基于螺旋式模型思想的實驗教學改革

鐘鳳媛 宋超 王澤根

摘? 要 實驗教學改革基于螺旋式模型思想，對實驗課程分階段迭代，并在這個過程中綜合運用多種現代教育技術方法，既抓住學科本質特點，又在實踐中引入深度學習模式。所設計實驗教學改革方案在“遙感圖像處理課程設計”實驗課教學中取得良好效果。

關鍵詞 螺旋式模型思想;遙感圖像處理;課程設計;實驗教學;教學改革;深度學習;對分課堂;翻轉課堂

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）01-0102-02

1 引言

近年來，高等教育本科教學改革已經步入深水區，改革的深度和寬度已經發生變化。教學質量提高是國家戰略部署的重點，《教育部關于進一步深化本科教學改革 全面提高教學質量的若干意見》指出，要高度重視實踐環節，提高學生實踐能力，推進實驗內容和實驗模式改革和創新，培養學生的實踐動手能力、分析問題和解決問題能力。

在深化教學改革過程中，教學改革從簡單改革教學方式已進入深入探討學生認知特點、學科特點和本質、教育規律等重要的系統化規律。教學質量的提高，既重視內容，也重視教學方法。本科教學方法改革既有對經典教學模式如混合式學習、探究式學習等的深入研究，也及時擁抱在數字和網絡技術推動下出現的教學模式，翻轉課堂、微課、對分課堂等具有時代特色和中國特色的方法也得到廣泛的探討和應用。基于這幾點考慮，采用基于螺旋式模型思想的改革方案，對“遙感圖像處理課程設計”實驗課教學進行改革探索。

2 改革目標的設定

作為實驗和實習的重要環節，課程設計這類課程是大學中某一課程的綜合性實踐教學環節。“遙感圖像處理課程設計”的教學改革以學生為實驗和實習教學中心，面向未來，旨在探索融合現代教育技術手段，培養學生運用專業知識分析問題、解決問題的能力。從教學方式方面講，由單向的灌輸形式向多樣的互動、交流啟發思維的方式轉變，向知識傳授與探索相結合、以提高創造性為目標的教學模式轉變。

通過教學方法深化改革，達到主要目標：在課程設計中幫助學生主動建立相關理論方法的有機知識體系;在課程設計中通過模擬工程周期模型的過程，幫助學生建立探索研究體驗和工程實踐經驗;在課程設計中把集體化教育和個別化教育有機結合起來，提高學生合作、表達能力等綜合素質。

3 基于螺旋式模型思想的改革思路

課程設計的課堂教學基于相關的先修理論和實驗課程，要求學生在已有知識和實踐認識基礎上進一步綜合應用專業知識技能，對應用問題進行分析，建立解決方案，然后使用專業工具和技術，完成問題的解決方案。知識的綜合應用是一個螺旋式上升的過程，既有對基礎知識的回顧和理解，也是更高層次的掌握和升華，建立起有機的知識系統。同時，問題解決是一種深度學習的模式。強化學生深度學習而非淺層次學習，能夠推進學生認知發展，為學生創造多樣化并且具有挑戰性的學習環境與氛圍，引導學生形成更加積極主動的學習態度。

在地理信息科學專業的課程設計中，通常運用軟件工具和方法完成專業模型的構建，其過程具有工程化的特點。螺旋模型是一種軟件工程的生命周期模型。將螺旋模型用于課程設計的教學結構組織，既能幫助學生建立工程實踐經驗，也利于教學內容分層遞進，增加學生探索研究的體驗。螺旋模型基本思想特點在于整個開發過程是迭代的，它把基本周期的多個階段轉化到多個迭代過程中。螺旋模型基本周期分為幾大階段：需求分析—總體設計—具體設計—開發實現—測試。按照這種分階段迭代的思想，將課程內容分解為相對獨立又相互聯系的幾大知識板塊，在各板塊的實踐教學中，通過迭代使得實踐方案得以改進優化。

4 改革技術路線

在“遙感圖像處理課程設計”教學改革中，根據教育規律和學生認知特點，一方面找準學科特點和本質，建立專業課程設計的教學方法體系;另一方面深度挖掘課程設計的綜合性實踐特點，實現現代教育技術手段融合。改革技術路線圖如圖1所示。

在教學內容和知識點梳理時，分成知識板塊，根據板塊內容確定板塊間的銜接方式是先后繼承關系還是并列關系，并且將前面板塊的知識點或方法在后續板塊中加以變化后再現。每個知識板塊內部均包含獨立完整的階段目標、解決方案分析、方案選擇與實施、階段評價。與以往照貓畫虎式的實驗問題解決不同，要求學生根據目標進行解決方案思考和制訂，對不同的方案進行討論和選擇，實施方案后進行總結評估。在這個過程中會出現一些問題，如對數據預處理時缺少一些信息或處理時考慮不周全，需要返工改正，這時對原有方案進行主動的迭代修正。

從教學方法上，整個過程大量運用探究式學習和集體化學習的方法。探究式學習（Hands-on Inquiry Based Learning），又稱為研究性學習，是指從學科領域或現實生活中選擇和確立主題，在教學中創設類似于學術研究的情境，學生通過“動手做、做中學”主動地發現問題，調查、收集與處理信息，進行實驗、操作、表達與交流等探索活動，獲得知識，培養能力，發展情感與態度，特別是發展探索精神與創新能力。同時，以課后任務的形式要求學生進行個別化學習。

每個知識板塊的目標實現和板塊間的聯系都需要教師進行適當穿針引線以引導學生。在這一環節，對分課堂教學法的運用就非常合適：教師講完上個知識板塊，讓學生思考并討論，然后答疑并引入新知識。在各知識板塊學習完成后，開展實習成果展示和討論，這部分采用翻轉課堂教學法，把課堂的教鞭交給學生，讓學生選擇知識的呈現方式，在這個過程中實現知識的內化和能力的提升。

5 改革的實施

“遙感圖像處理課程設計”是地理信息科學專業的專業選修課程，通過學習本課程，使學生了解和掌握遙感信息處理的基本知識、方法、技能和發展動態，初步掌握應用遙感信息處理技術分析和解決實際問題的能力。“遙感圖像處理課程設計”課程的實驗上機學時總計為56學時，實驗內容為根據應用選題，結合遙感知識與技術方法，制訂問題解決方案，建立合理的影像處理模型。

根據課程改革計劃，課程將學生分為5～8人的討論組。每次實驗課時召開分組例會，例會主要討論實驗方案、課后遇到的難題，評估之前的成果。然后由教師解答疑問，引導新知識板塊的學習;接著讓學生分組進行上機實習，對操作中的問題進行討論解決，由教師輔導。課后，要求學生完成作業，并撰寫實驗日志，記錄當日例會要點和實習進展。在成果展示板塊，抽查學生所學，要求學生對抽取到的板塊進行深入講解和成果展示，并回答同學的提問。最后，對課堂各環節的學生表現進行評分，并綜合實習報告評分，計算綜合成績。

課程結束時，對學生學習成果和課程評價進行抽查，從學生感受體驗上，85%的學生明顯提到比普通的實驗課有更多的收獲，或者更喜歡這種方式。從學生成績表現上，因為綜合了實習過程各環節的表現，整個評價更全面和客觀，利于促進學生不斷改善表現，有96%的學生取得優秀或良好的成績。

6 結語

使實踐課教學有利于激發學生的深層動機和內在動力，有利于促進學生的深度理解和實踐創新，這是教學改革思考和探索的方向。實踐表明，基于螺旋式模型思想的實驗教學改革方案綜合了學科專業特點、實踐創新特點和現代教育技術手段，為地理信息科學專業實驗教學模式改革開辟了一條新的路徑。

參考文獻

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