朱駿，孔維華，程春梅，石亮亮，張煜洲

（1.浙江水利水電學(xué)院，浙江 杭州 310018）

《地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用》是測(cè)繪工程、地理信息科學(xué)、遙感科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的核心課程。2017年至今，筆者已給測(cè)繪工程專業(yè)講授了5輪該課程?！兜乩硇畔⑾到y(tǒng)原理與應(yīng)用》課程具有知識(shí)面廣（涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、地理科學(xué)、測(cè)繪學(xué)、空間科學(xué)、數(shù)學(xué)等多方面知識(shí)）、知識(shí)點(diǎn)多、應(yīng)用性強(qiáng)（需要掌握一款功能強(qiáng)大的GIS軟件，并能在實(shí)際工作中開展應(yīng)用），而課時(shí)有限（本校測(cè)繪工程專業(yè)2017級(jí)人才培養(yǎng)方案中為56學(xué)時(shí)）的特點(diǎn)。近年來(lái)，相關(guān)學(xué)者在相同或類似課程中已開展了一些卓有成效的改革，如馮曉英[1]、王慧君[2]、魏朝暉[3]、張策[4]等分別在混合式教學(xué)方面開展了研究工作，具有較好的借鑒性；劉迎春[5]、劉獻(xiàn)君[6]、于冰沁[7]、杜明義[8]等分別在個(gè)性化和分層次教學(xué)中進(jìn)行了探索，為該課程改革提供了方向；王浩宇[9]、孫灝[10]、張迪[11]等分別對(duì)測(cè)量學(xué)、定量遙感、地圖學(xué)課程進(jìn)行了改革，取得了較好的效果，具有一定的參考性。因此，該課程的授課方式從最初的完全課堂講授+機(jī)房上機(jī)的傳統(tǒng)授課模式（2017年），到2018年的線上線下混合式授課模式，再到融入課程思政的模式（2019年），一直處于改革創(chuàng)新的探索當(dāng)中。該課程先后被認(rèn)定為2019年高等學(xué)校省級(jí)精品在線開放課程，2020年度省級(jí)一流課程（線上線下混合式）。該課程的最新教學(xué)組織形式——線上學(xué)習(xí)和線下混合教學(xué)安排如圖1所示，主要分為課前、課中和課后3個(gè)部分，課前通過(guò)發(fā)放問(wèn)卷進(jìn)行精準(zhǔn)學(xué)情分析；課中采用混合式教學(xué)和分層次教學(xué)的模式開展授課；課后通過(guò)多樣化的評(píng)價(jià)體系，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行全方位評(píng)價(jià)，并接收學(xué)生的意見反饋，改進(jìn)后面的教學(xué)工作。

圖1 課程教學(xué)組織形式

目前公開發(fā)表的針對(duì)該課程教學(xué)改革的文獻(xiàn)不多，如趙玲[12]、卿鳳[13]等在宏觀層面開展了課程改革研究；王琤[14]、王增武[15]等在翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC建設(shè)方面進(jìn)行了探索；筆者在前期進(jìn)行了基于在線課程的混合式教學(xué)研究，取得了一些成果[16]；但課程中同時(shí)開展混合式教學(xué)和分層次教學(xué)的研究非常少。因此，從2020年秋季開始，筆者在課程中開始進(jìn)行全域精準(zhǔn)教學(xué)模式的實(shí)踐探索。本文提出的全域精準(zhǔn)教學(xué)模式是指在《地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)的全周期內(nèi)（課前、課中、課后），通過(guò)分層次分難度教學(xué)的方式，達(dá)到精準(zhǔn)教學(xué)目的的一種教學(xué)模式。該模式破解了以下困局：①應(yīng)用型工科院校的學(xué)生，不同于研究型綜合類大學(xué)的學(xué)生各種前置課程基礎(chǔ)普遍較好，若知識(shí)點(diǎn)講授面面俱到，學(xué)生很難全部掌握好，但要有所取舍，即略講甚至不講一些容易的其他課程重復(fù)的知識(shí)點(diǎn)，重點(diǎn)講授難點(diǎn)，這個(gè)度把握不準(zhǔn)確；②學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和能力不同，總會(huì)有部分學(xué)習(xí)好的學(xué)生反映講授內(nèi)容簡(jiǎn)單了，上機(jī)練習(xí)容易了，而一部分學(xué)習(xí)相對(duì)落后的學(xué)生，仍覺(jué)得有點(diǎn)吃力，另外如何激發(fā)多數(shù)處于中游的學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓他們有更高的目標(biāo)；③課程需要學(xué)生實(shí)現(xiàn)從基本原理到實(shí)踐應(yīng)用的跨越，依靠課上有限的上機(jī)練習(xí)（共12學(xué)時(shí)），學(xué)生GIS軟件的操作水平很難與實(shí)際項(xiàng)目和工作要求接軌，也不易充分培養(yǎng)對(duì)GIS有興趣的學(xué)生。

本文主要介紹了筆者在2020—2021學(xué)年第1學(xué)期首次開展全域精準(zhǔn)教學(xué)模式的具體實(shí)踐過(guò)程、思路和體會(huì)。針對(duì)應(yīng)用型工科院校的定位和測(cè)繪工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，探討了如何通過(guò)精準(zhǔn)教學(xué)實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)效果。

1 精準(zhǔn)學(xué)前學(xué)情分析

1.1 授課對(duì)象

測(cè)繪工程專業(yè)2018級(jí)大三上學(xué)期學(xué)生的總?cè)藬?shù)為82人，其中男生46人、女生36人。在課程正式開始前，通過(guò)問(wèn)卷星平臺(tái)，向?qū)W生發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷，最終參與問(wèn)卷調(diào)查的學(xué)生為71人。

1.2 問(wèn)卷反饋情況

調(diào)查問(wèn)卷共7題。第1題為對(duì)大學(xué)前兩年學(xué)的《測(cè)繪學(xué)概論》《地球科學(xué)概論》《地圖制圖學(xué)》和《數(shù)字測(cè)圖原理與方法》課程的總體掌握情況進(jìn)行自我評(píng)估。回答情況如圖2所示。該題著重調(diào)查授課對(duì)象的知識(shí)儲(chǔ)備和基礎(chǔ)，問(wèn)題中所提及的課程均為這些學(xué)生已上課程和本課程的前置課程，課程中講授的內(nèi)容與本課程存在部分重疊，若學(xué)生整體掌握情況較好，則可在上課時(shí)精簡(jiǎn)相關(guān)內(nèi)容，達(dá)到避免重復(fù)、節(jié)約課時(shí)的目的。該題的設(shè)置仍過(guò)于綜合，可在下一輪授課的問(wèn)卷調(diào)查中，將其拆開為若干個(gè)題目，精準(zhǔn)調(diào)查學(xué)生對(duì)每門相關(guān)前置課程的掌握情況，以便更有針對(duì)性地安排授課內(nèi)容。

圖2 前置課程掌握情況

第2～4題分別為你心目中，什么樣的課程最能吸引你？你接觸過(guò)混合式（線上課程+線下課程結(jié)合，或者是傳統(tǒng)課堂+翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合）課程嗎？你接觸過(guò)闖關(guān)式教學(xué)嗎？這3題均圍繞教學(xué)模式或方式提問(wèn)，旨在摸底學(xué)生對(duì)于即將到來(lái)的混合式教學(xué)的接受程度。第2題的回答情況如圖3所示。調(diào)查結(jié)果表明，有1/3的學(xué)生希望課程簡(jiǎn)單易通過(guò)，從學(xué)生的角度看可以理解，但這正是目前國(guó)家一流課程建設(shè)中所指出的“反面教材”，即“水課”，教師們應(yīng)避免自己的課程成為學(xué)生眼中易通過(guò)的“水課”；約有77%的學(xué)生上過(guò)兩門及以上的混合式課程，說(shuō)明學(xué)生們已接觸過(guò)這種模式；有91%的學(xué)生沒(méi)有上過(guò)闖關(guān)式課程，闖關(guān)式教學(xué)需要預(yù)先安排好各合理關(guān)卡，需要大量的前期工作，且大多數(shù)學(xué)生未接觸過(guò)該教學(xué)模式，因此在本課程中尚未實(shí)施闖關(guān)式教學(xué)。

圖3 學(xué)生眼中吸引人的課程

第5題為你最想通過(guò)《地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程學(xué)到什么？回答情況如圖4所示，可以看出，近70%的學(xué)生想學(xué)GIS原理和軟件操作，作為本科院校學(xué)生，不僅要掌握軟件操作，還要懂得背后的原理，這樣才能適應(yīng)將來(lái)繼續(xù)升造的需要以及在就業(yè)崗位上有更好的發(fā)展。

圖4 學(xué)生希望學(xué)到的東西

第6題為你最希望《地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程的總成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方式是什么？回答情況如圖5所示，可以看出，大多數(shù)學(xué)生希望課程總成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方式多樣化，這正好與當(dāng)下大學(xué)教育大環(huán)境對(duì)課程考核方式提出的要求契合。采用多元化考核方式，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)習(xí)效果。

圖5 學(xué)生希望的課程總評(píng)方式

第7題為你對(duì)即將開始上的《地理信息系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程期待嗎？這道題主要調(diào)查學(xué)生整體對(duì)本課程的興趣，超過(guò)81%的學(xué)生表示期待，說(shuō)明學(xué)生整體還是對(duì)本課程比較感興趣的。以學(xué)生興趣為基礎(chǔ)，加上教師對(duì)課程教學(xué)的精心準(zhǔn)備，才有可能實(shí)現(xiàn)較好的教學(xué)效果。

2 分層次分難度教學(xué)

2.1 總體情況

本學(xué)期首次實(shí)施分層次分難度教學(xué)，即因材施教，是全域精準(zhǔn)教學(xué)模式實(shí)施中的一種必要手段。

將該課程分成青銅難度（低難度）、鉑金難度（中難度）和王者難度（高難度）3個(gè)難度等級(jí)?？偝煽?jī)=（5%課堂考勤+15%上機(jī)+10%小組主題匯報(bào)或報(bào)告+30%在線學(xué)習(xí)）×K+40%期末考試。選青銅難度時(shí)，K=0.8；選鉑金難度時(shí)，K=0.9；選王者難度時(shí)，K=1。因此，3個(gè)難度的總成績(jī)分別為88分、94分和100分。3個(gè)難度的主要區(qū)別如表1所示。

表1分層次分難度教學(xué)難度區(qū)別

2.2 不同難度區(qū)別

本文重點(diǎn)闡述中階和高階區(qū)別。該課程包括3個(gè)主題的上機(jī)任務(wù)，共12學(xué)時(shí)，其中第3個(gè)主題的上機(jī)任務(wù)針對(duì)不同難度的學(xué)生分配不同的任務(wù)，選擇青銅難度和鉑金難度的學(xué)生，需在課程上機(jī)的規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成教師布置的一幅專題圖的制作，并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師提供上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，上面有詳細(xì)的制圖過(guò)程；而選擇王者難度的學(xué)生，會(huì)在其他兩個(gè)難度學(xué)生接到上機(jī)任務(wù)的前一周接到一個(gè)開放性上機(jī)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，完成一幅自定主題的專題地圖，即設(shè)計(jì)并制作一幅有特色的專題地圖，同時(shí)完成一個(gè)上機(jī)報(bào)告，詳細(xì)介紹該圖的制作過(guò)程，包括選題原因、素材搜集、制作方法等，盡可能詳細(xì)反映制作特色專題圖全過(guò)程。通過(guò)開放式的上機(jī)任務(wù)，可以鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力，讓學(xué)習(xí)能力較好的學(xué)生得到更大的鍛煉；同時(shí)相關(guān)專題圖成果，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步完善后，可參加每年3—4月的SuperMap杯高校GIS大賽的制圖組比賽，可謂一舉多得。另外，可從選擇王者難度的學(xué)生中選拔一些學(xué)生參加SuperMap杯高校GIS大賽的其他賽道（如分析組和開發(fā)組）和校級(jí)、國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目。

本課程第10章“GIS在行業(yè)和領(lǐng)域中的應(yīng)用”授課采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，以組為單位上臺(tái)匯報(bào)，每組約5人，讓學(xué)生們講述GIS在行業(yè)和領(lǐng)域中的應(yīng)用，每組學(xué)生講清楚GIS在一個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，匯報(bào)時(shí)長(zhǎng)8 min，教師提問(wèn)2 min。通過(guò)分組完成匯報(bào)的形式，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、文獻(xiàn)資料搜集歸納能力、演講能力等，為將來(lái)學(xué)生的畢業(yè)論文答辯以及工作中向領(lǐng)導(dǎo)、客戶匯報(bào)積累經(jīng)驗(yàn)，鍛煉膽量。選擇青銅難度的同學(xué)，不用組隊(duì)上臺(tái)匯報(bào)，以上交一個(gè)5 000字以上的講述GIS在某個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域中的應(yīng)用的報(bào)告代替。

3 學(xué)習(xí)效果調(diào)查與分析

整個(gè)學(xué)期課程結(jié)束后，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行調(diào)查與分析，以此作為進(jìn)一步改進(jìn)課程授課內(nèi)容或方式的依據(jù)，與前述各環(huán)節(jié)一起形成教學(xué)閉環(huán)，是全域精準(zhǔn)教學(xué)模式下，最后一環(huán)和相當(dāng)重要的一環(huán)。

2020—2021學(xué)年第一學(xué)期期末考試后，向授課對(duì)象測(cè)繪工程2018級(jí)學(xué)生發(fā)放紙質(zhì)問(wèn)卷進(jìn)行課程學(xué)習(xí)效果調(diào)查與分析，共77人參與了問(wèn)卷調(diào)查。

第1題為對(duì)最新“線上+線下+課程思政+分難度”混合式教學(xué)模式的滿意程度打分，平均分為4.29分（5分滿分），表明學(xué)生普遍評(píng)價(jià)較好，接納程度較高，但還有提升空間；第2～4題則對(duì)課程掌握程度進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果如表2所示。

表2課程掌握程度情況

如果按照5分制進(jìn)行換算，掌握程度80%～100%相當(dāng)于5分，依此類推，掌握程度0%～20%相當(dāng)于1分，那么學(xué)生對(duì)課程的整體掌握程度平均為3.935分，對(duì)理論知識(shí)的掌握程度平均為3.857分，對(duì)軟件操作的掌握程度平均為4.234分。學(xué)生對(duì)課程的整體掌握程度平均約為80%，即每位學(xué)生平均約掌握了整個(gè)課程知識(shí)內(nèi)容的80%，學(xué)習(xí)效果尚可。軟件操作的掌握程度優(yōu)于理論知識(shí)，這一點(diǎn)在預(yù)料之中，理論知識(shí)的學(xué)習(xí)確實(shí)比軟件操作難，但這又是本科生與?？粕膮^(qū)別之處，重軟件操作、輕理論知識(shí)的學(xué)習(xí)是?？茖W(xué)生的特點(diǎn)。

那么，究竟哪些具體章節(jié)內(nèi)容的掌握影響了學(xué)生整體知識(shí)的掌握程度呢？筆者在問(wèn)卷調(diào)查的第5題，通過(guò)填空題的形式向?qū)W生詢問(wèn)了本課程第1～9章內(nèi)容的掌握程度。學(xué)生按照調(diào)查題目的要求，對(duì)每一章內(nèi)容的掌握程度進(jìn)行了打分，分?jǐn)?shù)范圍為0～5分，需要精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。學(xué)生對(duì)各章節(jié)的掌握情況如圖6所示。

圖6 各章節(jié)掌握情況匯總

從學(xué)生的掌握情況來(lái)看，各章節(jié)掌握程度從第1章開始（為全課程最高點(diǎn)）依次下降，到第4章達(dá)到低點(diǎn)，然后逐漸上升到第8章，最后第9章陡然下降，達(dá)到全課程掌握程度的最低點(diǎn)。其原因在于，本校測(cè)繪工程專業(yè)大三學(xué)生編程基礎(chǔ)普遍較差，且由于課時(shí)有限，第9章只安排了一次課，共2學(xué)時(shí)，在短時(shí)間講透地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)難度很大。針對(duì)該情況，筆者認(rèn)為在新一輪課程的授課中，可將這章內(nèi)容去掉不講，與其蜻蜓點(diǎn)水地講一些皮毛，還不如把2學(xué)時(shí)放到其他更重要的內(nèi)容上去；且測(cè)繪工程專業(yè)學(xué)生在大三下學(xué)期有一門《地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)》GIS方向課，學(xué)生可通過(guò)這門課掌握一定的GIS開發(fā)技能和知識(shí)。學(xué)生對(duì)第4章的掌握程度略優(yōu)于第9章。其原因在于，空間數(shù)據(jù)庫(kù)的授課內(nèi)容比較抽象，且偏重于計(jì)算機(jī)底層，而測(cè)繪工程學(xué)生的人才培養(yǎng)方案中又缺乏相關(guān)前置課程；講授過(guò)程中也缺少一些實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用的空間數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例。第1章為本課程學(xué)生掌握最好的一章，在意料之中，第1章主要介紹GIS的定義、組成、與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系、與其他信息系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系、發(fā)展與趨勢(shì)、GIS常見軟件等內(nèi)容，均為比較淺顯易懂的知識(shí)，因此掌握最好。第2章和第8章也是學(xué)生掌握較好的內(nèi)容。其原因在于，學(xué)生在已學(xué)過(guò)的《測(cè)繪學(xué)概論》和《地圖制圖學(xué)》課程中教授過(guò)這兩章內(nèi)容，并非新知識(shí)，從一個(gè)側(cè)面反映了學(xué)生更容易掌握反復(fù)出現(xiàn)的知識(shí)內(nèi)容。

第6題為學(xué)完本課程以后，你對(duì)GIS的興趣比起沒(méi)有上本課程前，有怎樣的變化？調(diào)查結(jié)果表明，71.4%的學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)本課程，提高了對(duì)GIS的興趣，這是一個(gè)很好的現(xiàn)象。俗話說(shuō)“師傅領(lǐng)進(jìn)門，修行在個(gè)人”，短短56學(xué)時(shí)的課程，不足以將GIS所有知識(shí)透徹全面地傳輸給學(xué)生，還要靠學(xué)生在日后的學(xué)習(xí)和工作中，自學(xué)掌握更多GIS理論知識(shí)和軟件操作。

問(wèn)卷調(diào)查的最后兩題，安排了開放式的問(wèn)答題，分別為請(qǐng)寫一下你對(duì)本課程一個(gè)學(xué)期上下來(lái)的感受，希望寫得越具體越好和請(qǐng)對(duì)本課程提出你的寶貴意見或建議，越具體越好。很多學(xué)生寫下了自己的真實(shí)感受，并對(duì)本課程提出了寶貴意見。在寒假前，專門召集意見比較有代表性的學(xué)生一一進(jìn)行面對(duì)面的交流，為本課程后續(xù)的持續(xù)改進(jìn)，指明了方向。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)近年來(lái)課程教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)積累，尤其是全域精準(zhǔn)教學(xué)模式的探索實(shí)施，明確了本課程需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題和改革方向。

1）線下授課知識(shí)點(diǎn)仍然很多，課時(shí)有限，重點(diǎn)不夠突出。需要借助在線教學(xué)資源，進(jìn)一步凝煉線下上課的重點(diǎn)，必須有取舍，把難點(diǎn)講透。例如，可將目前第9章地理信息系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與開發(fā)的教學(xué)內(nèi)容刪減；縮短第2章和第8章的學(xué)時(shí)，從8學(xué)時(shí)縮短為4學(xué)時(shí)；將第7章增加2學(xué)時(shí)，因?yàn)榈乩砜臻g分析是GIS最有特色的部分，也是它的特長(zhǎng)，增加的學(xué)時(shí)可以講一些其他常用的空間分析方法。

2）本學(xué)期首次實(shí)施的分層次分難度教學(xué)，區(qū)分不夠大，形似神不似。需要擴(kuò)充在線課程題目和上機(jī)實(shí)驗(yàn)課任務(wù)數(shù)量，并設(shè)立上機(jī)考核環(huán)節(jié)，以滿足不同難度教學(xué)的要求。將前述精減的理論課4學(xué)時(shí)全部變?yōu)樯蠙C(jī)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，用以進(jìn)行上機(jī)考核。根據(jù)全域精準(zhǔn)教學(xué)的理念，采用分層次考核的手段，選擇不同難度的學(xué)生的考核題目難度不同，這樣可以有效避免傳統(tǒng)GIS課上機(jī)實(shí)驗(yàn)，有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書幫助，鍛煉價(jià)值不夠大的弊端。

3）課程學(xué)情分析仍停留在人工判斷階段（通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，結(jié)果進(jìn)行人工分析），缺少先進(jìn)手段支撐。后續(xù)將開展人工智能在教學(xué)中的應(yīng)用研究，可研發(fā)一個(gè)在線實(shí)時(shí)學(xué)情分析和學(xué)業(yè)預(yù)警平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)以下功能：通過(guò)與平臺(tái)的交互，輔助學(xué)生選擇課程難度；平臺(tái)定期分析學(xué)生表現(xiàn)，自動(dòng)給予后進(jìn)學(xué)生提醒；結(jié)課后接收學(xué)生反饋，通過(guò)預(yù)先設(shè)置的教學(xué)效果分析模型進(jìn)行自動(dòng)分析，得出合理結(jié)論，輔助教師改進(jìn)教學(xué)。