面向未来课堂的网络GIS本科课程改革研究

郭明强,谢　忠,吴　亮,黄　颖

(1.中国地质大学(武汉) 信息工程学院，湖北 武汉 430074;2.教育部GIS软件及其应用工程研究中心，湖北 武汉 430074)



面向未来课堂的网络GIS本科课程改革研究

郭明强1,2,谢忠1,2,吴亮1,2,黄颖2

(1.中国地质大学(武汉) 信息工程学院，湖北 武汉 430074;2.教育部GIS软件及其应用工程研究中心，湖北 武汉 430074)

摘要：随着网络GIS课程知识结构的不断发展，社会人才需求呈现出多样性，传统的网络GIS本科课程难以应对培养目标的动态性和学习者之间的差异性，使得网络GIS专业本科教学面临巨大的挑战。分析网络GIS课程改革的新需求，综合考虑网络GIS课程和学习者的特点，借鉴“未来课堂”教学理念，提出顾及学习者学习新特点的网络GIS“未来课堂”教学设计。促使网络GIS“未来课堂”能够顾及全体学习者的性格特征和兴趣，充分调动学习者的积极性，最终实现教与学有机统一的网络GIS“未来课堂”。

关键词：网络GIS；未来课堂；本科；教学；教学设计

近十年来，伴随着Internet与计算机技术的飞速发展，地理信息科学与Internet、计算机技术的结合越来越紧密，使得网络空间信息服务[1](网络GIS)在体系架构、关键技术上都发生巨大的变化，其已经被广泛应用于气象、公安、地灾、电信、国土、数字城市建设等各个领域。越来越多的企事业单位、科研机构加入到地球空间信息科学的前沿研究领域中[2]，推动网络GIS在国防、经济、教育、文化等领域的长足发展。

为满足各个领域对网络GIS人才的需求，近几年来，各大高校陆续开设了网络GIS本科课程，但目前的网络GIS本科课程教学设计难以适应网络GIS课程和学习者的新特点，存在学生学习积极性低、课堂参与度低、学习效果不理想等问题[3-5]。笔者提出以实践为主的网络GIS渐进式教学模式[6]，能够在一定程度上提高本科生的实践能力，但是仍然没有达到调动学习者积极性的目标，使得教与学的效果不理想。“未来课堂”是“Intel未来教育”指导下基于云计算、大数据理念，线下教师主导、家校结合、线上专家指导，采用混合学习模式，让人心驰神往的线上与线下完美结合的课堂教学模式。其由美国加里福尼亚Sunnyvale计算器工业技术学会以及英特尔、惠普、微软等著名公司和大学共同建设，已遍及世界上60多个国家，影响超过1 000万名教师。至2000年起，中国已有超过190万名中小学教师接受培训，是中国统一开展的规模最大的国际合作教师培训项目。其教学理念同样可以被借鉴到网络GIS本科教学中，但其与近几年流行的翻转课堂、MOOC一样，未顾及学习者之间的差异性。用同样的教学方法和目标去培养性格、爱好、理想、学习特点等均有所不同的所有学生，难以同时激发全体学习者的主动学习动机，使得教与学都难以达到理想的整体效果。要解决目前网络GIS本科教学存在的学生学习积极性低、课堂参与度低、课堂教学效果不理想的难题，需要考虑学习者之间的差异性，对不同的学生进行有针对性的培养，对网络GIS未来课堂教学进行动态调整，这是建构主义教学理论需要遵循的原则之一。未来课堂的设计理念为解决现有网络GIS课程中存在的问题提供了一种行之有效的方案，为解决以上难题，本文分析了网络GIS课程教学的新需求，结合Intel未来课堂[7-8]的教学理念，提出面向“未来课堂”的网络GIS本科教学设计，以实现教与学相统一协调发展的网络GIS“未来课堂”。

1传统“三站式”网络GIS课程教学

与大多数课程相似，传统的网络GIS教学设计采用“三站式”教学，即课堂、实践、考查三个主要过程。在课堂教学环节主要讲授网络GIS课程的知识内容，以教师的教为主，学生在这个教学环节中没有主动权，大多是处于被动的学习状态，不同学习者的学习特点没有兼顾，不能激发大多数学习者的学习兴趣，课堂教学效果欠佳；在实践环节主要是由学生完成上机内容，以学生的学为主，这个阶段能够弥补课堂教学在实践能力培养方面的不足，但是仅仅以学习者自身的实践能力培养为主，缺乏对学习者团队协作能力、交流能力、表达能力等综合素质的培养；在考查阶段，一般采用报告式的考查方式，由于互联网络资源的全面性、易获取性、便捷性等特点，大多数课程报告均来自互联网资源，或进行稍许加工而成，学习者更多是为完成课程任务，没有真正学习到网络GIS专业课程知识，不利于构建完整的网络GIS认知结构，使得教与学相脱节，教学效果不理想。因此，急需对现有的网络GIS教学设计进行改革，以适应新时期学习者的学习新特点。

2网络GIS课程改革的驱动力

2.1知识结构的复杂性

由于网络GIS是计算机技术与GIS相结合的产物，因此网络GIS课程涉及到GIS专业知识、计算机基础知识、计算机网络及互联网软件开发等多方面的知识。除此之外，还涉及到与实际应用相结合的OGC标准[9]、网络GIS平台[10]等专业知识，使得该课程的知识结构相对复杂，给教师的教和学生的学都带来了巨大的挑战。而现有的教学设计大多是以讲授式教学为主、课程设计为辅的方式进行，学生难以在课堂上掌握各方面的知识，课程设计也大多流于形式，难以真正达到提升学习者实践动手能力的目标。

为了解决网络GIS专业课程知识结构复杂的问题，笔者对该课程的知识结构组成进行了研究，根据本科生课程安排，提出了适合学习者学习能力和认知结构发展的渐进式本科教学体系，使得课程的安排顺序趋于合理，但其侧重在课程的安排顺序上，对于在具体的教学设计中如何应对各方面的专业知识的教学方面有待进一步的研究。

2.2社会需求的多样性

随着网络GIS自身长足的发展和在各个领域深入应用，网络GIS专业人才的需求量逐年增大。国土、测绘、地图数据服务商、GIS软件企业、GIS相关的科研机构、开设GIS专业的高校均需要网络GIS相关的技术性和研究性人才。目前，大部分开设GIS专业的高校均建立了GIS实验室，以促进GIS专业及教学的发展。以MapGIS为例，已与全国超过100所高校共建了GIS教学实验室，协助各大高校开设网络GIS课程，建立实践所需的软硬件环境。为培养具有理论与实践能力的网络GIS人才奠定了基础设施的基础，但是不同的单位对于专业人才需求不尽相同，这是网络GIS教学面临的又一难题。急需对现有的网络GIS教学设计进行改革，以适应社会需求的多样性。

2.3培养目标的动态性

鉴于社会需求的多样性，使得目前高校对网络GIS专业本科生的培养目标也在动态的变化，但总体上来说主要有三大类：第一类主要以培养具有实践动手能力的人才为主，其侧重于让本科生学会如何应用计算机及相关软件开发技术，使其具备从事网络GIS软件开发相关的工作能力，这类学校的学生培养目标主要是就业；第二类主要以培养具有从事科学研究能力人才为主，其侧重于让本科生学会如何发现、探索、研究并解决科学问题，使其能够以网络GIS作为一种研究手段，从事相关科学研究领域的研究工作，其培养目标主要是为研究生培养机构输送人才；第三类则是兼顾科研与实践能力的培养，因为在教学设计中需要同时考虑两种不同的培养目标，而教学班级却通常是固定的，没有根据不同的对象采用不同的教学方法，使得教学不能与培养目标协调发展。因此，需要对目前的网络GIS本科教学设计进行改革，以更好地适应不同的专业培养目标。

2.4学习者的差异性

随着社会环境、教育环境和学习等环境的变化，学习者的学习特点也在同步发生变化。随着互联网技术的发展，越来越多的学习资源可以从网上快速获得，相比之下，传统的课堂教学通常远远落后于学习者从互联网上获得的知识，这给目前网络GIS课程的教学带来了巨大的压力和挑战。另外，学习者学习特点不尽相同，因为每个学生的性格、爱好、人际关系各不相同，这使得不同的学生会选择不同的学习方式，也使得不同的学生会爱好不同的教学方法。而目前的网络GIS教学设计没有考虑学习者之间的差异性，采用了统一的教学手段，难以满足不同学习者的学习特点，这一难题使得目前网络GIS教学效果不理想，急需对网络GIS的教学设计进行研究，让其能够适应不同类型的学习者的学习。

3网络GIS未来课堂教学设计

Intel“未来课堂”新教学理念能够很好地解决传统网络GIS教学设计中存在的难题，因此，本文提出面向“未来课堂”的网络GIS教学设计，如图1所示。

从图1中可以看出，在网络GIS未来课堂教学中，不仅仅局限于网络GIS相关的专业知识，还需要融入GIS、计算机等相关专业知识，以解决网络GIS知识结构复杂性的问题。同时还需要根据专业和学科的发展趋势，引入学科前沿领域和专业应用领域的新知识，为学习者建构完整的认知结构奠定基础。

图1　网络GIS未来课堂教学设计

教师在网络GIS未来课堂中已不再是单纯的课堂讲学者，他们需要根据课程的知识结构和不同时期学习者的特点，构建由不同角色组成的学习团体，为其制定团体学习目标，让学习者在团队中进行协作式学习，实现多对多的团队协作式学习。在学习过程中教师要实时给予指导，对学习过程进行监控，指导并监控学习者的学习进度，解决学习过程中存在的瓶颈问题。

学习者在团队协作式学习中，根据自已的性格、爱好、学习兴趣等选择自己的角色，根据角色在项目协作式学习中承担不同的学习任务。项目管理角色负责整个学习团队项目的管理与监控，培养学习者的团队管理能力；协调沟通角色负责对学习过程中成员之间、团队之间、成员与教师之间的沟通与协调工作，培养其协调沟通的能力；质量监控角色培养质量管理方面的能力，方案编写角色主要是培养学习者文档组织、方案撰写方面的技能；技术研发角色主要培养网络GIS研究与软件开发能力。

在此基础上，可以实现根据不同学习者的学习特点按需定制学习任务，实现教与学有机统一的网络GIS未来课堂，满足动态变化的培养目标的需求，为社会培养不同类型的优秀人才，解决网络GIS课程改革中目前面临的诸多问题。

4网络GIS未来课堂学习者学习方式改革

4.1独立学习改为协作学习

在Intel未来课堂教学理念中，与传统学习相比，最突出的一个特点是学习者的学习从独立学习转变为协作学习。学习者自由地进行组合，形成一个学习团队，为同一个学习目标互相协作，在完成目标学习任务的合作过程中学习到各种专业的知识。这种协作式的学习方式使得学习团队中每个学习者的角色不同，学习者根据自已的爱好、性格和兴趣等选择适合的团队角色，这与学习项目小组中项目主管、质保、文档、研发等不同角色的成员恰好能够有机的统一起来，有利于兼顾不同类型的学习者的学习特点，在一定程度上解决了新时期学习者的差异性问题、培养目标的动态变化问题和社会需求的多样性问题。另外，这种以项目为单位学习目标能够覆盖不同的科学和技术知识体系，解决了网络GIS课程知识结构的复杂性问题。

4.2被动学习改为自主学习

在传统的课堂讲授知识的教学设计中，学习者处于被动的学习地位，教师掌握了学习的主动权，影响了学习者的学习积极性。而在网络GIS“未来课堂”教学设计中，将学习的主动权还给学习者，学习者主要通过自主学习的方式去主动发现、探索、研究新知识，主动去构建课程的目标认知结构。这种主动学习过程能够激发学习者的学习动机和学习兴趣，使学习者主动参与到教与学的过程当中，与教师共同完成课程的教与学的任务，实现教与学的有机结合。

4.3灌输式学习改为竞赛式学习

与教师与学习者“一对多”的传统学习方式相比，网络GIS“未来课堂”转变为以教师为指导者，学习者与学习者之间“多对多”的竞赛式学习方式。这种方式与协作式学习相辅相成，协作式学习为竞赛式学习建立学习目标，形成竞赛团队；竞赛式学习为协作式学习建立竞争目标，提高学习者的学习动机，激发学习者的学习积极性。两者有机结合，充分调动每个学习者的学习兴趣，提高学习效率，增强网络GIS课程的教学效果。

4.4从课内改到课外

现代科学技术的发展使学习者的学习环境和条件发生了显著的变化。以笔者所在单位为例，10年前，大多数学生都没有自己的笔记本电脑，而现在，几乎人手一台，部分学生还有Ipad等平板电脑，加之校园无线网络的建成，学习者随时随地可以进行学习。在互联网络时代，学习者获得知识的途径增多、效率加快，网络GIS“未来课堂”需要借助互联网的优势，将学习者的学从课内转向课外。一方面，学习者不仅限于在课堂上获得知识，教师需要在课堂上给予重点指导，提供配套的网络教学资源，学习者可以根据自已的学习特点灵活地选择学习的时间和地点，实现每个学习者学习效率的提升。另一方面，教师将网络GIS课程知识进行扩展，将与国家、社会和经济发展相关的前沿知识作为教学内容的组成部分，这些新颖的知识能够更好地激发学习者的学习兴趣，而且学习者能够高效地从互联网学习资源中学习到这类知识，以构建更加丰富全面的网络GIS专业的认知结构。同时也有助于解决学习者的差异性和网络GIS课程知识结构复杂性的问题。

5结束语

本文针对现有网络GIS课程教学中存在的问题，综合分析了网络GIS课程改革的新需求，同时考虑课程知识结构、初会需求、培养目标和学习者的差异性，提出了面向未来课堂的网络GIS教学的设计，将学习者的学转变为协作学习、自主学习、竞赛式学习和课外学习，充分调动学习者的学习积极性，激发学习动机。并给出面向未来课堂的网络GIS教学设计，解决了现有网络GIS课程教学未顾及课程知识结构复杂、社会需求多样、培养目标动态变化和学习者的差异性问题。为开设网络GIS专业的高校建设网络GIS未来课堂的提供了新的思路，下一步将计划建设与网络GIS配套的未来课堂网络教学平台，以进一步推动和完善本文提出的网络GIS未来课堂教学设计。

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[责任编辑：路晓鸽]

DOI:10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2016.10.016

收稿日期：2015-06-12；修回日期：2015-10-18

基金项目：中国博士后科学基金资助项目(2014M552115)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(CUGL140833)；国家十二五科技支撑计划(2011BAH06B04)；中国地质大学(武汉)教学改革研究B类项目(2015B14)

作者简介：郭明强(1984-)，男，讲师，博士后.

中图分类号：P208;G640

文献标识码：A

文章编号：1006-7949(2016)10-0076-05

Research on future teaching mode for undergraduate CyberGIS course

GUO Mingqiang1,2,XIE Zhong1,2,WU Liang1,2,HUANG Ying2

(1.SchoolofInformation&Engineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan430074,China;2.GISSoftwareandApplicationProjectResearchCenteroftheEducationalDepartment,Wuhan430074,China)

Abstract：With the tremendous development of GIS science and internet technologies,CyberGIS and related techniques have been applied to many field.It brings great challenges for undergraduate CyberGIS course teaching.This paper takes into consideration the study characteristics of undergraduate students and the CyberGIS course.By utilizing the future class idea,the future class design of CyberGIS course is proposed by this paper,which has considered the new study features of students.This teaching process can satisfy different characteristics and intrests of all students in order to stimulate the positivity of students and to realize the CyberGIS future class,which can make teaching and learning to be an organic unity finally.

Key words：CyberGIS；future class；undergraduate；teaching；teaching mode