面向高阶性学习的农业院校GIS 课程建设

陈伟强，马月红，蔡恩香，李纪伟

（河南农业大学 资源与环境学院，郑州 450002）

在知识创新时代，靠记忆与背诵的表层学习已满足不了新时代人才需求。2017 年以来，国家《关于深化教育体制机制改革的意见》和教育部《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》相继出台，新时代背景下要加强学生关键能力的培养，把教学改革成果落实到课程建设上，淘汰“水课”，打造“金课”，课程建设应具备“高阶性、创新性、挑战度”等特征。

互联网技术与传统教学结合，带来了教学模式的革新。风靡全球的MOOC 给高等教育带来深刻的变革，MOOC 在教学过程中存在学习对象不确定，师生互动少，辍学率高等问题，导致教学质量不太理想，因此SPOC（Small Private Online Courses）应运而生。SPOC 相对MOOC，具有教学对象可控、师生互动频繁及线上线下混合教学方便等特点，能深度融入高阶性学习理念，实现以学生为中心、以能力培养为核心的教学范式转变。建构主义学习理论认为学习者最终所获得的知识多少，并不取决于学习者对知识的记忆能力，而取决于学习者根据自身经历和体验有效建构所学知识意义的能力。在建构主义教学理论的指导下，项目驱动教学法成为实现深度学习的有效方法。本文根据新时代我国人才培养的新需求，以河南农业大学GIS 课程为研究对象，采用项目驱动法，开展SPOC 线上线下混合课程建设，引导学生由表层学习向高阶性学习转变。

一、GIS 课程传统教学问题分析

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是对空间信息进行采集、储存、管理、分析和显示，服务于空间信息管理和应用决策的信息系统，涉及计算机、数学、地理、测绘、资源和管理等多学科的知识。河南农业大学土地资源管理、土地整治工程、人文地理与城乡规划等专业开设有GIS 课程，在教学过程中遇到如下突出问题。

首先，学生在学习GIS 课程时表现出基础薄弱的问题。学习该课程的均是非GIS 专业学生，因没有数据结构、数据库管理和计算机图形学等先导知识基础，学习GIS 时会遇到很多困难，理解不了软件算法，掌握不了系统开发技能，普遍缺乏学习兴趣。实验课也只会跟着实验指导书的操作步骤模仿，缺少主动思考，无法深刻理解课程本质，遇到新的问题，不具备融会贯通能力。

其次，教师在讲课过程中缺少对学生接受情况的关注。教师按照教材内容，通过讲授的形式，将自己理解的知识向学生传递，师生之间的讨论较少，教师解答学生疑惑环节少。老师对学生能接受多少、理解多少，较少关注。课程考试主要是测试记忆能力，对学生的学习过程和应用能力缺少考核。

综上，传统GIS 教学过程中，教师的“教”和学生的“学”都存在问题，学生处于知识记忆的浅层学习阶段，传统的课程教学模式已无法满足学生高阶性学习的要求。

二、高阶性学习的内涵与实现路径

（一）高阶性学习的内涵

高阶学习也称为深度学习，Marton Ference 和Saljo Roger 在1976 年联名发表的《学习的本质区别：结果和过程》首次提出深度学习和浅层学习的概念。布鲁姆认为当学生采用记忆或简单的理解等低阶认知行为时，属于表层学习，表层学习面向学生知识的培养；而当学生采用分析、决策、批判和创造等高阶认知行为进行抽象知识建构、知识迁移的过程，属于深度学习，深度学习面向学生能力的培养。我国学者何玲等认为，深度学习是指在理解的基础上，学习者能够批判地学习新思想和事实，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多思想间进行联系，并能够将已有的知识迁移到新的情境中，做出决策和解决问题的学习。从以上高阶学习的内涵可以看出，高阶学习不是以老师为中心，而是以学生中心，通过学生自主的学习、理解、内化、应用和创新等方式实现。

（二）SPOC 高阶性学习实现路径

1.SPOC 课程

SPOC 是Small Private Online Course 的缩写，意思是小规模限制性在线课程，为特定的学生群体线上学习资源。可将线上线下教育有机融合，这种混合式教学模式将成为当前高校教学改革的主要方向。实践证明SPOC 线上线下混合教学模式为深度学习提供实现路径，学生在线上自主学习、线下课堂师生互动和案例项目情景创建等过程中，达成知识与能力的建构。

2.SPOC 课程建设

首先，搭建SPOC 网络课程。可选择爱课程、大学MOOC 和超星泛亚等网络课程平台建设网络课程，内容包括明确教学目标、布置自学任务、制作学习文档、录制微视频、设置任务点、设计项目案例和开展线上讨论等。

其次，组织线上线下混合教学。课前给学生发布线上自学任务，测试学生自学效果。线下组织课堂讨论，项目研究答疑，课后练习评析等。

最后，教学效果评价。评价包括过程评价和结果评价，对学生汇报、讨论及项目案例实践等过程中的表现进行过程性评价，对学习效果进行结果评价，及时将评价结果反馈到下一轮的教学过程中。

三、GIS 课程建设实践

（一）建设目标

以高阶性学习为导向，采用SPOC 线上线下混合式教学模式，项目任务驱动教学法，针对本校学生的专业需求，开发建设SPOC 混合教学课程。针对学生的知识背景，课程内容突出基本概念和理论原理，摒弃软件算法和地理信息系统工程等内容，实践课突出GIS 在国土资源调查与管理、国土空间利用与优化等方面的应用实践，摒弃软件系统开发的内容。通过课程理论与实践的学习，学生掌握GIS 的基本原理，拥有利用GIS 软件平台解决国土资源的调查、管理、分析、优化、决策和调控等问题的技能，具备团队协作和终身学习的能力。

（二）课程建设

1.线上线下教学内容设计

教材以科学出版社陈健飞教授翻译的《地理信息系统导论（原著第九版）》为主，同时参考科学出版社华一新教授和农业出版社刘耀林教授的《地理信息系统》教材。

课程共设16 章，包括绪论、坐标系统、矢量数据模型、栅格数据模型、GIS 数据获取、几何变换、空间数据准确度和质量、属性数据管理、数据显示与地图编制、数据探查、矢量数据分析、栅格数据分析、地形制图与分析、视域和流域、空间插值及最小耗费路径分析和网络分析。课程每章课后均设置有3～7 个面向ArcGIS 系统的实践练习。根据课程教学目标，对各章节线上、线下课程教学内容进行设计，结构见表1。

表1 地理信息系统课程设计

2.SPOC 线上课程建设

采用超星泛雅网络教学平台建设线上课程。泛雅网络教学平台是以泛在教学与混合式教学为理念，集教学互动、资源管理、精品课程建设、教学成果展示和教学管理评估于一体的新一代网络教学平台。泛雅网络教学平台建立GIS 线上课程，明确各章节教学目标，制定自学任务清单、制作教学课件和录制微视频，进一步设计项目驱动教学案例，组建拓展阅读资料库，建立自测试题库。

（三）开展混合式教学

1.线上课前自学

授课教师通知学生，根据课程任务单完成课前自学任务。学生利用线上资源进行前期自学，包括观看课程视频、阅读课件和文档及探索完成实践项目，记录项目探索时遇到的问题，以备课堂上讨论和发言使用。

2.线下课堂教学

实施项目驱动式教学，实现高阶性学习。以某个设定项目为教学情境，培养学生知识综合、应用和创新能力。针对具体项目，讨论涉及的知识、理论与方法，解答学生心中之惑。通过项目驱动和师生互动讨论，让学生从知识接收者转变为探究者，从被动的学习者转变为主动建构者。

3.课后学习

课后完成老师布置的项目任务。通过线上线下的学习、讨论与答疑，课后学生独立完成老师布置的项目任务，检验学习效果，强化实践应用能力。

4.综合实习

围绕国土资源调查和评价、国土空间利用优化和规划、国土整治与修复及土地定级与估价等行业项目，开展综合实习、科创竞赛和课程设计等活动，在解决实际问题过程中，实现学生创新能力和应用实践能力培养。

（四）完善教学评价体系

发挥好教学评价的导向作用，突出过程性和解决问题能力等高阶性学习效果的评价。过程性评价的依据包括网络课程自学记录、课程讨论积极性、章节测试和项目完成情况等系列活动。解决问题能力主要依据综合实习、科创竞赛和课程设计等活动的完成情况与效果综合评定。通过以上评价体系，可激励学生从浅层学习向高阶学习转变。

四、教学效果分析

2019 年以来线下线上混合教学实践取得了良好的效果。线上课程目前已有3.6 万的点击量，12 个班366名学生受益。学生能够很好地掌握地理信息系统的基本理论与技能，学生的高阶思维与解决问题的能力大幅提升，学习积极性、主动性明显增强。面向高阶性学习的教学改革，为后续的地籍管理、土地利用规划学、土地资源调查与评价、土地整治学、土地复垦学和资源环境规划等专业课提供了理论与方法支撑。先后组织三个专业的学生参加了全国土地估价、土地规划、土地国情调查和地理科学等大学生技能大赛，获一等奖4 项，2等奖3 项，3 等奖3 项，优秀奖2 项，学生的创新能力表现突出。

五、结束语

以学生能力的培养为目标的高阶性学习，已成为高等教育关注的焦点，SPOC 混合教学模式为高阶性学习提供了可行的实施路径。本文以河南农业大学GIS 课程为研究对象，以高阶性学习为导向，采用项目驱动法，开展SPOC 线上线下混合课程建设，明确了课程建设目标，设计了线上线下教学内容，开展了SPOC 混合式教学实践，构建了多元化综合评价体系。新的课程教学模式实现了以“教”为中心向以“学”为中心的转变，由表层学习向高阶性学习转变，由知识记忆向创新能力培养转变，学生解决问题能力和创新能力得到显著加强。