国际联合虚拟教研室的组织模式与实践探索——以Web GIS 教研为例∗

秦耀辰 付品德 闫卫阳 夏浩铭

（河南大学 地理与环境学院／环境与规划国家级实验教学示范中心，河南 开封 475004）

一、国际联合虚拟教研室的创设背景

我国现代大学的基层教学组织形式，深受欧美的权威型讲座制、社团式学系制和苏联的参与式教研室制三大典型基层组织模式影响［1］，经过百余年的历史演进，从引进、改造、虚化，正在走向重构［2－4］。近20 年来，我国高等教育的快速扩张与提质升级，使中国大学基层教学组织模式和运行机制逐渐展现出中国特色。针对基层教学组织在人才培养过程中教学组织功能发挥与缺失问题［5－6］，需要创新基层教学组织的逻辑架构和运作模式。

2020 年突发的全球新冠肺炎疫情，社会交往空间约束在网络信息技术的作用下，使大学的教学方式、教研形式和基层教研组织模式面临重大转变［7］。为了推动高校人才培养组织模式创新变革，教育部高教司已将“探索推进虚拟教研室项目建设”列入2021 年工作要点［8］。国际联合虚拟教研室成为大学基础教研组织模式探索的一个新方向。这一新探索在现实社会空间约束和网络技术支撑条件下，对于促进学科资源转化为课程资源，教师学术能力转换为教学能力，激发专业课程教学活力，提升学生综合实践与创新能力，具有重大意义。

河南大学与美国环境系统研究所（Esri）、中国科学院地理科学与资源研究所等机构联合，围绕Web GIS 教学研究，将教研组织模式创新、立体化教材研发、教学资源集成、线上与线下课程建设及服务模式研究紧密结合，走出了一条地理信息技术课程的教研创新之路。总结Web GIS 国际联合虚拟教研室创设之路，旨在探索国际化的虚拟教学研究组织创新模式。

二、国际联合虚拟教研室的核心要义和组织模式

跨学科、跨学校、跨平台的国际联合虚拟教研室是国际性教学研究工作者聚焦大学专业课程教学中的学术问题，充分利用网络信息技术和虚拟教学平台，开展人才培养创新的学术共同体。国际联合虚拟教研室的实质在于压缩空间、优化时间，利用网络信息技术，超越时空限制，最大限度地利用一流教学资源，成倍提升教学研究效率，创造人才培养效益。

“国际联合”体现在更广泛的地域空间内、更广泛的专业课程领域的专家参与，发挥集体智慧优势。这就需要有效的组织管理模式，确保互联互通、协作共享、高效运行。“虚拟”体现在教师团队成员之间、教师与学生之间主要依靠网络联系、交流和互动。虚拟空间包括两种：一是基于网络信息技术，利用微信、微博、腾讯通讯、公众号、慕课堂等平台，开展教学研究和课程建设。二是基于数据共享平台，根据权限设置，教师可以上传教学资源，学生可以下载使用。另外，作为国际虚拟教研室的主导单位，还需要有与合作单位联系的实体空间和相应的配套设施，而智慧教室就是一种现代化的实体形式。虚拟空间、实体空间和共享空间的网络化信息平台成为支撑国际联合虚拟教研室运行的关键技术手段。“教研”是国际联合虚拟教研室建设和运行的主题，主要包括两大基本任务：一是立体化、多语种教材研发，包括教材内容设计、中外文教材编著和定期更新，教材推广，教材成果总结等。二是精品课程建设，包括课程内容设计、教学教法研究、课程培训、精品在线课程建设、课程评价、学生创新实践等。

国际联合虚拟教研室通过虚实结合、高效运行，其直接效果就是能够整合集成国际优质教学资源，高效率地转化为教学实践。包括中外文教学资源的整合，技术创新成果的引入和推广，实验数据库、实验项目库、课程思政项目库和试题库的建设，软件技术工具的集成，教学研究的合作和成果应用等。其最终目标在于，依托优质教学资源，培养具有国际视野、理论基础扎实、专业技能突出、具有家国情怀的一流创新人才。这也正是建设国际联合虚拟教研室的本质要义所在。

上述分析表明，国际联合虚拟教研室具有三大属性：基础性、开放性和学术性。基础性决定其聚焦大学教学中的最基础单元——课程；开放性要求其面向国际、跨行业汇聚课程优质教学资源；学术性则是课程教学研究特点决定的。第一属性与传统教研室并无差别，第二属性则完全区别于传统教研室，第三属性等同于但更强于传统教研室。由三大属性决定了其相应的三大主要任务：建设、改革和创新。建设内容包括教材、课程、团队、实验条件和实践平台建设；改革则主要针对课程教学质量中的问题、约束和机制来展开；创新包括教材内容科学创新、实习实验应用技术创新、大学生技能竞赛创新等。三大属性与三大任务对应衔接，构成了基础教学建设、开放机制改革和教研学术创新的国际联合虚拟教研室三大宗旨。

根据国际联合虚拟教研室的本质要义和属性特征，其建构需要以国际化、跨行业专业课程团队为核心，精品课程和立体化多语种教材为抓手，数据共享中心、智慧教室和虚拟教研网络为技术平台，跨界优质资源整合和一流创新人才培养为目标，实现互联互通、协作共享、高效运行的教学研究组织和运行机制。核心、抓手、平台、目标、运行，是国际联合虚拟教研室组成的5 项基本要素，前4 个有机关联和相互作用展示了其“组织模式”，在此基础上后2 个要素的实现过程则完整体现出其“运行机制”（见图1）。

图1 国际联合虚拟教研室的组织模式与运行机制

三、Web GIS 国际联合虚拟教研室的建设历程和构建模式

Web GIS 国际联合虚拟教研室经历了一个长期的历史积淀和建设过程。1983 年河南大学成立地理数据处理教研组，秦耀辰在地理专业开设计算机算法语言课程；1985 年成立地理数据处理实验室；1990 年中科院地理资源所孙九林研究员受聘河南大学兼职，与秦耀辰合作开设国内首个“国土资源信息系统”课程；1998 年与澳大利亚联合成立中澳地理信息分析与应用研究中心，以此为基础创办GIS 本科专业方向；2003 年孙九林院士牵头主持创建国家地球系统科学数据共享中心，在河南大学设备份中心；2008 年与美国环境系统研究所（Esri）联合成立中美ArcGIS 教学与应用研究中心，自2010 年开始，联合申报教育部“万维网GIS”国家双语教学示范课程，由此教研团队开始了实质性的国际联合教学实践探索，2013 年纳入环境与规划国家级实验教学示范中心管理。2018 年河南大学与Esri 合作开发《Web GIS 原理与技术》中文教材，并召开全国40 多所高校和科研机构参加的教材与课程研讨会。在前期建设基础上，依据教育部关于新形势下建设新型教学组织的要求，2020 年河南大学率先筹建Web GIS 国际联合实验室并在新冠肺炎疫情爆发后试运行，2021 年正式运行，并被河南省教育厅认定为首批省级虚拟教研室建设试点。

Web GIS 国际联合虚拟教研室地域跨度大，参与人员多，要素关联复杂，为了确保组织有力、联系通畅、运行高效，从成员组织与分工、硬件支撑与建设、网络联通与交流等方面进行了全面整合和构建。

1. 成员构成

以河南大学为牵头单位，依托全国高校首批黄大年式地理学教师核心团队，联合美国Esri、澳大利亚墨尔本皇家理工大学（RMIT）、中国科学院地理科学与资源研究所及国家地球系统科学数据共享平台等国内外重要相关机构和平台，组建Web GIS 国际联合虚拟教研室，合作创建、开放运行、共建共享。由河南大学提供建设与运行基本条件并直接领导。教研室按照五级架构组织：一是管理人员：由河南大学和美国环境系统研究所权威专家共同组成，负责把握专业课程学术方向，教研任务的安排、落实，重大事项决策。负责日常运行，并对教研室建设提供技术支持。二是核心成员：由《Web GIS 原理与技术》中英文教材作者、精品在线开放课程主讲教师、实习指导教师、教改项目参与人员组成。三是固定成员：由使用《Web GIS 原理与技术》教材的相关高校课程教师组成。四是合作成员：由开设Web GIS 课程的相关高校教师组成。五是学术顾问：聘请合作机构的地理信息科学领域的专家、院士，对学科发展方向、教育教学等重大问题开展咨询和指导。

2. 硬件支撑

虚拟教研室涉及多地域、多机构和多行业的教研人员，需要有相对固定的空间场所和基础设施作为交互联络中心。包括两部分：一是教学研究中心，内设电子大屏、全向麦克风、广角摄像头、计算机网络等。核心成员可以按照传统方式集中研讨，也可以通过网络全体成员进行交流，举行视频会议。二是智慧教室，配置网络教学软件、视频录制软件、Web GIS 软硬件，移动GIS 所需要的平板、智能手机，虚拟现实头盔等，用于教学改革试验，录制精品课程等。

3. 网络连通

虚拟教研室成员之间互联、互通、协作、共享，是教研室运行的主要形式。包括：（1）以物理空间为基础，信息网络为通道，线上线下结合，针对某一重大研究专题，采用大中型视频会议形式。如：Web GIS 教材修订、Web GIS 课程培训、专题报告等。（2）基于通讯软件（QQ、微信、钉钉等），建立教学研究群，针对教学中某一特定问题或者活动信息，随时随地随机发布，展开讨论和解答。如：教材中疑难点的解答，课程实习操作步骤的解释以及单人提出问题的讨论。（3）依托在线开放课程平台，共同完成视频、课件、作业、测试题目的设计和上传；在讨论板块提出讨论主题，共同探讨；对学生提出的问题共同解答。（4）建立在线公众信息平台（如微信公众号、Web GIS 国际联合虚拟教研室网站），对重要的教学研究成果予以发布，以更快的时间、更短的周期展示研究进展，更加高效地推动Web GIS 技术发展和教学改革。

虚拟教研环境与虚拟教研网络结合，其上运行的是实体教研内容。虚拟教研网络上的“结点”是众多的教师和学生，结点有等级，教师的等级要高于学生，结点联网的类型、方式和强度多种多样，组织运行中还要考虑结网的这些方面。为推进产学研结合，“结点”还要考虑引入高新技术企业教师类型。

四、Web GIS 国际联合虚拟教研室催生中英俄多语种教材

随着互联网与大数据信息技术的发展，Web GIS 技术与应用日新月异，教材难以及时跟上。内容变化快，理论总结滞后；涉及面广，凝练和概括困难；技术性强，不易理解。针对以上问题，国际联合虚拟教研室基于美国环境系统研究所软件技术平台和中国国家地球系统科学数据共享服务平台，自2010 年开始相继推出Web GIS：Principles and Applications（英文版2010，俄文版2011），《Web GIS 原理与应用》（2012），Getting to Know Web GIS（2015，2016，2018，2020），《Web GIS 原理与技术》（2018，2022）共9 个版次的Web GIS 系列教材［9－15］，并建立起了中外文教材交替更新机制，成为国际上地学类教材更新速度最快的教材之一。教材更新速度的加快，有效地保障了教学对新技术教材的现势性要求，并形成鲜明特色：

一是科学设计，思想性强。追踪国际前沿技术，把最新信息技术融入Web GIS，体现科学性、综合性、系统性、先进性思想；设计生动实习案例，激发学生兴趣；实习步骤详细，容易上手；针对可能的疑问，给出问题解答，体现以人为本的思想。在实习教程、课后练习部分，设计并引导学生将地理国情、突发事件等与Web GIS 在线分析、可视化相结合，体现思政融入教材的思想。

二是体系完整，技术前沿。教材全面系统阐述Web GIS 原理、技术和应用，包括云端和服务器端的要素服务、动态地图服务、栅格瓦块和矢量瓦块服务、地理处理服务、流服务、三维场景服务、影像服务、云计算、大数据分析和人工智能工具；浏览器端的应用模板、故事地图、Web 应用构建器、实时监测、三维场景浏览器和JavaScript 编程；移动GIS、虚拟现实、增强现实和无人机技术，涵盖了Web GIS 最新前沿技术。

三是逻辑清晰，易学易用。按照总论—分项技术—开发集成等设计，全书14 章，每章设有概念、原理和技术、实习教程、问题解答和作业练习，逻辑清晰，循序渐进；克服信息类教材枯燥乏味，不易上手的难点，实习步骤清晰，并在线提供实习数据，可操作性强。Web GIS 定制开发，快速高效，易学易用。练习部分面向实际应用和国情教育，具有启发性、创新性、挑战性，有利于科教融合，锻炼学生科研创新能力。虚拟教研室学术顾问孙九林院士在教材《序》中评价：体系完备、兼具实践性和前瞻性。

Web GIS 教材自2010 年推出后，在国内外高校产生了持续、广泛的影响。英文版在哈佛大学、加州大学、纽约州立大学、约翰·霍普金斯大学等美、加、澳等国100 余所高校选用。Web GIS 国际联合虚拟教研室在2018 中文版出版后，从教材出版发行情况和实验实习网络监测显示，国内有清华大学、浙江大学、兰州大学、中国人民解放军信息工程大学等130 余所高校的地理、测绘和网络工程专业的师生使用了该教材。

五、Web GIS 国际联合虚拟教研室推动精品课程建设

跨机构国际联合教研活动的第一个成果是以2010 版英文教材为内容创建“万维网GIS”国家双语教学示范课程（2010）［9］，在此基础上又创建“Web GIS 原理与应用” 精品在线开放课程（2018），并在中国大学MOOC 上线（2019），支撑国家一流本科专业点建设（2019）。疫情期间在线课程被中国地理学会和教育部地理学教学指导委员会联合推荐为抗疫在线精品开放课程，英文课程在北美高校抗疫线上课程服务中也发挥积极作用。课程获河南大学“抗疫”课程思政一等奖、非标准答案及案例一等奖；学生实践获全国大学生GIS 应用技能大赛一等奖等。

一是结合中英文版教材，创新课程内容体系。在线课程系统讲授Web GIS 原理、技术和应用，创造性地建立起了Web GIS 的技术体系和知识体系。课程知识体系包括基于公有云和私有云的Web 服务技术，例如三维地图服务、要素服务、矢量和栅格分析服务、推送服务、大数据分析和人工智能工具；浏览器端的应用模板、Web 应用构建器和定制开发；移动GIS、虚拟现实、增强现实和无人机等最新技术及应用。面向地理、测绘、环境、规划、计算机等相关专业人员提供在线服务。

二是强化国际合作，打造精品课程鲜明特色。国际联合虚拟教研促进课程形成鲜明特色：基础扎实、国际合作的线上教师团队；交互提升、通用性强的多语种课程教材；思想性强、注重育人的教学设计；体系创新、技术前沿的课程教学体系；注重实践、培育创新的教学实践平台。

三是依托先进技术平台，整合优质教学资源。国际联合虚拟教研组织，集成国际一流的丰富教学资源，为线上教学操作和实验实习提供强有力的支撑。依托联合教研单位美国环境系统研究所国际一流的ArcGIS 软件技术平台和中国地球系统科学数据一流的国家资源共享平台，将数据—软件—教材有效集成，支撑在线资源精品实践教学，为国内外高校在校师生和社会学习者提供丰富、系统、实用的线上教学资源与实践平台。

国际联合虚拟教研室注重发挥团队优势，开展教学研究，产生良好效果和影响。2018 年举办全国“Web GIS 原理与技术”课程培训班，清华大学、中国科学院大学等高校和科研机构100 余人参加，建立了与国际联合虚拟教研组织呼应的“全国Web GIS 教学与应用研讨群”，推动了Web GIS 在中国高校的发展。自2019 年在中国大学MOOC 上线后，目前已开设6 期。河南大学地理和网络工程类专业课线上线下选修。结合现实问题，教师指导，学生参与，开展知识学习、技能掌握与思政教学结合的教学实践创新，开发了新冠肺炎疫情实时分布面板、基于ArcGIS Online 云GIS的长征故事地图等实践项目。截止2020 年底，使用慕课和SPOC 的其他高校有中国地质大学（武汉）、西北农林科技大学、福建师范大学、兰州交通大学、南京邮电大学等56 所，累计选课人数达1.6 万人次。通过网络向美国哈佛大学、加州大学讲授英文版课程，广受欢迎和好评。

“Web GIS 原理与应用”精品在线开放课程主要依据中文版教材授课，在美国等英语国家依据英文版教材授课。根据Web GIS 学习者使用相关移动GIS 实习数据的情况，通过手机所在地理位置识别，动态实时查看到该在线课程及多语种教材的使用分布情况（https：／／learngis.maps.arcgis.com／home／webmap／viewer.html？ webmap＝272acf82a8a24be0b0453322130409b7），因为这里仅观测了使用课程和教材其中一章的使用情况，实际使用量会更多。可以看到，课程及教材的学习者遍布全球，在中、美两国密集分布。

新时期中国大学人才培养质量提升，需要加强基础教学组织建设与改革，重构基层教研组织模式。国际联合虚拟教研室是借助现代网络信息技术和虚拟教研平台，整合实体空间、虚拟空间与资源共享空间，聚焦大学专业课程建设，跨机构汇聚国际一流教学资源，高效率地开展教学研究的大学新型基层教研组织模式。这一组织模式具有显著的基础性、开放性、学术性和网络化特征。模式的实质在于利用信息技术，压缩空间、优化时间、整合资源，提升人才培养的效率、效益和质量。

Web GIS 国际联合虚拟教研室的创新探索，推动了Web GIS 一流教学团队整合、一流专业课程创建、国际化特色教材培育、精品资源共享课程和双语教学示范课程建设，实现了国际一流教学资源要素的汇聚、互联、共享和协作的教研组织运行机制。实践表明，国际联合虚拟教研室成为新时期我国重构大学基层教研组织模式的新方向。