大地控制测量的混合式教学设计与实践

田桂娥， 黄声享， 杨久东， 汪金花

(1. 华北理工大学 矿业工程学院， 河北 唐山 063210; 2. 武汉大学 测绘学院， 武汉 430079)

0 引 言

教育部发布的《教育信息化十年发展规划(2011-2020)》,意味着高等学校教学要与时俱进，将先进的信息技术与大学课堂深度融合[1-2]。近5年来,随着信息技术和计算机的发展，MOOC、微课等大型网络课程相继出现，给传统课堂带来重大变革，从时间、空间、教学形式、教学手段、教学理念的全面变革，给学习者提供了更多获取知识的渠道，但MOOC和微课更多强调单向知识的传输，学习体验效果不理想，学习动力激发不足等。SPOC和FCM的出现进一步推动了全国高校建设网络课程的热潮[3-5]。我校自2013年引入清华大学研制的清华教育在线网络教学平台，2016年初在全校开展了混合式教学课程试点工作，借此我校全面拉开混合式教学的帷幕，大地控制测量是这18门试点课程之一。

大地控制测量课程是面对测绘工程专业开设的一门专业核心课程，该课程涉及先修课程线性代数、测量学、测量平差基础、数字化测图原理与应用等课程的基础知识，且课程内容多、理论抽象、公式多、计算量大，学生学起来积极性不高、学不懂，老师教起来费劲，课时不够用。为了在有限的时间内，学有所成，极大地激发学生的学习兴趣，充分体现学生学习的主体作用，更好地发挥教师的指导和引领作用，达到最佳的学习效果，本研究从大地控制测量课程的教学目标出发，重新构建了有效的知识体系，设计了大地控制测量混合式教学的实施步骤，多元化的教学评价系统保障混合式教学的实施效果，最后通过问卷调查有效反馈混合式教学效果并在此基础上提出改进措施，为后续教学提供参考。

1 大地控制测量课程混合式教学的设计理念

混合式教学是指在适当的时间、适当的地点，通过适当的媒体技术，提供与适当的学习环境相吻合的资源的活动，从而取得最优教学效果的一种教学方式[6-9]。混合式教学更多强调学习者的主体作用，而教师作为组织者、引导者、解惑者。教师有效的引导和组织是混合式教学取得良好效果的关键。与传统课堂相比，混合式教学过程更加灵活，教学设计和组织方式更能立足课程实际，更能适合学习者个性化的需求[10-11]。大地控制测量混合式教学本着如下混合式教学理念进行了详细的教学设计，为混合式教学的开展奠定基础。

(1) 以构建完整、有效的知识体系为基础。任何能力的提升都是以扎实的知识为基础的，为了做到知识结构清晰连贯、层次分明、资源丰富、深入浅出，能够满足不同层次学生的个性化需求，构建了“两模块、三层次”的知识结构[12-13]。

根据大地控制测量课程的特点和前后知识的衔接性，大地控制测量课程内容可分为精密测量和椭球内业计算两大模块。① 精密测量模块包含大地控制网的布设、精密距离测量、精密角度测量、精密高程测量4个专题。精密测量主要是通过外业手段，采用精密测量的方法获取测量数据。精密测量模块内容与外业实践紧密结合，要配合大量实验和工程案例、讨论、演讲等完成，这是大地控制测量的基础。② 椭球内业计算模块主要包括地面观测值向椭球面观测值的转换计算、椭球面观测值向高斯平面的转换计算及坐标成果间的相互转换3大主题。该模块理论性较强，公式多、计算量大，需结合程序设计、大型作业、课堂讨论等教学方式完成，这是大地控制测量课程的重点，这两个模块内容之和体现了大地控制测量的工程流程。同时每一个专题内容又是一个独立知识体，每一专题又可分为多个独立的教学单元。本着以学生自主学习、教师引导为出发点的原则，每一教学单元课程资源又分为指导性资源、内容性资源、生成性资源3个层次。指导性资源帮助学生熟悉课程定位和课程目标；内容性资源是课程内容和知识的载体，包含课件、讲稿、微视频等具体的知识，是连接指导性资源和生成性资源的纽带；生成性资源是在教学过程中动态生成的，是学生反思、自主学习、小组合作、动手实践产生的成果，是最能见证混合式教学效果的窗口。教师通过课前布置任务、单元导学案等方式引导学生自主构建知识结构体系,以教学目标为准绳, 实现学生自主、有序学习的目标。

(2) 以培养学生自主学习、创新思维、解决问题的综合能力为核心。打破传统教学中以课堂为主、教材为主、教师为主的方法。在教学过程中把学生作为真正教学主体，以学生为根本的出发点和归宿点[14]。教师在授课过程中作为一个领路人引导学生不断主动探索、研究，获取新知识。教师通过设置开放性课题，引导学生形成开放性思维，学会多角度、多方位的分析问题，寻求解决问题的最佳途径。指导学生在学习过程中善于独立思索和分析，不因循规守旧，能主动探索、积极创新[15]。大地控制测量教学的目的是培养宽口径、厚基础、强能力的创新型人才，所以在混合式教学过程中对学生基本技能、实践动手、创新意识的培养是核心，所有教学活动紧紧围绕人才培养目标而展开。在混合式教学中通过设置情境，引导学生去体会如何分析问题、解决问题，只有主动查找资料、小组合作、大家齐心协力，才能做出更好的成果，在收获胜利果实的同时，再次激发学生主动学习的意识。学习意识的改变是思想的改变，是根本上的改变，这应该是混合式教学的最重要、最根本的出发点。

(3) 建立多元化的考核体系为保障。一个良好的评价体系，是检验学习效果的保障，同时也是激励学习者进步的利器。与混合式教学模式相适应，构建多元化考核体系，包含课前、课中和课后的教学评价，包含线上、线下的教学评价，包含教师对学习者的单方评价，也要包含学习者之间的相互评价，包含学习过程的评价，也要包含总结性的教学评价。建立一套多元化、有效、全面的评价体系，既有助于教师引导、促进、诊断和调控学生的学习,又有利于教师对教学进行有效的改进与提升。大地控制测量混合式教学，严抓过程，稳保结果、评价公平、客观，保障每个学生权利和义务，引导学生养成良好的学习习惯。

2 大地控制测量课程混合式教学的设计实施过程

大地控制测量课程的开展，可使学生掌握控制网的布设、精密测量的仪器操作及内业处理的基本理论，掌握椭球内业归算、坐标转换的基本理论及内业计算，具有较强实践动手和内业数据处理的能力，能够运用所学知识进行实际工程的控制测量和内业计算，具有较强组织、合作、再学习能力，具有一定的创新思维和创造力。大地测量混合式教学从课前分析、制作单元导学案、学生在线学习、教师课堂授课、课后升华5个方面3个阶段进行混合式教学的实施，如图1所示。

图1 混合式教学的实施过程

2.1 课前分析

课前分析是开展混合式课程的前提和基础。课前分析主要包含对教学对象、教学目标、课程内容、教学环境的分析，其中主要是教学对象和课程内容的分析。大地控制测量课程开设在第5学期，本课程的学习需要应用到前期学过的高等数学、测量学、测量平差基础和数字化测图相关知识。由于所学知识时间已经较长，且高等数学和测量平差基础两门课程本身就是学生学习的难点，在课前首先通过问卷调查的形式对泰勒级数展开、水准测量的原理和过程、水准测量的误差来源、协因数、协方差的传播定律、间接平差的解算原理等掌握情况进行调查。结合调查结果和教学内容合理分配线上和线下内容。如果学生前期知识掌握较好，导线网的精度估算、精密水准测量的实验过程、坐标转换原理等可以全部移至线上学习，课堂则留出时间答疑和成果展示；如果某些前期知识掌握不好，根据知识掌握的不同程度，需进行部分内容课堂讲解。

2.2 制作单元导学案

根据大地控制测量学课程的整体结构和每章内容的特点，将大地控制测量学课程共设计9个专题，其中包含1个已学知识的补充专题。每个专题下设2～5个学习单元。根据教学大纲的要求，将每个学习单元的知识点细化并分类如理解、掌握、复述等。单元导学案例中明确指出每个知识点的掌握程度、自学流程、教学活动设计、单元考核等，具体见表1。学习者根据单元导学案学习，目标明确、清晰，步步推进。

表1 单元导学案(以“椭球面上点的位置的确定”为例)

2.3 学生在线学习

无论哪种教学模式，学生始终是学习和授课的主体。学生在单元导学案的指引下，完成在线学习任务。在线学习任务主要包含3部分：① 观看微视频、课件、讲稿等，初步掌握本章主要知识内容、重难点等，完成课前在线测试；② 查阅、搜集资料，完成课后作业和小组讨论内容；③ 整理本单元学习中遇到的难题及解决的初步措施和方法。学生通过教学平台上丰富的教学资源，选择适合自己的学习资源类型，对遇到的难题通过主动查找资料、同学交流、书上取证等多种途径解决，最后没有解决的问题和未查找到的相关问题，发布到讨论区、QQ群、微信群，甚至到课堂上交流，这样学生上课时是带着问题来听课，针对性强、学习效果佳。在线学习的另一大优点是学生可以反复进行在线学习，巩固所学知识，解答没有解决的难点、疑惑点。

2.4 教师课堂授课

本着“先学后教，以学定教”的原则，教师综合学生反馈的问题、作业正确率等, 梳理归纳出学生在课前自主学习中主要存在的问题。简单知识方面的问题可以通过小组互助解答方式完成；疑难型问题可由教师课堂集中解答；探究性问题教师可发起讨论，由小组讨论完成。根据学生课前学习和知识的掌握程度，教师在课堂上可扩充讲解科研和社会热点，使学生的基础知识得以升华。

2.5 课后升华

(1) 学生提交作业、撰写学习笔记。在完成在线学习、教师课堂授课及课堂成果展示、交流讨论后, 学习小组结合小组间提出的改进意见和教师的精讲内容，对课前学习成果进行修改、完善和提升, 并将最终的阶段性学习成果提交至网络学习平台。每个专题或者教学单元学习后，每个学生将本部分知识的重难点、知识结构、学习心得等撰写学习笔记并上传至教学平台。笔记的撰写有助于学生课上知识的回顾与总结，进一步加强知识结构的梳理，同时也可以帮助教师理解学生的学习过程和知识掌握程度。

(2) 答疑解惑，教学总结。教师综合作业、课后在线测试、报告提交等情况，通过教学平台、QQ群、微信群等反馈并解答其中错在的问题和疑惑。挑选优秀作业、汇报成果等加入优秀作业展，督促改进不完善的作业和报告。学生好的报告及成果教师应给予肯定, 促进小组间的相互学习和改进提升。教师根据课前、课中、课后学生遇到的问题及解决措施，重新审视课程的难点，调整教学方法、教学活动，为下一次混合式教学的开展做总结。

(3) 教学评价。教学模式的改变必然带来教学评价的改变，本课程构建了大地控制测量多元化混合式教学评价体系，混合式教学评价包括过程性和终结性评价两部分，其中过程性评价占总评价的60%，终结性评价占总评价的40%。过程性评价与混合式教学过程相适应，从教学平台使用、课堂表现两方面进行评价，包含课前、课中、课后的评价，包含教师和学生的共同评价。其中平台使用教学评价占总评价的30%，课堂表现教学评价占总评价的30%。教学平台使用的评价，主要包括平台使用的在线时长、登录次数、发帖次数、跟帖次数、作业分数、优秀作业次数、学习笔记及优秀笔记次数、在线测试次数及测试成绩、阅读课程资料次数、进入播课次数、学习播课视频时长等13项指标因子，在以上众多评价指标中，发帖次数、跟帖次数、作业分数、优秀作业次数、优秀笔记次数、在线测试分数6项为主要评价指标，占教学总评价的25%，其余7项指标占总评价的5%。课堂表现教学评价，主要包含课堂回答问题的准确率、出勤、小组成果汇报情况、课堂实验展示、语言表达、课件展示、课堂活跃度、课堂主动提问情况等8项指标因子，占教学总评价的30%。具体教学评价指标体系见图2，每一个指标因子有一套评价指标体系，指标体系随着混合式教学的开展不断完善。所有评价内容包含教师评价和学生评价及小组互评，如网上作业、课堂回答问题的准确率、出勤等由老师评价；小组成果展示的教学评价，是小组间互评和课后老师评定的综合结果。终结性评价一般在课程学习结束后, 利用课程考核的方式检测学生对知识的掌握程度，清晰度、准确度高，是不可缺少的一种考核方式。

图2 大地控制测量混合式教学评价体系

3 混合式教学效果及反思

学生是混合式教学的主体，混合式教学效果的好坏,只有学生自己最清楚。课程结束后，对所有学生进行了一次教学效果的问卷调查，参与调查的为2014、2015级测绘工程专业学生。调查结果显示，72%的人认为下次授课还会选混合式教学课程，86%以上的人认为混合式教学提高了自主学习能力和团队合作能力，高达92%的人认为混合式教学提高了文献搜集和资料整理的能力，近85%的人认为混合式教学极大地提高了学生的实践和分析问题解决问题的能力，具体调查结果见表2。77%的人通过混合式教学认识到能力比知识更重要，从思想上得到了根本的转变，这也正是本项目想要预期达到的结果，尽管人数比例还不高，相信随着混合式教学的持续开展，将会在思想意识、能力提高方面有一个质的突破[16]。

混合式教学模式确实对学生自主学习和能力的综合培养方面起到了极大的推动作用，但是能力的培养不是一朝一夕能完成的，需要学校的大力支持和老师不断的辛勤付出，有如下两点建议：①混合式教学模式的改变，学生和教师需要有适应期，学生从“喂”知识到“觅”知识的过程，需要教师的慢慢引导，教师要不断提升自己的专业水准和综合素质，要有足够的责任心和耐心；② 在混合式教学开展的初期阶段，每个班级每个学期同时开设混合式课程不能过多，最多不能超过2门，循序渐进，效果更佳。

表2 混合式教学效果调查汇总表

4 结 语

混合式教学打破了传统课堂的束缚，赋予了课堂以活力。大地控制测量采用混合式教学模型，构建了“两模块、三层次”的知识体系，从5个方面对混合式教学进行实施，构建了多元化评价体系。大地控制测量混合式教学，从根本上转变了学生的思想观念，提高了学生自主学习的主观能动性[17]。学生认为混合式教学培养了学生一定的团队合作、合作创新、分析问题解决问题的能力，学生的语言表达、搜集整理资料等能力有了质的飞跃。但是能力的培养不是一朝一夕能够完成的，今后要借着混合式教学的东风，不断提高学生综合能力，为社会输送有创新、会思考、有能力、会学习、掌握新技术的新一代测绘信息人。