全域精準教學模式探索
——以《地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程為例

朱駿，孔維華，程春梅，石亮亮，張煜洲

（1.浙江水利水電學院，浙江 杭州 310018）

《地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用》是測繪工程、地理信息科學、遙感科學與技術(shù)等專業(yè)的核心課程。2017年至今，筆者已給測繪工程專業(yè)講授了5輪該課程?！兜乩硇畔⑾到y(tǒng)原理與應(yīng)用》課程具有知識面廣（涉及計算機科學、地理科學、測繪學、空間科學、數(shù)學等多方面知識）、知識點多、應(yīng)用性強（需要掌握一款功能強大的GIS軟件，并能在實際工作中開展應(yīng)用），而課時有限（本校測繪工程專業(yè)2017級人才培養(yǎng)方案中為56學時）的特點。近年來，相關(guān)學者在相同或類似課程中已開展了一些卓有成效的改革，如馮曉英[1]、王慧君[2]、魏朝暉[3]、張策[4]等分別在混合式教學方面開展了研究工作，具有較好的借鑒性；劉迎春[5]、劉獻君[6]、于冰沁[7]、杜明義[8]等分別在個性化和分層次教學中進行了探索，為該課程改革提供了方向；王浩宇[9]、孫灝[10]、張迪[11]等分別對測量學、定量遙感、地圖學課程進行了改革，取得了較好的效果，具有一定的參考性。因此，該課程的授課方式從最初的完全課堂講授+機房上機的傳統(tǒng)授課模式（2017年），到2018年的線上線下混合式授課模式，再到融入課程思政的模式（2019年），一直處于改革創(chuàng)新的探索當中。該課程先后被認定為2019年高等學校省級精品在線開放課程，2020年度省級一流課程（線上線下混合式）。該課程的最新教學組織形式——線上學習和線下混合教學安排如圖1所示，主要分為課前、課中和課后3個部分，課前通過發(fā)放問卷進行精準學情分析；課中采用混合式教學和分層次教學的模式開展授課；課后通過多樣化的評價體系，對學生的學習效果進行全方位評價，并接收學生的意見反饋，改進后面的教學工作。

圖1 課程教學組織形式

目前公開發(fā)表的針對該課程教學改革的文獻不多，如趙玲[12]、卿鳳[13]等在宏觀層面開展了課程改革研究；王琤[14]、王增武[15]等在翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC建設(shè)方面進行了探索；筆者在前期進行了基于在線課程的混合式教學研究，取得了一些成果[16]；但課程中同時開展混合式教學和分層次教學的研究非常少。因此，從2020年秋季開始，筆者在課程中開始進行全域精準教學模式的實踐探索。本文提出的全域精準教學模式是指在《地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程教學的全周期內(nèi)（課前、課中、課后），通過分層次分難度教學的方式，達到精準教學目的的一種教學模式。該模式破解了以下困局：①應(yīng)用型工科院校的學生，不同于研究型綜合類大學的學生各種前置課程基礎(chǔ)普遍較好，若知識點講授面面俱到，學生很難全部掌握好，但要有所取舍，即略講甚至不講一些容易的其他課程重復(fù)的知識點，重點講授難點，這個度把握不準確；②學生的學習水平和能力不同，總會有部分學習好的學生反映講授內(nèi)容簡單了，上機練習容易了，而一部分學習相對落后的學生，仍覺得有點吃力，另外如何激發(fā)多數(shù)處于中游的學生的學習熱情，讓他們有更高的目標；③課程需要學生實現(xiàn)從基本原理到實踐應(yīng)用的跨越，依靠課上有限的上機練習（共12學時），學生GIS軟件的操作水平很難與實際項目和工作要求接軌，也不易充分培養(yǎng)對GIS有興趣的學生。

本文主要介紹了筆者在2020—2021學年第1學期首次開展全域精準教學模式的具體實踐過程、思路和體會。針對應(yīng)用型工科院校的定位和測繪工程專業(yè)的培養(yǎng)目標，探討了如何通過精準教學實現(xiàn)更好的教學效果。

1 精準學前學情分析

1.1 授課對象

測繪工程專業(yè)2018級大三上學期學生的總?cè)藬?shù)為82人，其中男生46人、女生36人。在課程正式開始前，通過問卷星平臺，向?qū)W生發(fā)放調(diào)查問卷，最終參與問卷調(diào)查的學生為71人。

1.2 問卷反饋情況

調(diào)查問卷共7題。第1題為對大學前兩年學的《測繪學概論》《地球科學概論》《地圖制圖學》和《數(shù)字測圖原理與方法》課程的總體掌握情況進行自我評估?；卮鹎闆r如圖2所示。該題著重調(diào)查授課對象的知識儲備和基礎(chǔ)，問題中所提及的課程均為這些學生已上課程和本課程的前置課程，課程中講授的內(nèi)容與本課程存在部分重疊，若學生整體掌握情況較好，則可在上課時精簡相關(guān)內(nèi)容，達到避免重復(fù)、節(jié)約課時的目的。該題的設(shè)置仍過于綜合，可在下一輪授課的問卷調(diào)查中，將其拆開為若干個題目，精準調(diào)查學生對每門相關(guān)前置課程的掌握情況，以便更有針對性地安排授課內(nèi)容。

圖2 前置課程掌握情況

第2～4題分別為你心目中，什么樣的課程最能吸引你？你接觸過混合式（線上課程+線下課程結(jié)合，或者是傳統(tǒng)課堂+翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合）課程嗎？你接觸過闖關(guān)式教學嗎？這3題均圍繞教學模式或方式提問，旨在摸底學生對于即將到來的混合式教學的接受程度。第2題的回答情況如圖3所示。調(diào)查結(jié)果表明，有1/3的學生希望課程簡單易通過，從學生的角度看可以理解，但這正是目前國家一流課程建設(shè)中所指出的“反面教材”，即“水課”，教師們應(yīng)避免自己的課程成為學生眼中易通過的“水課”；約有77%的學生上過兩門及以上的混合式課程，說明學生們已接觸過這種模式；有91%的學生沒有上過闖關(guān)式課程，闖關(guān)式教學需要預(yù)先安排好各合理關(guān)卡，需要大量的前期工作，且大多數(shù)學生未接觸過該教學模式，因此在本課程中尚未實施闖關(guān)式教學。

圖3 學生眼中吸引人的課程

第5題為你最想通過《地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程學到什么？回答情況如圖4所示，可以看出，近70%的學生想學GIS原理和軟件操作，作為本科院校學生，不僅要掌握軟件操作，還要懂得背后的原理，這樣才能適應(yīng)將來繼續(xù)升造的需要以及在就業(yè)崗位上有更好的發(fā)展。

圖4 學生希望學到的東西

第6題為你最希望《地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程的總成績評價方式是什么？回答情況如圖5所示，可以看出，大多數(shù)學生希望課程總成績評價方式多樣化，這正好與當下大學教育大環(huán)境對課程考核方式提出的要求契合。采用多元化考核方式，可以充分調(diào)動學生平時學習的積極性，提高學習效果。

圖5 學生希望的課程總評方式

第7題為你對即將開始上的《地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程期待嗎？這道題主要調(diào)查學生整體對本課程的興趣，超過81%的學生表示期待，說明學生整體還是對本課程比較感興趣的。以學生興趣為基礎(chǔ)，加上教師對課程教學的精心準備，才有可能實現(xiàn)較好的教學效果。

2 分層次分難度教學

2.1 總體情況

本學期首次實施分層次分難度教學，即因材施教，是全域精準教學模式實施中的一種必要手段。

將該課程分成青銅難度（低難度）、鉑金難度（中難度）和王者難度（高難度）3個難度等級?？偝煽?（5%課堂考勤+15%上機+10%小組主題匯報或報告+30%在線學習）×K+40%期末考試。選青銅難度時，K=0.8；選鉑金難度時，K=0.9；選王者難度時，K=1。因此，3個難度的總成績分別為88分、94分和100分。3個難度的主要區(qū)別如表1所示。

表1分層次分難度教學難度區(qū)別

2.2 不同難度區(qū)別

本文重點闡述中階和高階區(qū)別。該課程包括3個主題的上機任務(wù)，共12學時，其中第3個主題的上機任務(wù)針對不同難度的學生分配不同的任務(wù)，選擇青銅難度和鉑金難度的學生，需在課程上機的規(guī)定時間內(nèi)完成教師布置的一幅專題圖的制作，并撰寫實驗報告，教師提供上機實驗指導(dǎo)書，上面有詳細的制圖過程；而選擇王者難度的學生，會在其他兩個難度學生接到上機任務(wù)的前一周接到一個開放性上機實驗任務(wù)，完成一幅自定主題的專題地圖，即設(shè)計并制作一幅有特色的專題地圖，同時完成一個上機報告，詳細介紹該圖的制作過程，包括選題原因、素材搜集、制作方法等，盡可能詳細反映制作特色專題圖全過程。通過開放式的上機任務(wù)，可以鍛煉學生的創(chuàng)新能力和動手能力，讓學習能力較好的學生得到更大的鍛煉；同時相關(guān)專題圖成果，經(jīng)過進一步完善后，可參加每年3—4月的SuperMap杯高校GIS大賽的制圖組比賽，可謂一舉多得。另外，可從選擇王者難度的學生中選拔一些學生參加SuperMap杯高校GIS大賽的其他賽道（如分析組和開發(fā)組）和校級、國家級大學生創(chuàng)新訓練計劃項目。

本課程第10章“GIS在行業(yè)和領(lǐng)域中的應(yīng)用”授課采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，以組為單位上臺匯報，每組約5人，讓學生們講述GIS在行業(yè)和領(lǐng)域中的應(yīng)用，每組學生講清楚GIS在一個領(lǐng)域中的應(yīng)用，匯報時長8 min，教師提問2 min。通過分組完成匯報的形式，培養(yǎng)學生團隊合作意識、文獻資料搜集歸納能力、演講能力等，為將來學生的畢業(yè)論文答辯以及工作中向領(lǐng)導(dǎo)、客戶匯報積累經(jīng)驗，鍛煉膽量。選擇青銅難度的同學，不用組隊上臺匯報，以上交一個5 000字以上的講述GIS在某個行業(yè)和領(lǐng)域中的應(yīng)用的報告代替。

3 學習效果調(diào)查與分析

整個學期課程結(jié)束后，對學生的學習效果進行調(diào)查與分析，以此作為進一步改進課程授課內(nèi)容或方式的依據(jù)，與前述各環(huán)節(jié)一起形成教學閉環(huán)，是全域精準教學模式下，最后一環(huán)和相當重要的一環(huán)。

2020—2021學年第一學期期末考試后，向授課對象測繪工程2018級學生發(fā)放紙質(zhì)問卷進行課程學習效果調(diào)查與分析，共77人參與了問卷調(diào)查。

第1題為對最新“線上+線下+課程思政+分難度”混合式教學模式的滿意程度打分，平均分為4.29分（5分滿分），表明學生普遍評價較好，接納程度較高，但還有提升空間；第2～4題則對課程掌握程度進行了調(diào)查，結(jié)果如表2所示。

表2課程掌握程度情況

如果按照5分制進行換算，掌握程度80%～100%相當于5分，依此類推，掌握程度0%～20%相當于1分，那么學生對課程的整體掌握程度平均為3.935分，對理論知識的掌握程度平均為3.857分，對軟件操作的掌握程度平均為4.234分。學生對課程的整體掌握程度平均約為80%，即每位學生平均約掌握了整個課程知識內(nèi)容的80%，學習效果尚可。軟件操作的掌握程度優(yōu)于理論知識，這一點在預(yù)料之中，理論知識的學習確實比軟件操作難，但這又是本科生與?？粕膮^(qū)別之處，重軟件操作、輕理論知識的學習是?？茖W生的特點。

那么，究竟哪些具體章節(jié)內(nèi)容的掌握影響了學生整體知識的掌握程度呢？筆者在問卷調(diào)查的第5題，通過填空題的形式向?qū)W生詢問了本課程第1～9章內(nèi)容的掌握程度。學生按照調(diào)查題目的要求，對每一章內(nèi)容的掌握程度進行了打分，分數(shù)范圍為0～5分，需要精確到小數(shù)點后一位。學生對各章節(jié)的掌握情況如圖6所示。

圖6 各章節(jié)掌握情況匯總

從學生的掌握情況來看，各章節(jié)掌握程度從第1章開始（為全課程最高點）依次下降，到第4章達到低點，然后逐漸上升到第8章，最后第9章陡然下降，達到全課程掌握程度的最低點。其原因在于，本校測繪工程專業(yè)大三學生編程基礎(chǔ)普遍較差，且由于課時有限，第9章只安排了一次課，共2學時，在短時間講透地理信息系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)難度很大。針對該情況，筆者認為在新一輪課程的授課中，可將這章內(nèi)容去掉不講，與其蜻蜓點水地講一些皮毛，還不如把2學時放到其他更重要的內(nèi)容上去；且測繪工程專業(yè)學生在大三下學期有一門《地理信息系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)》GIS方向課，學生可通過這門課掌握一定的GIS開發(fā)技能和知識。學生對第4章的掌握程度略優(yōu)于第9章。其原因在于，空間數(shù)據(jù)庫的授課內(nèi)容比較抽象，且偏重于計算機底層，而測繪工程學生的人才培養(yǎng)方案中又缺乏相關(guān)前置課程；講授過程中也缺少一些實際項目中應(yīng)用的空間數(shù)據(jù)庫實例。第1章為本課程學生掌握最好的一章，在意料之中，第1章主要介紹GIS的定義、組成、與其他相關(guān)學科的關(guān)系、與其他信息系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系、發(fā)展與趨勢、GIS常見軟件等內(nèi)容，均為比較淺顯易懂的知識，因此掌握最好。第2章和第8章也是學生掌握較好的內(nèi)容。其原因在于，學生在已學過的《測繪學概論》和《地圖制圖學》課程中教授過這兩章內(nèi)容，并非新知識，從一個側(cè)面反映了學生更容易掌握反復(fù)出現(xiàn)的知識內(nèi)容。

第6題為學完本課程以后，你對GIS的興趣比起沒有上本課程前，有怎樣的變化？調(diào)查結(jié)果表明，71.4%的學生通過學習本課程，提高了對GIS的興趣，這是一個很好的現(xiàn)象。俗話說“師傅領(lǐng)進門，修行在個人”，短短56學時的課程，不足以將GIS所有知識透徹全面地傳輸給學生，還要靠學生在日后的學習和工作中，自學掌握更多GIS理論知識和軟件操作。

問卷調(diào)查的最后兩題，安排了開放式的問答題，分別為請寫一下你對本課程一個學期上下來的感受，希望寫得越具體越好和請對本課程提出你的寶貴意見或建議，越具體越好。很多學生寫下了自己的真實感受，并對本課程提出了寶貴意見。在寒假前，專門召集意見比較有代表性的學生一一進行面對面的交流，為本課程后續(xù)的持續(xù)改進，指明了方向。

4 結(jié)語

通過近年來課程教學的經(jīng)驗積累，尤其是全域精準教學模式的探索實施，明確了本課程需要進一步解決的問題和改革方向。

1）線下授課知識點仍然很多，課時有限，重點不夠突出。需要借助在線教學資源，進一步凝煉線下上課的重點，必須有取舍，把難點講透。例如，可將目前第9章地理信息系統(tǒng)工程設(shè)計與開發(fā)的教學內(nèi)容刪減；縮短第2章和第8章的學時，從8學時縮短為4學時；將第7章增加2學時，因為地理空間分析是GIS最有特色的部分，也是它的特長，增加的學時可以講一些其他常用的空間分析方法。

2）本學期首次實施的分層次分難度教學，區(qū)分不夠大，形似神不似。需要擴充在線課程題目和上機實驗課任務(wù)數(shù)量，并設(shè)立上機考核環(huán)節(jié)，以滿足不同難度教學的要求。將前述精減的理論課4學時全部變?yōu)樯蠙C實驗學時，用以進行上機考核。根據(jù)全域精準教學的理念，采用分層次考核的手段，選擇不同難度的學生的考核題目難度不同，這樣可以有效避免傳統(tǒng)GIS課上機實驗，有實驗指導(dǎo)書幫助，鍛煉價值不夠大的弊端。

3）課程學情分析仍停留在人工判斷階段（通過問卷調(diào)查，結(jié)果進行人工分析），缺少先進手段支撐。后續(xù)將開展人工智能在教學中的應(yīng)用研究，可研發(fā)一個在線實時學情分析和學業(yè)預(yù)警平臺，實現(xiàn)以下功能：通過與平臺的交互，輔助學生選擇課程難度；平臺定期分析學生表現(xiàn)，自動給予后進學生提醒；結(jié)課后接收學生反饋，通過預(yù)先設(shè)置的教學效果分析模型進行自動分析，得出合理結(jié)論，輔助教師改進教學。