线上线下混合式教学模式在实验教学中的探索与实践——以“地理信息系统原理与应用”课程为例

李海峰，赵 玲

（中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083）

引言

近几年来，中国大学MOOC、果壳MOOC、网易公开课等一些新型在线课程和学习平台如雨后春笋般涌现出来。其“跨越时空”的教学方式打破了教师“教”与学生“学”的时空限制，大大丰富了教学的内容，同时也满足了学生学习的个性化需求，增强了教学的吸引力［1］。但单一的线上教学方式也存在一定的局限性，如师生之间难以互动，教师对学生问题的解答具有延迟性，教学相长的反馈作用被弱化，对学生的管理受到限制等［2］。另外，实验课不同于理论课，具有较强的操作性、综合性、创新性特点。线上教学只能通过视频“看”或“听”到部分知识，无法对重点和难点进行面对面教学，难以开展分析讨论式的教学活动。而实验课的主要目的是培养学生的创新思维以及动手能力，促进学生对课堂理论知识的理解和升华，并应用于实际。显然单一的在线学习很难达到实验类课程的要求。“地理信息系统原理与应用”是一门学科交叉性强且理论与实践并重的课程，如何将枯燥、抽象的地理信息系统理论知识通过实践教学进行理解吸收，进一步转化为学生分析问题解决问题的能力就显得尤为重要。

一、实验教学中存在的问题

实验教学是课程教学的重要环节，其与课堂理论教学相辅相成，是加深学生对理论知识的理解、锻炼学生的实践能力、培养其创新思维的重要手段。但在实际的教学过程中，对实验教学的重视程度不足，教学手段亟待完善，主要存在如下问题。

（一）教学方法单一

传统实验教学采用的方法大多是先由教师讲解实验内容，演示操作实验的重点和难点，然后学生根据实验指导书按部就班完成实验内容，教师检查学生操作并对存在的问题进行指导。这种教学方法缺少学生思考并主动寻找和解决问题的过程，学生依赖教师和实验指导书，把实验当成任务被动地完成，在没有深刻理解其原理的情况下只能死记操作步骤。长此以往，削弱了学生的主观能动性，对实验学习失去兴趣，不利于培养学生独立思考的能力和创新思维。

（二）实验课时不足

“地理信息系统原理与应用”实验教学内容涵盖地理信息的采集、加工处理、管理、分析、可视化的整个过程，涉及理论教学的所有章节，实验采用的软件平台ArcGIS功能强大且操作复杂。但实验学时普遍偏少，往往只能完成模块化的实验内容，学生难以实现对软件的熟练操作，更没有时间开展综合性、探索性的实验。

（三）缺少有效的评价机制

目前，实验课程成绩大多依据学生提交的实验报告和课堂表现。因为受人力和时间的限制，教师很少组织专门针对实验教学的考核，加之实验成绩仅占总成绩的一小部分，导致学生不重视实验课，课上完成任务式地“学”，课后应付式交差，甚至存在相互抄袭实验报告的现象。缺少有效的评价机制进行约束，实验教学效果难以保证。

二、混合式教学模式的探索与实践

针对当前“地理信息系统原理与应用”实验教学中存在的教学方法单一、实验课时不足、缺少有效的评价机制等问题，在实验教学中探索线上线下混合式教学模式［3］。一方面，利用可视化线上教学平台扩展学生学习的时间和空间，提供多样优质的教学资源，满足学生学习的个性化需求，以解决课堂实验课时不足的问题。同时，采用翻转课堂的教学手段，转变教师和学生的角色定位，让学生从被动学习变为主动学习，调动学生的主观能动性，激发学生的学习兴趣，培养学生的自主学习能力［1，4］。另一方面，与学科竞赛相结合，采用项目驱动式实验教学手段，培养学生的科学思维方式，锻炼学生的自主探索以及创新协作能力。利用线上可视化教学平台记录学生的学习轨迹，建立课前—课上—课后全过程实验教学评价体系。

（一）搭建线上教学平台

为了减少学生熟悉其他在线教学平台的时间，在教学实施过程中采用了学校的TronClass可视化教学平台。该平台是中南大学面向全校师生推出的线上教学平台，具备课程管理、资源管理以及学生管理等功能［5］。教师可以在自己承担的课程管理模块下上传教学课件、教学视频，布置作业，设置测试、讨论等一系列教学活动。对学生而言，可以自由选择时间学习教学课件和教学视频、参与课后讨论、完成作业及测试，TronClass平台将完整记录学生的学习轨迹。教学活动结束后，系统可以自动统计学生参与教学活动的次数和时长、作业以及考试的分数情况。TronClass平台的使用有利于学生开展自主学习，也方便教师对学生的过程学习进行跟踪与评价，为线上实验教学的顺利实施提供了保障。

（二）重构实验教学内容

“地理信息系统原理与应用”课程的实验内容涉及GIS数据采集、处理、存储、分析、可视化的全部流程［6］。线上线下教学模式延伸了学生学习的时间和空间，也拓展了教师的教学内容。重新梳理了实验教学内容，将实验划分为基础操作、应用分析和项目训练三种类型。基础操作类实验主要学习软件的基础模块工具和菜单命令，锻炼学生的基本操作技能，主要包括地图投影、数据预处理、空间数据编辑以及空间数据库实验。应用分析类实验主要包括路径分析、选址分析、地形分析、水文分析等［7］。主要培养学生掌握各类分析工具的使用技能，同时锻炼学生应用GIS分析工具解决应用问题的能力。项目训练类实验与GIS专业学科竞赛内容相结合，大多来自实际的生产应用题目，具有应用性、综合性和创新性等特点。主要锻炼和提升学生的综合应用、创新能力以及团队协作能力；同时，将学科竞赛的内容纳入实验教学［8］，为学生参加学科竞赛做准备。

（三）分类型线上线下混合式教学设计与实施

不同类型的实验具有不同的特点，根据不同的特点采用不同的教学方法才能达到良好的教学效果，实施方案如图1所示。基础类实验主要以验证为主，有比较详细的操作步骤说明，目的是让学生熟悉软件的功能。主要采用线上自主学习的方式，将实验任务书、实验指导微视频、自主学习资料等上传到TronClass平台，学生可以自由选择时间进行学习，不受课堂学习的时间和时长限制。教师通过平台监督、管理和掌握学生的学习情况，对存在的共性问题利用平台的讨论区或QQ群开展讨论。应用分析类的实验主要让学生掌握空间分析的方法及相关工具，可以灵活运用其解决某一类应用问题。相比基础类实验，应用分析类实验具有步骤复杂性和方法多样性的特点，可采用线上+线下的教学方式。在线下课堂中引导学生分析问题，联系课上所讲的理论知识提出解决问题的思路，并讨论解题步骤。学生线上根据指导视频和自主学习资料自行完成实验步骤并撰写实验报告，提交到TronClass平台。线下集中讨论+线上自由学习的混合模式让教学以学生为中心，更加符合学生的学习情况，提高了教学效果。项目训练类实验更具备应用性、综合性和创新性特点，采用线上+线下+线上二次翻转混合教学模式。教学过程主要包括课前线上准备、课上线下探索和课后线上完善三个部分。上课前，教师提前在教学平台上发布实验任务、上传相关学习资料；学生了解教学任务，通过实验指导视频和精品课程等资料进行自主学习；师生通过平台的讨论区和QQ群进行交流互动，教师收集整理学生的共性问题和难点问题，再在线下课堂进行讲解和演示。经过第一次翻转实现学生对知识的理解和操作的感知，形成初步的应用能力。第二次翻转课堂通过项目任务驱动法将课堂扩展到课外。课堂指导学生对项目任务展开分析，以小组为单位讨论形成初步方案。课后小组分工合作完成项目任务并撰写项目报告，对存在的问题进行线上交流和讨论，最后在TronClass平台提交作品。教师线上评阅项目报告和作品并给出完整评价。第二次翻转课堂实现综合应用能力的提升以及团队协作能力的培养，是翻转课堂的再翻转。

图1 分类型线上线下混合式实验教学实施方案

（四）建立教学全过程评价体系

实验教学是整个教学过程的主要环节，实验成绩也是课程总成绩的一部分。科学合理的评价方法既要对学生的学习情况进行精确和公平的评价，又要在整个教学过程中起到促进作用，通过考核评价这个指挥棒，引导学生在学习过程中注重能力的提升，而避免突击学习现象。实验教学评价针对课前—课上—课后的教学全过程：（1）考查学生的课前自主学习情况。与传统的线下教学模式不同，线上自主学习的灵活性和自主性更强，教师能对其管理和评价。学校的TronClass平台记录了学生的学习轨迹，为实现过程监控提供了很好的手段。（2）通过查看TronClass平台记录的下载学习资料次数、参与讨论次数、观看教学视频的完成度、线上测试成绩等，了解学生的学习态度和自主学习情况。（3）课上考查学生的实验操作技能和参与课堂交流的活跃度。（4）通过课后实验成果及报告评分，考查实验方案的正确性、文档撰写的规范性以及成果的美观性。根据不同的实验类型和实验难易程度设置不同的权重，对学生的每一次实验进行合理评价。

结语

实验教学是课程教学的重要组成部分，是培养学生的创新思维、锻炼学生分析问题解决问题能力的重要环节。线上线下混合模式扩展了教师“教”与学生“学”的时间与空间；翻转课堂的融入转变了学生的学习定位，培养了学生的自主探索能力；项目驱动式教学方法调动了学生的学习兴趣，锻炼了学生的综合应用和协作创新能力；全过程精确的评价体系对整个教学起到监督与促进的作用，促进学生在学习过程中注重能力提升。该改革方案在笔者所担任课程的实验教学中取得了良好的效果，但混合式教学的实施要注意线上线下教学内容的比例分配，不宜布置过多的线上学习内容，这样会加重学生的学习负担，甚至出现适得其反的效果。