前準(zhǔn)備應(yīng)分為教師與學(xué)生兩個部分。

1 教師部分

對于教師而言，在課前備課的過程中需要反復(fù)熟悉自己的課件，能夠以講課狀態(tài)完成一次試講。設(shè)計好課程中的所有流程，并對相關(guān)影音資料等做好剪輯，防止出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)狀況不佳引起的課程終端等問題。教師還應(yīng)提前準(zhǔn)備好已經(jīng)錄制好的課程視頻作為備份，并設(shè)計好課堂提問流程，以保證學(xué)生在線聽課過程中的注意力集中。此外，每次課前，教師應(yīng)將準(zhǔn)備好的材料提前發(fā)到QQ、微信或釘釘群中，供學(xué)生提前閱讀，并根據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容，在學(xué)習(xí)通內(nèi)布置相關(guān)作業(yè)，督促學(xué)生自習(xí)。

2 學(xué)生部分

對于學(xué)生而言，在課前預(yù)習(xí)過程中，應(yīng)提前觀看教師發(fā)布的書籍、文章，并依據(jù)書籍、文章的內(nèi)容，完成學(xué)習(xí)通中布置的相關(guān)預(yù)習(xí)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)混合式項目教學(xué)中翻轉(zhuǎn)課堂的部分，對于自主預(yù)習(xí)過程中存在的問題，應(yīng)在課前通過QQ、微信或釘釘群與教師溝通，及時解決基本理論中的相關(guān)問題。

（二）課中

GIS 課程不同于傳統(tǒng)的知識講授型課程，更不同于編程類課程，其中既有基礎(chǔ)理論如投影，又有操作應(yīng)用如配準(zhǔn)，而二者之間也存在緊密關(guān)聯(lián)，如果不了解投影，那么就算是掌握配準(zhǔn)的操作也會出現(xiàn)參數(shù)選擇等錯誤。因此在課中，不能完全放棄基礎(chǔ)理論的講授。此外，基于項目教學(xué)的過程中，是以項目為導(dǎo)向，通過項目的完成使學(xué)生對于基本知識與操作技能有深入的理解，因此，課中分為理論與操作兩個部分。

1 理論部分

如前所述，對于非地理信息系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)生，并未學(xué)習(xí)過測量學(xué)等前置基礎(chǔ)理論課程，因此如果僅講授軟件的操作，那么有許多操作的目的是學(xué)生所不能理解的。僅按照老師的演示操作內(nèi)容，學(xué)生可能會較好地完成作業(yè)內(nèi)容。但是這種純粹的機(jī)械式模仿，在未來學(xué)生接觸新的工作任務(wù)時，很有可能會產(chǎn)生極大的偏差。同時，不同于傳統(tǒng)課程中單獨(dú)講授基本理論的模式，對于非地理信息系統(tǒng)專業(yè)而言，GIS 課程的課時有限，無法做到在理論講授部分面面俱到。因此，需要結(jié)合在ArcGIS 等軟件操作過程中的實(shí)際問題，更多地通過項目教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)際動手操作過程中遇到的問題與相關(guān)的理論結(jié)合起來。通過操作中實(shí)際出現(xiàn)的問題引導(dǎo)學(xué)生探索GIS 應(yīng)用中所涉及的相關(guān)前置學(xué)科如測量學(xué)等知識。例如，教師在演示操作過程中，通過配準(zhǔn)與屬性數(shù)據(jù)輸入兩個操作演示了軟件操作中的兩個重要步驟，結(jié)合這兩個步驟，引導(dǎo)學(xué)生探索地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的構(gòu)成，以及這兩種不同數(shù)據(jù)所代表的含義，要向?qū)W生灌輸這兩個過程分別輸入的是地理信息系統(tǒng)的位置數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)思想，將實(shí)際與理論結(jié)合起來。學(xué)生在模仿教師的操作進(jìn)行項目學(xué)習(xí)過程中，可能會發(fā)現(xiàn)自己的配準(zhǔn)錯誤或?qū)傩詳?shù)據(jù)無法輸入的問題，此時教師除了幫助學(xué)生修正問題，更重要的是指導(dǎo)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)操作過程中的失誤，例如坐標(biāo)系的選擇錯誤、字段類型的選擇錯誤等，并向?qū)W生指出這些錯誤代表的含義及背后的理論基礎(chǔ)。此外，由于在線課程無法以語氣、動作和眼神等強(qiáng)調(diào)這種理論與實(shí)際的聯(lián)系，因此，教師在在線演示講授的過程中無法采用傳統(tǒng)課堂中以講述為主的形式去引導(dǎo)學(xué)生。而是采用在線提問的方法，通過QQ 課堂的在線提問/舉手功能，以實(shí)際操作中出現(xiàn)的問題作為引導(dǎo)，使學(xué)生主動思考這種基本理論與操作的關(guān)聯(lián)。

2 操作部分

操作部分，是非GIS 專業(yè)課程中最為重要的部分，同時也是整個課程的核心。只有通過項目教學(xué)，學(xué)生在操作部分能夠獨(dú)立完成自己的地圖作品，才意味著學(xué)生能基本掌握ArcGIS 軟件的操作技能，對于相關(guān)基本理論有一定的了解。通過課后練習(xí)反復(fù)操作，才能更好地理解地理信息系統(tǒng)的內(nèi)容。而在操作部分，首要方面是教師的演示，如果沒有教師的相關(guān)演示，對于學(xué)生而言，有限的課時長度不足以實(shí)現(xiàn)軟件操作的入門。因此在教師演示的過程中，教師需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與要求及項目教學(xué)的難度，提前制作好軟件操作的演示視頻，而不能進(jìn)行在線演示。這主要是由于ArcGIS 的操作不同于傳統(tǒng)編程類型課程，GIS 操作過程有大量的重復(fù)性操作，例如繪圖等，如果采用在線演示，那么一方面耗時太長，有限的時間內(nèi)能夠演示的操作少之又少；另一方面會使操作變得枯燥乏味，使學(xué)習(xí)在線課程的學(xué)生產(chǎn)生倦怠，也不利于教師掌控課程流程。而在每一步操作后，教師應(yīng)暫停操作視頻，對該步驟涉及的基本理論進(jìn)行講解提問，對該步驟操作的要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，這個部分同樣通過QQ 課堂進(jìn)行。學(xué)生根據(jù)教師設(shè)置的項目，遵循教師的演示，開展自主項目學(xué)習(xí)。這個過程中，由于需要大量的師生交互、師生屏幕轉(zhuǎn)換，因此教師在此過程中選擇釘釘平臺會議模式，學(xué)生根據(jù)自身操作遇到的問題進(jìn)行直播屏幕，并向教師提問，教師在指導(dǎo)學(xué)生操作的過程中進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對理論與操作的印象。

（三）課后

GIS 課程除了與傳統(tǒng)課程一樣重視課堂教學(xué)之外，更加重視課后學(xué)生基于項目的訓(xùn)練，反復(fù)的項目訓(xùn)練一方面能夠夯實(shí)學(xué)生的理論和操作基礎(chǔ)，另一方面可以快速提升學(xué)生對于地理信息系統(tǒng)及相關(guān)操作軟件的理解，因此如何在課后督促學(xué)生進(jìn)行相關(guān)項目的訓(xùn)練，是在線混合式項目教學(xué)的難點(diǎn)。為避免由于課后訓(xùn)練不足導(dǎo)致的項目教學(xué)效果大打折扣，教師在課后環(huán)節(jié)中應(yīng)在項目牽引的基礎(chǔ)上引入競爭與獎勵機(jī)制。針對作業(yè)完成度好、完成效果出色的同學(xué)，可以在教師的輔導(dǎo)下參加全國GIS 技能大賽。這種競爭與獎勵機(jī)制的引入，調(diào)動了學(xué)生盡自己所能完成好作業(yè)的主觀能動性，有效克服了在線混合式項目教學(xué)無法對學(xué)生項目進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)督的缺陷，同時，這種競爭獎勵機(jī)制的引入也是實(shí)現(xiàn)差異化教學(xué)的有效途徑，對于信息技術(shù)基礎(chǔ)薄弱的同學(xué)能更好地完成作業(yè)，而信息技術(shù)水平較高的同學(xué)則可以通過參賽獲得榮譽(yù)。更重要的是，在線項目教學(xué)過程中，教師為學(xué)生設(shè)置的項目，更需要貼近教學(xué)內(nèi)容，但是可能與工作中真實(shí)操作的項目存在較大差距。而GIS 大賽技能則從選拔角度出發(fā)，更貼近實(shí)際的項目，是對課堂中作業(yè)項目的有益補(bǔ)充，使學(xué)生真正能將GIS 作為一項可以解決實(shí)際問題的工具而不是一門獲得學(xué)分的課程來看待。

四 結(jié)束語

基于混合項目教學(xué)(PBL)的方法是在信息化時代解決GIS 類操作課程與傳統(tǒng)授課方式矛盾的有效方式，但是在具體實(shí)施過程中，應(yīng)結(jié)合線上教學(xué)的特點(diǎn)、在線平臺特性與混合項目教學(xué)的方法，充分認(rèn)識到在線混合項目教學(xué)模式的可行性與優(yōu)越性。一是在督促機(jī)制合理運(yùn)用的前提下，能夠極大調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，對提高學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力有很大幫助，可以很好解決當(dāng)前大學(xué)生在選修科目上的懶學(xué)、怠學(xué)問題。二是通過兩級項目教學(xué)的設(shè)置，使學(xué)生既完成基本原理的學(xué)習(xí)與基本操作的掌握，又能夠通過自身的努力掌握GIS 的一些高階操作，解決實(shí)際的問題，在整個教學(xué)過程中做到教—學(xué)—會—用的高度統(tǒng)一。三是體現(xiàn)了差異化教學(xué)的特點(diǎn)，在完成教學(xué)大綱內(nèi)容的基礎(chǔ)上，可以為有興趣、有能力的學(xué)生提供更高階的平臺，為學(xué)生未來進(jìn)入社會提供一項新的技能。四是在線教學(xué)過程中能夠真正加強(qiáng)師生之間的交流溝通，如果是線下課堂，由于是選修課及學(xué)生普遍在課堂上內(nèi)向的原因，學(xué)生并不愿意正面反饋教師的提問或直接提出自己的問題，但是由于在線上，不是采用面對面的形式，學(xué)生更愿意表達(dá)自己的想法，討論等活動遠(yuǎn)比線下課堂中參與度高，更有益于實(shí)現(xiàn)項目教學(xué)。

當(dāng)然，在線實(shí)施項目教學(xué)過程中也存在一些問題，首先是課時安排，線上課程課時不宜安排過長，否則學(xué)生難以保證課程全程的注意力集中；其次，教師用在課外的時間遠(yuǎn)高于線下的情況，除課程本身內(nèi)容外，授課教師還需要做好各方面預(yù)案，包括做好備用平臺、備用設(shè)備和備用網(wǎng)絡(luò)等。最后，無法確切得知每一位學(xué)生的實(shí)際觀看情況，各平臺數(shù)據(jù)均只能反映學(xué)生是否完成作業(yè)、是否在線，但是無法反映學(xué)生的精神狀態(tài)。

綜合考慮來看，線上教學(xué)與混合式項目教學(xué)結(jié)合在環(huán)境科學(xué)專業(yè)GIS 課程中優(yōu)點(diǎn)突出，效果很好，但是在學(xué)生進(jìn)行作業(yè)與項目的過程中，線上指導(dǎo)確實(shí)不及線下指導(dǎo)的效率高。因此，應(yīng)該充分發(fā)揮線上教學(xué)與線下教學(xué)的優(yōu)勢，按照其特點(diǎn)與混合式項目教學(xué)結(jié)合，達(dá)到GIS 課程的最優(yōu)教學(xué)效果。