交互式可视化信息教学模式设计与实践

摘  要：基于山东省新旧动能转换的建设背景，针对本科教育的人才培养问题，分析了信息化教学探索的目标。以“遥感图像计算机解译”为例，围绕诊断预习效果、引导学习过程、拓展学生高阶能力三个交互式可视化平台框架，进行了信息化教学模式的设计与实践。结果表明，交互式可视化信息教学模式能够提高教学质量，强化学生的参与度，培养学生的自主学习能力和实践创新能力。

关键词：新旧动能转换;交互式;可视化;信息化教学

Abstract：Based on the transformation of old and new driving forces in Shandong Province，aiming at the problem of cultivating undergraduates，the purpose of information teaching exploration is analyzed. Taking “remote sensing image computer interpretation” as an example，the design and practice of information-based teaching mode are carried out around the three interactive visualization platform framework of diagnosis preview effect，guiding learning process and expanding studentshigh-level ability. The results show that the interactive visualized information teaching model can improve the teaching quality，strengthen studentsparticipation，and cultivate studentsability of independent learning and practical innovation.

Keywords：new and old kinetic energy conversion;interaction;visualization;information teaching

0  引  言

省属本科高校是促进本省区域经济发展进步的重要驱动力。在新时代的经济发展背景下，国家产业结构进行了深度调整。行业对人才结构、类型和质量的需求都发生了深刻变化，新时代对培养人提出了历史性要求。基于山东省新旧动能转换的建设背景，如何培养人、培养什么样的人是省属本科高等学校在转型背景下要关注的重要方向。山东科技大学测绘科学与工程学院的“遥感原理与方法”课程作为山东省新旧动能转换建设群的对接专业课程，教学团队以本为本，积极打造新型課程体系，构建实践性、创新性、挑战性的课程内容，积极开展“互联网+”背景下的新型信息化教学探索和实践。

1  信息化教学探索的目标

新旧动能转换背景下对“遥感原理与方法”课程信息化教学改革的探索，以金课的“两性一度”为标准，以学生为中心、以问题为导向、以老师为主导，重塑教学内容和模式，加大课程内容挑战度，构建立体化实践体系和多维度评价系统，并取得良好的教学效果。

1.1  培养学生的自主学习能力

以学生为中心，保障教学效果。完善课前自主体验学习，除了做到课前自主学习视频、自主完成练习外，更要达到自主思考、自主讨论、自主提出问题。强化学生的参与度，表扬学生、激励学生、树立学生的自信心。

1.2  着重培养学生的创新性和高阶能力

高阶能力，即知识目标、能力目标和素质目标的结合。创新多维教学模式，以增加师生交互、增加前沿性的课程内容、增加课程难度、组织讨论分析、布置专题实践等形式，培养与提升学生的创新性和高阶能力。在“遥感原理与方法”课程6.2节“遥感图像计算机解译”的内容中，不仅要让学生掌握遥感图像计算机解译的概念和原理，还要让其能够基于遥感数据的时空特点和实际生产需求，给出具体的遥感监测方案。

1.3  坚持立德树人

要培养学生要具有正确的人生观和价值观，坚持立德树人，全面提高人才培养质量。选取保障国家安全、服务人民的典型专业实践案例，充分挖掘思想政治资源，在提升学生专业能力的同时，润物无声地培养学生，使其具有强烈的社会责任感、坚韧的科学精神和浓厚的家国情怀。

2  交互式可视化教学模式设计

交互式可视化教学模式概念图如图1所示。借助云平台的数据推送、数据采集和数据分析功能，秉持“以学生为中心，以问题为导向，以教师为主导”，做到课前、课中、课后三个教学活动阶段的深度融合。开展方式上强调灵活有序，分别采取生生合作学习、师生交互学习、个人自主学习的方法，实现教学过程的有效互动和实时多维度教学评价。搭建诊断预习效果、引导学习过程、拓展高阶能力三个可视化教学环节，实现针对性、层次性、实践性的教学（师生）交互，创新课程内容和教学设计、赋能高效课堂、实践知识点理解力，从而促进学生高阶思维能力和创新能力的发展。

2.1  课前线上自主学习

教师通过云平台发布教学计划、设定教学目标、创设问题讨论情境，设计教学任务，发布教学公告。学生基于教师推送的任务单来了解学习目标，查找相应学习资料、观看教学视频、完成课前测试题、提出问题等自主学习活动。学生可以建立学习小组、搭建可视化学习微平台，独自完成习题与预习导读的任务，也可以基于提出的问题生生交互，进行讨论，分享;预习阶段的互动方式以平台设计的留言板、讨论区为主。教师实时收集学生学习效果的反馈情况，如图2所示，掌握学生个体课前对知识理解的差异，有针对性地调整课堂教学目标，重塑教学手段和组织教学形式。

2.2  课中翻转课堂

基于平台统计的课前测试题成绩分布、课前自主学习效果的问卷以及留言讨论区的留言，教师在线下课堂教学过程中合理布设教学重点、难点进行教学活动，结合教学内容组织有效的翻转课堂形式，以学生为中心，引导学生对比分析、讨论实践、合作探索、投稿大屏幕、师生互评等。

以6.2节“遥感图像计算机解译”一节的教学内容为例。首先，分析平台统计的课前学习数据，引入新课。然后，结合在线课程中的实践案例库，建立项目探究式翻转课堂，结合国家“一带一路”重大战略，布置学生分组实践“一带一路”沿线国家的土地覆盖遥感监测制图。在此教学阶段有三个要点，一是突破教学重点、难点;二是对比分析遥感图像目视解译方法和计算机解译方法的特点，分析两种专题信息提取技术的适用性;三是让学生分组合作探究实践案例的研究思路和关键问题，并投稿课堂大屏幕进行生生评价和师生评价。在翻转课堂的设计中，体现教学内容的探究性和深入性，可以保证良好的教学效果。

2.3  课后作业

对问题的进一步思考能够促进学生对所学内容的掌握和巩固，所以课后要及时发布测试题目、讨论话题和拓展大作业。学生以小组为单位完成各项类型作业并提交学习系统，教师和其他学生可及时评价，如图3所示。并且需组织学生通过总结反思、自我评价和生生评价促进其高阶思维能力的发展，有效引导学生从课内知识向课外实际应用延伸。

3  教学效果分析

3.1  课程成绩评价

科学的成绩评定体系至关重要，课程从OBE（Outcome Based Education）理念出发，构建客观有效的成绩评价和分析体系，如表1所示。将量化分析、质性分析和期末测评相结合，采用多元评价方法，多角度、全方面、实时标准化的进行学习成绩评价。在量化分析上，学习通平台实时记录着学生学习的访问量的过程数据、问答讨论区的交互数据、试题测试成绩的结果数据等，教师赋值各种数据权重以给出科学客观的量化评价值。在质性分析上，综合教师评价、生生互评和自我评价三个方面。同学在小组合作中，是亲密的合作者，随时关注着彼此，同学可根据教师给出的观察表对其他同组学生的学习意愿、学习态度、学习投入等方面作出质性评价。学生对自己在学习过程中的参与度、积極性、协作性、任务完成情况、存在的问题等有着清晰的认知，可依据教师给出的评价表作出客观的自我评价。多元评价制度保证了成绩评价的精准度。

3.2  课程教学效果分析

2019—2020学年第一学期在遥感科学与技术专业2018级的1班和2班的“遥感原理与方法”课程教学中进行了对该模式的探索和实践。同一专业两个教学班的学生在智力水平和专业基础上差异不大。1班作为实验对象采用交互式可视化的信息教学模式，2班作为对照对象采用传统的课堂教学模式。量化评价上，1班学生采用平台实际记录的成绩;由于2班学生在传统授课过程中没有线上学习成绩，在此将2班全体同学的此项分数均设为100分。质性评价中，1班和2班均采用同一标准的评价表在授课中同步记录成绩。期末测评中，两个班级采用同一份试卷，试题难易适中、区分度高。将这两个班学生的课程成绩进行统计和对比分析，如图4所示，实施交互式可视化信息教学模式的实验班级的教学效果明显好于传统模式的对照班级。实验班学生成绩的平均分为83.22分，高于对照班级的平均分72.82分。并且实验班成绩为优秀和良好等级的比例均高于对照班级，实验班成绩的不及格等级比例远远低于对照班级。

4  教学反思

4.1  注重产学研合作融入信息化教学

要强化创新意识，侧重对解决实际问题能力的培养。在与北京航天宏图、青岛中海基业、瞰景科技等单位进行产学研合作的过程中，单位的技术人员给学生进行相关知识体系的培训和对行业应用的介绍，将产学研的合作成果融合到课程建设中。将科学研究中获取的最新科研成果转化为相关的教学成果，既考虑到“遥感原理与方法”课程的基础理论与方法，又融入行业的最新发展及学科前沿。基础性和前沿性的有机结合，可以使学生对专业发展保有强烈的学习兴趣和热爱。

4.2  全面提升教师能力

在新旧动能转化建设背景下的信息化教学改革过程中，教师的作用是非常重要和关键的。教师首先要对每节课的学习目标进行明确和量化，这要求教师深刻理解课程内容以及教学目标。为了让学生在短时间内参与到课堂中并提升学习兴趣，教师需要投入大量的时间与精力，采用同教学内容相关的、贴近实际的、学生容易参与的、操作性强的以及合宜时间长度的教学形式将学生带入教学过程中。在翻转课堂的学生参与阶段，教师在课前要对所教学生进行合理化分组，根据课堂表现对所分小组进行合理化评价。教师需要对学生、教学内容、教学时间、教学方法以及课堂氛围进行全方位的把控，在课下要付出大量时间和精力进行训练和研讨。

5  结  论

本文的研究成果基于云平台的交互式可视化信息教学模式，以学生为中心，在教学过程中将以知识点为主线转变为以解决实际问题为主线，将以知识为导向转变为以问题为导向。交互式可视化的信息教学模式在保证原有传统教学的知识目标的同时，还培养了学生的能力目标和素质目标，让学生一直保有学习的兴趣，愿意主动去学习。本文也分析了为了保证更好的教学效果，教师能力和课程体系结构都应该得到进一步提升。同时信息教学模式是未来的教学常态，本文的实践探索有力地证明了新时代下的教学改革趋势的正确性。

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作者简介：战丽丽（1980—），女，汉族，山东烟台人，讲师，博士，研究方向：遥感数据的信息提取与应用。