翻转课堂在地理信息系统课程教学中的实践与思考

王建梅，王卫安

(同济大学测绘与地理信息学院，上海 200092)

翻转课堂在地理信息系统课程教学中的实践与思考

王建梅，王卫安

(同济大学测绘与地理信息学院，上海 200092)

针对教师主导的传统教学模式在地理信息系统课程教学中存在的不足，提出了将翻转课堂这一新的混合学习教学模式引入教学的想法。首先分析了地理信息系统课程实施翻转课堂的必要性和可行性，然后在综合考虑地理信息系统课程特点与中外教育文化差异的基础上进行了课程设计和组织实施。实践结果表明，实施翻转课堂确实能够提高学生学习主动性和教学质量，同时也对教师的专业水平和教学能力提出了更高的要求。

翻转课堂；混合学习；教育信息化；教学模式；地理信息系统

地理信息系统(geographic information system，GIS)是一门集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学和管理科学等为一体的新兴边缘学科，该学科具有以下特点：①多学科集成、渗透性强；②理论性和应用性并重；③发展速度快, 内容更新快[1]。由于该课程知识点多、技术性强，为了保证教学进度与教学质量，多年来笔者所在院校一直采用教师主讲这种知识传授效率最高的教学模式，这种模式让学生在掌握基本理论与方法、相关软件操作方面效果显著，但在培养GIS思维能力，即利用所学知识分析问题、解决问题的能力方面稍显不足[2-5]。为了贯彻学校培养卓越工程师和工程领域拔尖创新人才的要求[6-7]，通过教育信息化带动教育现代化，并借鉴前人的成功经验，尝试将翻转课堂这种新的教学模式引入地理信息系统本科教学。

1 地理信息系统课程性质与教学内容

笔者所在学校测绘工程专业本科培养方案将地理信息系统课程安排在大二年级第二学期开设，课程定位为导论性质的专业基础课，通过该课程的学习，让学生掌握GIS的基本原理、方法与应用，并能熟练操作GIS软件，为后续开设的空间数据库原理、网络地理信息系统、GIS程序设计与应用开发等课程奠定基础。

该课程的理论教学内容包括概论、空间数据的坐标系统、空间数据结构、空间数据采集与处理、空间数据质量、空间数据管理、地理信息可视化、空间分析、网络地理信息系统、地理信息工程等，实践教学内容是以ArcGIS软件为实验平台，完成地理数据库的创建、空间数据输入、空间数据编辑、空间数据拓扑检查、空间数据符号化、地理编码、矢量数据空间分析、栅格数据空间分析等。总课时为54学时，其中36学时为理论教学，在教室采用多媒体上课，18学时为实验操作，在学院机房上课。

2 目前地理信息系统课程教学中存在的问题

笔者所在学校开设地理信息系统课程已有20多年，对于教学内容一直坚持理论性、实践性与前沿性兼顾。由于内容多、课时少，为了完成教学任务，开课以来一直采用教师主讲的授课模式。这种模式虽然在知识传授效率和效果方面都很不错，但却不利于激发学生学习的主动性，除了上课时被动接受老师讲授的知识点，学生课后很少有兴趣去阅读指定教材和参考资料之外的相关资料，更不用说关注与课程有关的新技术与新应用。学生习惯于记住考试要点，却对如何利用GIS所学知识解决生活中碰到的问题考虑较少。

与理论教学相比，传统授课方式在讲授演示性实验内容时弊端更为明显，通常都是教师操作一遍，学生机械地按照老师的操作重复一遍，由于挑战性小，难以激发学生的学习热情。特别是地理信息系统课程实验内容多、课时少，很多实验内容只能以作业的方式留给学生课后完成，这样既很难考查学生的软件操作能力，也无法避免实验报告抄袭的现象。

正是因为目前的实验报告很难真实地反映学生的实际动手能力，因此该课程考核体系给予期末书面考试更多的权重，通常是平日成绩(含出勤率、作业和实验报告)只占总成绩的30%～40%，期末考试占60%～70%。这种考核体系在一定程度上助长了学生不重视实践，眼高手低，只会说、不会做的现象，与学校培养卓越工程师的教学理念不符。

3 地理信息系统课程实施翻转课堂的必要性与可行性

翻转课堂(flipped classroom)，是将“课上传授知识，课后内化知识”的教学过程，转变为“课前传授知识，课上内化知识”的教学过程。表面上看，翻转课堂只是教学模式的改变，教师课前提供丰富的视频资料和线上资源，让学生自主安排学习时间，课上通过面对面讨论深化学生的认知，但本质上翻转课堂是教育理念的改变，它重塑了新型的师生关系，将教师从学习的主导者变为学习的引导者，让学生由被动接受者变为主动研究者[8-9]。目前，海内外的学者普遍认为，翻转课堂是一种将传统课堂教育与在线教育结合起来的混合学习方式，更有利于引发学生学习兴趣，提高教学质量。2012年，随着大规模开放在线课程(massive open online course，MOOC)的崛起，翻转课堂便以SPOC(small private online course)的形式在高等教育中风靡[10-11]。2016年2月，美国新媒体联盟(New Media Consortium, NMC)推出的最新一期高等教育版《地平线报告》明确指出，混合式学习的设计与应用是未来高等教育发展的重要趋势之一[12]。

实施翻转课堂，首先要翻得动。无论是MOOC还是SPOC，在线课程教学都离不开网络和移动智能化终端设备。在线课程除了实现共享优质教育资源的宗旨之外，其最大的优点是学生可以利用碎片化时间，随时随地进行学习。目前同济大学已经实现了校园网络全覆盖，智能手机和电脑也已成为当代大学生的基本装备，这些硬件条件的完善使得在线学习成为可能。除此之外，学院机房安装有电子教学软件，可以实现实验资料的在线同步发放，以及实验报告的在线提交，这些都为开展翻转课堂提供了保证。

实施翻转课堂的另一个必备条件是优质的教学视频。MOOC在中国的快速发展为实施翻转课堂提供了大量的优质教学资源，特别是爱课程(www.icourses.cn)平台提供的中国大学精品开放课程，其中文授课方式更适合国内本科教学。平台上既有中山大学张新长教授主讲的“地理信息系统概论”在线课程，也有南京师范大学汤国安教授主讲的“地理信息系统”精品课程的教学录像。与教学录像相比，在线课程的视频制作更为精良，互动与反馈性也更好，但有开课时间限制，若不开课则学生难以进行在线学习，而教学录像则是常年在线，可以按照教学内容和教学进度安排学生课前学习。

此外，经过50年的发展，GIS已经渗透到人们社会生活的方方面面，正因为GIS与人们的生活密切相关，网络上有大量与GIS有关的论坛、视频与新闻，特别是以Esri公司为代表的商业软件网站，不但提供优质的软件教学视频，更提供了大量的实验数据和应用案例，这些都为实施翻转课堂提供了丰富的素材。

4 基于翻转课堂的地理信息系统课程设计与组织实施

4.1 课程设计宗旨

实施翻转课堂不能机械照搬国外成功案例，既要考虑中外教育文化的差异，也要考虑课程本身的不同。首先，从小接受中国文化和“填鸭式”教育长大的中国学生，既不喜欢发言，也不擅长讨论，如果盲目地开展课堂讨论，很容易出现冷场；然后，与SPOC成功案例“软件工程”等课程不同，地理信息系统属于专业基础课，在学习本课程之前，学生的专业基础很薄弱，即便能够展开讨论，讨论的内容也很难深入；最后，与国外学生的选课制度不同，国内大学生每个学期选修的课程比较多，这意味着国内学生自我支配的时间要少于国外学生，对地理信息系统这种导论性课程而言，若学生因各种原因没有完成课前学习，则在课堂上既无法完成作业，也无法参与讨论。无论出现以上哪种情况，久而久之，都会影响学生的学习兴趣，降低教学质量。基于以上考虑，设计地理信息系统课程改革的宗旨应是循序渐进、部分翻转。所谓部分翻转是指不完全实行课前“知识传授”，课上“知识内化”的模式，而是在理论教学课堂上仍然拿出大部分时间来进行知识传授，只是这个知识传授不再采用教师主讲的方式，而是以学生主讲为主，在讲解过程中教师针对主要知识点和难点与学生展开讨论。这种部分翻转的模式一方面能够保证学生只要来上课就能得到相关知识的系统学习，另一方面通过学生主讲，可培养学生主动学习的习惯。

4.2 课程设计方案与组织实施

教学实行小班化，以30人为上限。地理信息系统课程按照两次理论课，一次实验课，每节课2学时的方式交叉进行。实验内容与理论教学的知识点一致，这样有利于通过实验操作加深对理论知识的理解与掌握。

理论部分第一章还是教师主讲，从“空间数据的坐标系统”到“地理信息可视化”都是以介绍基本原理和方法为主，采用课前观看教学录像，课堂上学生主讲，教师和同学提问的方式考查学生学习情况，从“空间分析”开始在每节课的后15 min加入讨论环节，讨论内容可以是一个实际案例、主题演讲，也可以是作业或实验中的共性问题。组织实施方式为提前一周通过课程平台安排视频学习内容，每次指定2个同学每人主讲一节课，保证一个学期下来，每个学生都至少主讲一次，根据讲课与回答问题情况打分，到后期讨论环节则加入学生发言情况评价。

实验部分全部采用翻转课堂，软件操作利用教学视频自学，每次实验课程完成一个综合性的实验任务，学生可以利用各种资源，包括实验指导书和网上资料，但必须在规定时间内独立完成。组织实施方式为：①提前两周通过课程平台发放实验指导书和实验数据，学生根据指导书上的说明观看教学视频，利用实验数据学习软件操作；②课堂时间现场发放实验任务书和实验数据，要求学生将实验过程中的主要操作界面通过屏幕复制添加到实验报告中，在下课前提交实验报告和实验结果；③课后教师根据任务完成情况进行评价，由于实验报告中的屏幕界面包含有系统时间显示，通过对比，可有效避免实验作弊。

最后课程考核方式不再采用“以考代评”，而是从学习态度、理论知识掌握、动手能力和知识点应用4个方面进行学习全过程评价，具体所占比率为出勤率10%，课堂表现30%，实验成绩30%，期末考试30%。

5 翻转课堂实施效果与思考

实施翻转课堂的一个明显感觉是学生的学习主动性增强了。对主讲学生而言，要想讲好一堂课，还能回答教师和同学提出的问题，只靠课前认真学习教学视频是远远不够的，还必须广泛查阅相关教材与文献资料，深入思考，对所讲知识点融会贯通、理解透彻才能实现。对听课学生而言，若要在课堂上提出有质量的问题，进行有深度的讨论，只靠记住几个知识点也是不够的，也要学会思考。正是因为在学习过程中不是机械记忆，而且理解后的记忆，从而使知识内化得到升华，教学效果明显提高。

实施翻转课堂的第二个效果是学生学习兴趣提高了，分析问题、解决问题的能力提升了。将软件学习这种演示性的实验内容全部放到课前学习，节省出更多的课上时间完成与实际问题相关的综合性实验任务，这种应用案例做得越多，学生对所学知识越感兴趣，应用能力越强。学生们普遍反映GIS不再是枯燥泛味的一堆空洞概念，而是一个与人们生活紧密相关的有用工具。每一个实验任务的完成，既需要利用理论知识去分析它，也需要利用GIS软件去解决它。这种项目驱动的学习方式，在锻炼学生实际动手能力的同时，培养了学生GIS思维能力。

实施翻转课堂的第三个效果是课程及格率大大提高了。由于不再完全由期末考试确定分数，而是贯穿课程全过程的学习考核，因此学生们在平日学习过程中普遍投入了更多学习时间，有效提高了教学质量。课程考核的实践过程中发现，期末考试仍然具有不可替代的作用。主讲课程、课堂讨论和实验任务只是从单个知识点或几个相关知识点上对学生进行了考查，但学生是否对GIS有一个系统认识和整体把握还难以评价，期末考试恰好起到了这样的作用。因为有期末考试的存在，客观上督促学生在整个课程学习完成后进行一次系统深入的复习，将知识片段组合成一个整体，这个过程本身也是对知识的一次升华。

在实施翻转课堂的实践中，我们越来越深刻地认识到提高教学质量很大程度上不是取决于知识传授的形式，而是知识内化与升华。要想发挥翻转课堂的优势，就必须充分利用好面对面的课堂时间，通过精心设计讨论主题与综合应用案例，激发学生学习兴趣，通过引导讨论方向，调节讨论氛围，让学生不但愿意讲，而且讲得好。而要做到这一点，对教师的专业水平和教学能力都提出了更高的要求。

6 结 语

现代社会对人才提出了更高的要求，而大学是国家培养人才的重要基地，因此提高大学教学质量任重道远。为了培养工程领域创新型人才，将翻转课堂这一新兴教育模式引入地理信息系统课程，通过精心设计课堂内容、教学进度以及考核方式，发现这种教师引导为主的教学模式，能有效激发学生学习兴趣，提高学生学习主动性，提升利用所学知识分析问题、解决问题的能力，达到了教学改革的初衷。当然在具体实践过程中，也存在一些问题和不足，需要继续改进和完善。

[1] 贾泽露,刘耀林,刘兴全.从市场需求看我国高校GIS教学改革[J].地理空间信息,2006,4(2): 75-77.

[2] 边馥苓.我国高等GIS教育：问题、创新与发展[J].地理信息世界,2007,5(2):4-8.

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[5] 江岭,王春,刘璐,等.我国GIS专业高等教育发展现状与分析[J].测绘通报，2016(7):136-141.

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[7] 陈以一,李晔,陈明.新工业革命背景下国际工程教育改革发展动向[J].高程工程教育研究，2014(6):1-5,19.

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[12] 金慧,刘迪,高玲,等.新媒体联盟《地平线报告》(2016高等教育版)解读与启示[J].远程教育杂志,2016(2)：3-10.

Practice and Thinking of Flipped Classroom Teaching Mode in Geographic Information System Course

WANG Jianmei，WANG Weian

(College of Surveying and Geo-informatics, Tongji University, Shanghai 200092, China)

For the problems of the teacher-leading teaching model, flipped classroom, a new blended teaching model, has been introduced into geographic information system course. Firstly, the necessity and feasibility of this idea are clarified, then the course program is designed based on the characteristics of GIS course and the differences between Chinese and western education system. The practice shows that flipped classroom stimulates the students interest, and improves the teaching quality, but a higher requirement of teachers’ professional skills and teaching abilities.

flipped classroom; blended learning; education informatization; teaching model; geographic information system

王建梅，王卫安.翻转课堂在地理信息系统课程教学中的实践与思考[J].测绘通报，2017(8)：146-149.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0274.

2016-12-30；

2017-04-17

同济大学教学改革研究与建设项目

王建梅(1971—),女，博士，讲师，主要从事地理信息系统、空间数据挖掘、遥感影像分析与应用的教学与科研工作。E-mail: jianmeiw@tongji.edu.cn

G64

A

0494-0911(2017)08-0146-04