环境科学专业GIS 本科课程线上混合式项目教学实施策略探究

王硕，房春生，李杰，姜百川

(吉林大学 新能源与环境学院，长春 130012)

环境科学专业对于GIS 课程的教学要求不同于地理信息系统等专业，更侧重于软件的实际操作而非理论学习。这种差异化的要求，使传统课堂教学模式中由黑板-课件-书本-纸笔构成的教师讲授-学生接受授课方法体系对课程产生极大的限制。由于没有测绘学等前置课程，学生直接接触GIS 理论既觉得生涩也觉得无用，容易滋长学生的厌学情绪，同时教师讲授过多，挤占了部分学生上机练习的时间，导致学生参与度低，无法真正掌握GIS 软件操作。事实上，随着翻转课堂、项目教学等新的教学方法与慕课、微课等新的教学手段出现，如何在教学中充分利用新的方法与技术突破传统教学模式，是环境科学等非地理信息系统专业解决教学不平衡矛盾的重要途径。但是，无论是翻转课堂或是项目教学，其更多依据线下课堂上师生之间的交流沟通，这一方面是由于线下课程的沟通效率更高，另一方面是由于教师习惯于传统课堂上师生沟通的模式。随着在线课程的广泛开展，高校教育正逐渐改变这种依靠线下教学的状况。因此，如何在线上教学过程中继续贯彻混合式项目教学的理念方法是环境科学专业GIS 课程必须面对的挑战，本文以吉林大学环境科学专业为例，探讨了GIS本科课程线上混合式项目教学实施策略。

一 文献综述

（一）混合式学习

混合式学习即Blending Learning，是在线学习的一种。但是，又非慕课等传统的在线学习模式，而是将在线课程与线下教学相结合，在发挥在线学习高效、直接及方式多样的优势的基础上，又能包含传统课堂的及时反馈、教学结合紧密的特点。基于此，混合式学习被广泛认为是一种非常有活力的学习方法。正因为混合式学习具有这种特点，所以混合式学习可以引导授课教师在对学生进行启发式教学的同时又能把控整个教学过程，利用多样化的教学手段调动学生主动学习的积极性与创造性。混合式学习是技术支持学习的扩展与延伸，因此技术支持也是混合学习所要强调的一个重要方面。在混合式学习中，一般会利用大量的学习工具即软件来帮助学习者达到学习目的，完成相关内容的学习。

特别是在信息化社会背景下，传统的线下师生面对面的心口相传的知识传递模式，由教师到学生的单向传播过程，正在被以信息化技术为表象、培养能力为手段及解决实际问题为核心的以学为主的教学模式所取代。借由信息化技术的发展，产生了大量的结合现代信息化教学手段的混合学习方式方法，其中以慕课、翻转课堂与微课为最广泛接受的形式。慕课即为大规模开放在线课程(Massive Open Online Course)，是当前大学中最广为采用的一种在线课程模式。作为伴随着互联网成长的一代人，当代大学生对于慕课的网络化、开放式、资源化和互动式的特点有着天然的契合，可以预见的是，随着互联网技术的发展，慕课正深刻改变着我国高等教育的传统模式。当然，慕课网络化的特点，虽然其不受时空因素的影响，但是同时也带来了缺乏传统课堂中即时交流互动，无法对学生学习效果进行及时检测等缺陷，这些不利因素成为阻碍慕课进一步发展与大规模应用的主要原因。除此之外，由于慕课的开放式教学模式，意味着学生需要比传统课堂中更多的学习主动性，更强的自主学习能力，这些不可控因素同样影响着慕课教学方式的有效性。因此，在目前信息化水平下，完全以慕课为教学手段尚不能取代课堂教学的内容。基于此，结合线下课程的互动性即时性特点与线上慕课自主性、开放性特点的教学模式——翻转课堂被提出。不同于传统的从老师到学生的课堂教学过程，翻转课堂更加强调学生进行练习的过程与教师在此过程中的指导。这种倒置的教学过程将传统线下课堂中先老师讲授后学生完成练习的过程翻转，使学生在练习中产生问题，而后老师从问题出发为学生讲授相关知识，从而最大限度发挥学生学习的主动性。这种问题导向的双向过程可以划分为四个过程，即体验学习阶段、概念探索阶段、意义构建阶段与展示应用阶段。可汗学院在2012 年利用微课进行的课堂翻转教学模式是其中较为成功的案例。

（二）项目式学习

项目式教学方法即Project-based Learning，简称PBL，是通过以项目训练为手段，对接现实生活中的相关问题，以逆向思维的方式来构建课程的教学方法。由于其具有的特殊性，无法直接证明项目教学方法可以完全取代其他教学方法，因此项目教学方法尚有较大发展空间。对比近年来的研究，可以了解到项目教学的效果会受到项目质量、学生参与程度等因素的影响，就总体而言，项目教学较为突出的优势为提高学生通过项目完成所获得的成就感，从而引发学生主动学习的积极性。但是由于其教学过程的逆序性，项目式教学较难应用于基本概念、能力的培养，例如背诵、计算等能力，因此项目式教学的前提是需要学生通过其他教学手段获得基本概念、能力的学习。在此基础上，项目式教学能够显著提高学生的学习热情进而提高学生的主观能动性，提升学习质量。而在学生参与项目的过程中，能够自觉从问题出发，结合课堂所学内容，通过制定计划、有效沟通，解决复杂的现实问题。当然，要达到极佳的教学效果需要师生花费大量的精力协调相关的课程资源，掌握项目教学实施的多种策略与实践方法。依据一线教师的直接反馈，可以看到项目式教学在调动学生积极性、吸引学生主动学习方面具有无可替代的优势。此外，在大学阶段的项目式教学可以鼓励学生更早地思考个人未来的职业规划并进行相关的技能培训，因此，项目式学习对于现代大学生而言具有非常重要的意义。

二 GIS 课程线上混合式项目教学实施策略

本文将从课前、课中和课后三个环节来介绍在环境科学专业GIS 本科课程进行线上混合式项目教学的策略。

（一）课前

不同于传统课程中教师课前备课-学生课前预习的以学生预习为主的体系，在线授课的难度是无法通过线下课堂检验学生的预习情况，因此需要教师更重视课前备课，能够完全把控课程的进程，使学生不易走神。因此，课前准备应分为教师与学生两个部分。

1 教师部分

对于教师而言，在课前备课的过程中需要反复熟悉自己的课件，能够以讲课状态完成一次试讲。设计好课程中的所有流程，并对相关影音资料等做好剪辑，防止出现网络状况不佳引起的课程终端等问题。教师还应提前准备好已经录制好的课程视频作为备份，并设计好课堂提问流程，以保证学生在线听课过程中的注意力集中。此外，每次课前，教师应将准备好的材料提前发到QQ、微信或钉钉群中，供学生提前阅读，并根据预习内容，在学习通内布置相关作业，督促学生自习。

2 学生部分

对于学生而言，在课前预习过程中，应提前观看教师发布的书籍、文章，并依据书籍、文章的内容，完成学习通中布置的相关预习作业，实现混合式项目教学中翻转课堂的部分，对于自主预习过程中存在的问题，应在课前通过QQ、微信或钉钉群与教师沟通，及时解决基本理论中的相关问题。

（二）课中

GIS 课程不同于传统的知识讲授型课程，更不同于编程类课程，其中既有基础理论如投影，又有操作应用如配准，而二者之间也存在紧密关联，如果不了解投影，那么就算是掌握配准的操作也会出现参数选择等错误。因此在课中，不能完全放弃基础理论的讲授。此外，基于项目教学的过程中，是以项目为导向，通过项目的完成使学生对于基本知识与操作技能有深入的理解，因此，课中分为理论与操作两个部分。

1 理论部分

如前所述，对于非地理信息系统专业的学生，并未学习过测量学等前置基础理论课程，因此如果仅讲授软件的操作，那么有许多操作的目的是学生所不能理解的。仅按照老师的演示操作内容，学生可能会较好地完成作业内容。但是这种纯粹的机械式模仿，在未来学生接触新的工作任务时，很有可能会产生极大的偏差。同时，不同于传统课程中单独讲授基本理论的模式，对于非地理信息系统专业而言，GIS 课程的课时有限，无法做到在理论讲授部分面面俱到。因此，需要结合在ArcGIS 等软件操作过程中的实际问题，更多地通过项目教学引导学生将实际动手操作过程中遇到的问题与相关的理论结合起来。通过操作中实际出现的问题引导学生探索GIS 应用中所涉及的相关前置学科如测量学等知识。例如，教师在演示操作过程中，通过配准与属性数据输入两个操作演示了软件操作中的两个重要步骤，结合这两个步骤，引导学生探索地理信息系统数据的构成，以及这两种不同数据所代表的含义，要向学生灌输这两个过程分别输入的是地理信息系统的位置数据与属性数据思想，将实际与理论结合起来。学生在模仿教师的操作进行项目学习过程中，可能会发现自己的配准错误或属性数据无法输入的问题，此时教师除了帮助学生修正问题，更重要的是指导学生自己去发现操作过程中的失误，例如坐标系的选择错误、字段类型的选择错误等，并向学生指出这些错误代表的含义及背后的理论基础。此外，由于在线课程无法以语气、动作和眼神等强调这种理论与实际的联系，因此，教师在在线演示讲授的过程中无法采用传统课堂中以讲述为主的形式去引导学生。而是采用在线提问的方法，通过QQ 课堂的在线提问/举手功能，以实际操作中出现的问题作为引导，使学生主动思考这种基本理论与操作的关联。

2 操作部分

操作部分，是非GIS 专业课程中最为重要的部分，同时也是整个课程的核心。只有通过项目教学，学生在操作部分能够独立完成自己的地图作品，才意味着学生能基本掌握ArcGIS 软件的操作技能，对于相关基本理论有一定的了解。通过课后练习反复操作，才能更好地理解地理信息系统的内容。而在操作部分，首要方面是教师的演示，如果没有教师的相关演示，对于学生而言，有限的课时长度不足以实现软件操作的入门。因此在教师演示的过程中，教师需要根据教学内容与要求及项目教学的难度，提前制作好软件操作的演示视频，而不能进行在线演示。这主要是由于ArcGIS 的操作不同于传统编程类型课程，GIS 操作过程有大量的重复性操作，例如绘图等，如果采用在线演示，那么一方面耗时太长，有限的时间内能够演示的操作少之又少；另一方面会使操作变得枯燥乏味，使学习在线课程的学生产生倦怠，也不利于教师掌控课程流程。而在每一步操作后，教师应暂停操作视频，对该步骤涉及的基本理论进行讲解提问，对该步骤操作的要点进行总结，这个部分同样通过QQ 课堂进行。学生根据教师设置的项目，遵循教师的演示，开展自主项目学习。这个过程中，由于需要大量的师生交互、师生屏幕转换，因此教师在此过程中选择钉钉平台会议模式，学生根据自身操作遇到的问题进行直播屏幕，并向教师提问，教师在指导学生操作的过程中进一步加强学生对理论与操作的印象。

（三）课后

GIS 课程除了与传统课程一样重视课堂教学之外，更加重视课后学生基于项目的训练，反复的项目训练一方面能够夯实学生的理论和操作基础，另一方面可以快速提升学生对于地理信息系统及相关操作软件的理解，因此如何在课后督促学生进行相关项目的训练，是在线混合式项目教学的难点。为避免由于课后训练不足导致的项目教学效果大打折扣，教师在课后环节中应在项目牵引的基础上引入竞争与奖励机制。针对作业完成度好、完成效果出色的同学，可以在教师的辅导下参加全国GIS 技能大赛。这种竞争与奖励机制的引入，调动了学生尽自己所能完成好作业的主观能动性，有效克服了在线混合式项目教学无法对学生项目进程进行监督的缺陷，同时，这种竞争奖励机制的引入也是实现差异化教学的有效途径，对于信息技术基础薄弱的同学能更好地完成作业，而信息技术水平较高的同学则可以通过参赛获得荣誉。更重要的是，在线项目教学过程中，教师为学生设置的项目，更需要贴近教学内容，但是可能与工作中真实操作的项目存在较大差距。而GIS 大赛技能则从选拔角度出发，更贴近实际的项目，是对课堂中作业项目的有益补充，使学生真正能将GIS 作为一项可以解决实际问题的工具而不是一门获得学分的课程来看待。

四 结束语

基于混合项目教学(PBL)的方法是在信息化时代解决GIS 类操作课程与传统授课方式矛盾的有效方式，但是在具体实施过程中，应结合线上教学的特点、在线平台特性与混合项目教学的方法，充分认识到在线混合项目教学模式的可行性与优越性。一是在督促机制合理运用的前提下，能够极大调动学生自主学习的积极性，对提高学生的自我学习能力有很大帮助，可以很好解决当前大学生在选修科目上的懒学、怠学问题。二是通过两级项目教学的设置，使学生既完成基本原理的学习与基本操作的掌握，又能够通过自身的努力掌握GIS 的一些高阶操作，解决实际的问题，在整个教学过程中做到教—学—会—用的高度统一。三是体现了差异化教学的特点，在完成教学大纲内容的基础上，可以为有兴趣、有能力的学生提供更高阶的平台，为学生未来进入社会提供一项新的技能。四是在线教学过程中能够真正加强师生之间的交流沟通，如果是线下课堂，由于是选修课及学生普遍在课堂上内向的原因，学生并不愿意正面反馈教师的提问或直接提出自己的问题，但是由于在线上，不是采用面对面的形式，学生更愿意表达自己的想法，讨论等活动远比线下课堂中参与度高，更有益于实现项目教学。

当然，在线实施项目教学过程中也存在一些问题，首先是课时安排，线上课程课时不宜安排过长，否则学生难以保证课程全程的注意力集中；其次，教师用在课外的时间远高于线下的情况，除课程本身内容外，授课教师还需要做好各方面预案，包括做好备用平台、备用设备和备用网络等。最后，无法确切得知每一位学生的实际观看情况，各平台数据均只能反映学生是否完成作业、是否在线，但是无法反映学生的精神状态。

综合考虑来看，线上教学与混合式项目教学结合在环境科学专业GIS 课程中优点突出，效果很好，但是在学生进行作业与项目的过程中，线上指导确实不及线下指导的效率高。因此，应该充分发挥线上教学与线下教学的优势，按照其特点与混合式项目教学结合，达到GIS 课程的最优教学效果。