面向未來課堂的網絡GIS本科課程改革研究

郭明強,謝　忠,吳　亮,黃　穎

(1.中國地質大學(武漢) 信息工程學院，湖北 武漢 430074;2.教育部GIS軟件及其應用工程研究中心，湖北 武漢 430074)

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面向未來課堂的網絡GIS本科課程改革研究

郭明強1,2,謝忠1,2,吳亮1,2,黃穎2

(1.中國地質大學(武漢) 信息工程學院，湖北 武漢 430074;2.教育部GIS軟件及其應用工程研究中心，湖北 武漢 430074)

摘要：隨著網絡GIS課程知識結構的不斷發展，社會人才需求呈現出多樣性，傳統的網絡GIS本科課程難以應對培養目標的動態性和學習者之間的差異性，使得網絡GIS專業本科教學面臨巨大的挑戰。分析網絡GIS課程改革的新需求，綜合考慮網絡GIS課程和學習者的特點，借鑒“未來課堂”教學理念，提出顧及學習者學習新特點的網絡GIS“未來課堂”教學設計。促使網絡GIS“未來課堂”能夠顧及全體學習者的性格特征和興趣，充分調動學習者的積極性，最終實現教與學有機統一的網絡GIS“未來課堂”。

關鍵詞：網絡GIS；未來課堂；本科；教學；教學設計

近十年來，伴隨著Internet與計算機技術的飛速發展，地理信息科學與Internet、計算機技術的結合越來越緊密，使得網絡空間信息服務[1](網絡GIS)在體系架構、關鍵技術上都發生巨大的變化，其已經被廣泛應用于氣象、公安、地災、電信、國土、數字城市建設等各個領域。越來越多的企事業單位、科研機構加入到地球空間信息科學的前沿研究領域中[2]，推動網絡GIS在國防、經濟、教育、文化等領域的長足發展。

為滿足各個領域對網絡GIS人才的需求，近幾年來，各大高校陸續開設了網絡GIS本科課程，但目前的網絡GIS本科課程教學設計難以適應網絡GIS課程和學習者的新特點，存在學生學習積極性低、課堂參與度低、學習效果不理想等問題[3-5]。筆者提出以實踐為主的網絡GIS漸進式教學模式[6]，能夠在一定程度上提高本科生的實踐能力，但是仍然沒有達到調動學習者積極性的目標，使得教與學的效果不理想。“未來課堂”是“Intel未來教育”指導下基于云計算、大數據理念，線下教師主導、家校結合、線上專家指導，采用混合學習模式，讓人心馳神往的線上與線下完美結合的課堂教學模式。其由美國加里福尼亞Sunnyvale計算器工業技術學會以及英特爾、惠普、微軟等著名公司和大學共同建設，已遍及世界上60多個國家，影響超過1 000萬名教師。至2000年起，中國已有超過190萬名中小學教師接受培訓，是中國統一開展的規模最大的國際合作教師培訓項目。其教學理念同樣可以被借鑒到網絡GIS本科教學中，但其與近幾年流行的翻轉課堂、MOOC一樣，未顧及學習者之間的差異性。用同樣的教學方法和目標去培養性格、愛好、理想、學習特點等均有所不同的所有學生，難以同時激發全體學習者的主動學習動機，使得教與學都難以達到理想的整體效果。要解決目前網絡GIS本科教學存在的學生學習積極性低、課堂參與度低、課堂教學效果不理想的難題，需要考慮學習者之間的差異性，對不同的學生進行有針對性的培養，對網絡GIS未來課堂教學進行動態調整，這是建構主義教學理論需要遵循的原則之一。未來課堂的設計理念為解決現有網絡GIS課程中存在的問題提供了一種行之有效的方案，為解決以上難題，本文分析了網絡GIS課程教學的新需求，結合Intel未來課堂[7-8]的教學理念，提出面向“未來課堂”的網絡GIS本科教學設計，以實現教與學相統一協調發展的網絡GIS“未來課堂”。

1傳統“三站式”網絡GIS課程教學

與大多數課程相似，傳統的網絡GIS教學設計采用“三站式”教學，即課堂、實踐、考查三個主要過程。在課堂教學環節主要講授網絡GIS課程的知識內容，以教師的教為主，學生在這個教學環節中沒有主動權，大多是處于被動的學習狀態，不同學習者的學習特點沒有兼顧，不能激發大多數學習者的學習興趣，課堂教學效果欠佳；在實踐環節主要是由學生完成上機內容，以學生的學為主，這個階段能夠彌補課堂教學在實踐能力培養方面的不足，但是僅僅以學習者自身的實踐能力培養為主，缺乏對學習者團隊協作能力、交流能力、表達能力等綜合素質的培養；在考查階段，一般采用報告式的考查方式，由于互聯網絡資源的全面性、易獲取性、便捷性等特點，大多數課程報告均來自互聯網資源，或進行稍許加工而成，學習者更多是為完成課程任務，沒有真正學習到網絡GIS專業課程知識，不利于構建完整的網絡GIS認知結構，使得教與學相脫節，教學效果不理想。因此，急需對現有的網絡GIS教學設計進行改革，以適應新時期學習者的學習新特點。

2網絡GIS課程改革的驅動力

2.1知識結構的復雜性

由于網絡GIS是計算機技術與GIS相結合的產物，因此網絡GIS課程涉及到GIS專業知識、計算機基礎知識、計算機網絡及互聯網軟件開發等多方面的知識。除此之外，還涉及到與實際應用相結合的OGC標準[9]、網絡GIS平臺[10]等專業知識，使得該課程的知識結構相對復雜，給教師的教和學生的學都帶來了巨大的挑戰。而現有的教學設計大多是以講授式教學為主、課程設計為輔的方式進行，學生難以在課堂上掌握各方面的知識，課程設計也大多流于形式，難以真正達到提升學習者實踐動手能力的目標。

為了解決網絡GIS專業課程知識結構復雜的問題，筆者對該課程的知識結構組成進行了研究，根據本科生課程安排，提出了適合學習者學習能力和認知結構發展的漸進式本科教學體系，使得課程的安排順序趨于合理，但其側重在課程的安排順序上，對于在具體的教學設計中如何應對各方面的專業知識的教學方面有待進一步的研究。

2.2社會需求的多樣性

隨著網絡GIS自身長足的發展和在各個領域深入應用，網絡GIS專業人才的需求量逐年增大。國土、測繪、地圖數據服務商、GIS軟件企業、GIS相關的科研機構、開設GIS專業的高校均需要網絡GIS相關的技術性和研究性人才。目前，大部分開設GIS專業的高校均建立了GIS實驗室，以促進GIS專業及教學的發展。以MapGIS為例，已與全國超過100所高校共建了GIS教學實驗室，協助各大高校開設網絡GIS課程，建立實踐所需的軟硬件環境。為培養具有理論與實踐能力的網絡GIS人才奠定了基礎設施的基礎，但是不同的單位對于專業人才需求不盡相同，這是網絡GIS教學面臨的又一難題。急需對現有的網絡GIS教學設計進行改革，以適應社會需求的多樣性。

2.3培養目標的動態性

鑒于社會需求的多樣性，使得目前高校對網絡GIS專業本科生的培養目標也在動態的變化，但總體上來說主要有三大類：第一類主要以培養具有實踐動手能力的人才為主，其側重于讓本科生學會如何應用計算機及相關軟件開發技術，使其具備從事網絡GIS軟件開發相關的工作能力，這類學校的學生培養目標主要是就業；第二類主要以培養具有從事科學研究能力人才為主，其側重于讓本科生學會如何發現、探索、研究并解決科學問題，使其能夠以網絡GIS作為一種研究手段，從事相關科學研究領域的研究工作，其培養目標主要是為研究生培養機構輸送人才；第三類則是兼顧科研與實踐能力的培養，因為在教學設計中需要同時考慮兩種不同的培養目標，而教學班級卻通常是固定的，沒有根據不同的對象采用不同的教學方法，使得教學不能與培養目標協調發展。因此，需要對目前的網絡GIS本科教學設計進行改革，以更好地適應不同的專業培養目標。

2.4學習者的差異性

隨著社會環境、教育環境和學習等環境的變化，學習者的學習特點也在同步發生變化。隨著互聯網技術的發展，越來越多的學習資源可以從網上快速獲得，相比之下，傳統的課堂教學通常遠遠落后于學習者從互聯網上獲得的知識，這給目前網絡GIS課程的教學帶來了巨大的壓力和挑戰。另外，學習者學習特點不盡相同，因為每個學生的性格、愛好、人際關系各不相同，這使得不同的學生會選擇不同的學習方式，也使得不同的學生會愛好不同的教學方法。而目前的網絡GIS教學設計沒有考慮學習者之間的差異性，采用了統一的教學手段，難以滿足不同學習者的學習特點，這一難題使得目前網絡GIS教學效果不理想，急需對網絡GIS的教學設計進行研究，讓其能夠適應不同類型的學習者的學習。

3網絡GIS未來課堂教學設計

Intel“未來課堂”新教學理念能夠很好地解決傳統網絡GIS教學設計中存在的難題，因此，本文提出面向“未來課堂”的網絡GIS教學設計，如圖1所示。

從圖1中可以看出，在網絡GIS未來課堂教學中，不僅僅局限于網絡GIS相關的專業知識，還需要融入GIS、計算機等相關專業知識，以解決網絡GIS知識結構復雜性的問題。同時還需要根據專業和學科的發展趨勢，引入學科前沿領域和專業應用領域的新知識，為學習者建構完整的認知結構奠定基礎。

圖1　網絡GIS未來課堂教學設計

教師在網絡GIS未來課堂中已不再是單純的課堂講學者，他們需要根據課程的知識結構和不同時期學習者的特點，構建由不同角色組成的學習團體，為其制定團體學習目標，讓學習者在團隊中進行協作式學習，實現多對多的團隊協作式學習。在學習過程中教師要實時給予指導，對學習過程進行監控，指導并監控學習者的學習進度，解決學習過程中存在的瓶頸問題。

學習者在團隊協作式學習中，根據自已的性格、愛好、學習興趣等選擇自己的角色，根據角色在項目協作式學習中承擔不同的學習任務。項目管理角色負責整個學習團隊項目的管理與監控，培養學習者的團隊管理能力；協調溝通角色負責對學習過程中成員之間、團隊之間、成員與教師之間的溝通與協調工作，培養其協調溝通的能力；質量監控角色培養質量管理方面的能力，方案編寫角色主要是培養學習者文檔組織、方案撰寫方面的技能；技術研發角色主要培養網絡GIS研究與軟件開發能力。

在此基礎上，可以實現根據不同學習者的學習特點按需定制學習任務，實現教與學有機統一的網絡GIS未來課堂，滿足動態變化的培養目標的需求，為社會培養不同類型的優秀人才，解決網絡GIS課程改革中目前面臨的諸多問題。

4網絡GIS未來課堂學習者學習方式改革

4.1獨立學習改為協作學習

在Intel未來課堂教學理念中，與傳統學習相比，最突出的一個特點是學習者的學習從獨立學習轉變為協作學習。學習者自由地進行組合，形成一個學習團隊，為同一個學習目標互相協作，在完成目標學習任務的合作過程中學習到各種專業的知識。這種協作式的學習方式使得學習團隊中每個學習者的角色不同，學習者根據自已的愛好、性格和興趣等選擇適合的團隊角色，這與學習項目小組中項目主管、質保、文檔、研發等不同角色的成員恰好能夠有機的統一起來，有利于兼顧不同類型的學習者的學習特點，在一定程度上解決了新時期學習者的差異性問題、培養目標的動態變化問題和社會需求的多樣性問題。另外，這種以項目為單位學習目標能夠覆蓋不同的科學和技術知識體系，解決了網絡GIS課程知識結構的復雜性問題。

4.2被動學習改為自主學習

在傳統的課堂講授知識的教學設計中，學習者處于被動的學習地位，教師掌握了學習的主動權，影響了學習者的學習積極性。而在網絡GIS“未來課堂”教學設計中，將學習的主動權還給學習者，學習者主要通過自主學習的方式去主動發現、探索、研究新知識，主動去構建課程的目標認知結構。這種主動學習過程能夠激發學習者的學習動機和學習興趣，使學習者主動參與到教與學的過程當中，與教師共同完成課程的教與學的任務，實現教與學的有機結合。

4.3灌輸式學習改為競賽式學習

與教師與學習者“一對多”的傳統學習方式相比，網絡GIS“未來課堂”轉變為以教師為指導者，學習者與學習者之間“多對多”的競賽式學習方式。這種方式與協作式學習相輔相成，協作式學習為競賽式學習建立學習目標，形成競賽團隊；競賽式學習為協作式學習建立競爭目標，提高學習者的學習動機，激發學習者的學習積極性。兩者有機結合，充分調動每個學習者的學習興趣，提高學習效率，增強網絡GIS課程的教學效果。

4.4從課內改到課外

現代科學技術的發展使學習者的學習環境和條件發生了顯著的變化。以筆者所在單位為例，10年前，大多數學生都沒有自己的筆記本電腦，而現在，幾乎人手一臺，部分學生還有Ipad等平板電腦，加之校園無線網絡的建成，學習者隨時隨地可以進行學習。在互聯網絡時代，學習者獲得知識的途徑增多、效率加快，網絡GIS“未來課堂”需要借助互聯網的優勢，將學習者的學從課內轉向課外。一方面，學習者不僅限于在課堂上獲得知識，教師需要在課堂上給予重點指導，提供配套的網絡教學資源，學習者可以根據自已的學習特點靈活地選擇學習的時間和地點，實現每個學習者學習效率的提升。另一方面，教師將網絡GIS課程知識進行擴展，將與國家、社會和經濟發展相關的前沿知識作為教學內容的組成部分，這些新穎的知識能夠更好地激發學習者的學習興趣，而且學習者能夠高效地從互聯網學習資源中學習到這類知識，以構建更加豐富全面的網絡GIS專業的認知結構。同時也有助于解決學習者的差異性和網絡GIS課程知識結構復雜性的問題。

5結束語

本文針對現有網絡GIS課程教學中存在的問題，綜合分析了網絡GIS課程改革的新需求，同時考慮課程知識結構、初會需求、培養目標和學習者的差異性，提出了面向未來課堂的網絡GIS教學的設計，將學習者的學轉變為協作學習、自主學習、競賽式學習和課外學習，充分調動學習者的學習積極性，激發學習動機。并給出面向未來課堂的網絡GIS教學設計，解決了現有網絡GIS課程教學未顧及課程知識結構復雜、社會需求多樣、培養目標動態變化和學習者的差異性問題。為開設網絡GIS專業的高校建設網絡GIS未來課堂的提供了新的思路，下一步將計劃建設與網絡GIS配套的未來課堂網絡教學平臺，以進一步推動和完善本文提出的網絡GIS未來課堂教學設計。

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[責任編輯：路曉鴿]

DOI:10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2016.10.016

收稿日期：2015-06-12；修回日期：2015-10-18

基金項目：中國博士后科學基金資助項目(2014M552115)；中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(CUGL140833)；國家十二五科技支撐計劃(2011BAH06B04)；中國地質大學(武漢)教學改革研究B類項目(2015B14)

作者簡介：郭明強(1984-)，男，講師，博士后.

中圖分類號：P208;G640

文獻標識碼：A

文章編號：1006-7949(2016)10-0076-05

Research on future teaching mode for undergraduate CyberGIS course

GUO Mingqiang1,2,XIE Zhong1,2,WU Liang1,2,HUANG Ying2

(1.SchoolofInformation&Engineering,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan430074,China;2.GISSoftwareandApplicationProjectResearchCenteroftheEducationalDepartment,Wuhan430074,China)

Abstract：With the tremendous development of GIS science and internet technologies,CyberGIS and related techniques have been applied to many field.It brings great challenges for undergraduate CyberGIS course teaching.This paper takes into consideration the study characteristics of undergraduate students and the CyberGIS course.By utilizing the future class idea,the future class design of CyberGIS course is proposed by this paper,which has considered the new study features of students.This teaching process can satisfy different characteristics and intrests of all students in order to stimulate the positivity of students and to realize the CyberGIS future class,which can make teaching and learning to be an organic unity finally.

Key words：CyberGIS；future class；undergraduate；teaching；teaching mode