反向教學設計方法在《大地測量學基礎》課程中的應用

林 鵬 裴媛媛 高旭光

(安徽建筑大學土木工程學院 安徽合肥 230601)

0 引言

隨著“以本為本，四個回歸”的高等教育理念的提出，如何激發學生興趣、增強學生的主觀能動性，進而提高教學質量、全面提高學生的綜合素質，是當下本科教育面臨的一大挑戰[1-2]。

教學設計是依據學習目標，對評估反饋與教學活動進行設計。因此，設定合理的學習目標是進行教學設計的核心[3]。傳統的教學設計，是先確定教學活動與評價方式，然后引導學生學習相應的教學內容，實現相應的教學目的。但該設計方式是以教學內容為核心進行教學設計，若不能將學習目標、評估反饋以及教學活動之間相互匹配，某一環節的缺失則會產生不佳的教學效果。因此，基于目標導向的教學設計是匹配學習目標、評估反饋與教學活動的有效方法。王麗等以《化工設計》課程為例，將基于目標導向的教學設計融入線上課堂，構建了過程形成性評價框架及思路[4]。楊亞林等構建了基于目標導向的翻轉課堂，解決了學生難以理解在三維空間推演和表達的問題,促進了學生的空間思維與想象力，提高了教學效果[5]。趙炬明對目標導向的教學設計進行了改進，提出了反向教學設計的方法，并將教學目標區分為一般目標和具體目標，并以此確定相應的教法與學法，保證了學習目標、教法、學法以及評價一致[6]。

《大地測量學基礎》作為測繪工程專業的核心必修課，在專業培養中占據核心地位[7]。然而，該課程理論知識抽象且復雜，導致學生學習效果不佳。鑒于此，常亮等采用分組教學的方式，提高學生對重點知識的掌握與理解程度[8]。劉志平等將《大地測量學基礎》與其他專業課相結合的方法，以解決該課程內容多而課時少的矛盾[9]。丁士俊等采用啟發式教學的方式，克服傳統“填鴨式”教學的弊端，改善了教學效果[10]。因此，對授課內容進行科學合理的設計是引導學生學習、激發學習興趣以及達到相應的教學目標的基礎。

鑒于上述分析，本文以《大地測量學基礎》中的坐標轉換為案例，結合CDIO理念進行基于目標導向的教學設計，旨在激發學生的學習興趣，使學生更易掌握講授的知識點，提高課堂教學質量。

1 反向教學設計案例

1.1 設計思路

坐標轉換是《大地測量學基礎》中的重點教學內容之一，其本質上是對點位空間位置變化的描述，需要學生具備一定的空間想象力理解坐標轉換的過程，對學生抽象思維的要求較高。為了增強學生對該內容的理解與掌握，以學習目標為導向，建立“目標-評價-教法”一體的反向教學設計方法，首先根據所需的教學結果來確定學習目標，根據可接受的反饋證據決定評價方法，最后選擇合適的教學活動來進行課堂教學。因此，“目標-評價-教法”一體的反向教學設計可以確保教學目標、評價與課堂教法相互匹配，具體設計過程如下：

(1)基于布魯姆認知學的學習目標的確定

根據布魯姆認知模型，將認知目標分為六個層次，分別為記憶、理解、應用、分析、評價以及創造，并結合可量測的動詞來進一步細化學習目標，具體如表1所示。依照布魯姆認知模型，在坐標轉換內容中，確定的教學目標如表2所示。

表1 布魯姆認知模型及對應的可量測動詞

表2 一般目標與具體目標

(2)評價方式的設計

根據教學目標，基于目標匹配原則確定教學評估方式，具體如表3所示，并且結合Rubric評分量表制作對應評分標準，以保證學生的學習效果得以正確反饋，其中表4展示了目標C的Rubric評分量表。

表3 基于目標匹配原則的教學評估設計

表4 目標C的Rubric評價量表

(3)教學活動的設計

首先，根據目標A設計課堂互動環節，基于雨課堂教學平臺中的課堂彈幕功能設計目標A的互動環節，通過瀏覽學生發送關于“簡述一個需要坐標轉換的場景”問題的彈幕，及時掌握學生對于該內容的認知程度。然后，根據課件(圖1)分別采用GPS與BDS測量了若干個點位坐標，且二者的坐標基準分別為WGS-84與CGCS2000坐標系，進而引出問題“如何將WGS-84坐標轉換至CGCS2000”，并對教學內容進行詳細解釋說明，使學生能正確掌握坐標轉換的概念。

圖1 坐標轉換問題背景設定

其次，針對目標B，結合PPT動畫展示平面四參數與三維七參數轉換模型，并設計啟發性問題，如圖2所示，引導學生結合間接平差的基礎知識來解決坐標轉換的過程。隨后進行課堂討論，例如：求解該參數至少需要幾組觀測值、該函數模型如何線性化等，引導學生如何獨立自主學習該部分的知識，最后完成過后設置一個簡單的實際案例進行課堂互動，要求學生“簡述一下坐標轉換的基本過程以及如何求解轉換參數”，以及時評估學生對知識點的掌握程度。隨后給出轉換參數的求解過程并對過程進行詳細講解，如圖3所示。最后，以自己參與研發的坐標轉換軟件為例來與計算進行對比驗證，展示目前與專業相關的軟件的基本操作過程，如圖4所示。

圖2 轉換參數求解的啟發性問題

圖3 實際案例及結果

圖4 專業軟件求解結果

第三，如圖5所示，設置一個坐標轉換案例計算作為課后練習。在設計課后練習時，考慮到如何能科學評價學生獨立自主完成課后訓練，將課后練習設計為同題不同數據。基于MATLAB平臺，以相同的中誤差生成不同的隨機誤差并加入坐標真值數據中，并將學生學號后兩位作為先驗單位權中誤差，保證學生面對相同題目的同時保證數據不一致，將學生實際學習情況進行反饋，以達到公平客觀評價的目的。通過設計Rubric評價表格(表5)，這樣根據每位同學的計算結果，可以對每位同學的平時成績進行客觀科學的評價。

圖5 坐標轉換課后練習

表5 課后練習題的Rubric評價量表

3 結論

本文探討了反向教學設計法在《大地測量學基礎》課程中的應用，并以坐標轉換為案例，將該理論應用于實際教學中，對基于目標導向的反向教學設計進行了重點闡述。在實際教學過程中，通過此種方法設計的教學活動，可以有效地調動學生的積極性，提高學生自主學習的主觀能動性，課堂教學氣氛有效提高了教學質量。