翻转课堂在地理信息系统导论课程实验教学中的实践研究

　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）23-0152-03

　　地理信息系统（Geographic information system），简称GIS，是20世纪60年代发展起来的一门新兴交叉边缘学科，它通过采集、管理、处理、分析、建模和显示空间数据以解决空间位置的相关问题[1，2]。经过50多年的发展，GIS已经成为当今信息社会的重要组成部分，其应用已经涉及各个学科和各个领域，因此本科教学中，除了地理信息科学专业外，很多相关专业，如生态学、环境学、资源环境与城乡规划管理、测绘工程、城市规划等也都开设了GIS的相关课程，且数量在逐渐增多[3-5]。而GIS课程实验教学在非地理信息系统专业的GIS教育中往往具有重要作用，是实现非GIS专业培养GIS应用人才的重要载体。本文在对非GIS课程实验教学特点分析的基础上，探讨了翻转课堂教学方法在非GIS专业GIS课程实验教学中的适用性，并进行了初步的实践，取得了良好效果。

　　一、非GIS专业GIS课程实验教学特点

　　在大多数高校中，非GIS专业的GIS教育所开设的GIS相关课程较少，往往只开设一门GIS导论课程[6-12]，而且学生普遍不具备GIS课程学习的前期课程，如地图学、数据库、计算机技术等预备知识，因此学生的“学”和教师的“教”都有着不同于GIS专业GIS课程的特点。GIS导论课程本身继承了GIS既是一个交叉学科又是一个技术系统的特点，既包含知识点繁多的基本原理，又有着非常强的实践性的技术课，因此在教学中GIS课程历来强调理论与实践并重。但对于不具备前期课程基础的非GIS专业学生而言，要理解GIS课程抽象的基础理论和基本原理，GIS实验课就显得尤为重要了。因为GIS课程中的许多基本知识只有通过实践才能有相应的感性认识，通过反复实践才能加深对GIS基本理论的理解和掌握。例如空间数据库这一GIS课程中的重要章节，非GIS专业学生只有在实验课上亲自建立数据库并采集输入数据才会真正理解和掌握其内在的理论和原理。但是与课程本身强调实践的特点不符的是，长期以来，非GIS专业GIS课程教学一直有着重理论、轻实践，实验学时短，实验内容与本专业相关性低，等等问题[9，13，14]。大部分非GIS专业开设GIS课程的学时在32―48之间，而理论课时与实验课时比一般为2∶1。实验课时少，教学质量很难得到保障。实验课内容往往是教师精心准备的为每个主题适用的实验数据，与学生本专业相关度不大，因此学生学习起来动力不足，而且由于没有前期课程的知识储备，非GIS专业学生在学习GIS导论这门知识点多且涉及学科多的边缘学科时，会遇到很多困难，学生往往会表现出一定的畏难情绪。在上实验课时往往出现按部就班地照教师演示或实验指导书操作，一旦与预期不符，也很少积极主动思考，而是依赖教师来解决问题。为了改变这样的教学局面，提高GIS实验课的教学质量，有必要进行实验课教学理论与方法的研究，以达到调动学生学习的积极性，有效地保证非GIS专业GIS课程教学质量，达到培养应用人才的目的。

　　二、翻转课堂在非GIS专业GIS实验教学中的适用性

　　翻转课堂这种教学方法自2007年美国林地公园中学的两位化学教师的创新实践和2011年可汗学院创始人在TED大会上的演讲《用视频重新创造教育》以?恚?已被全球教育工作者所关注[15，16]。翻转课堂重塑了传统教学方法的时空，改变了以往传统课堂教学的固有模式，使知识传递在课前完成，课堂时间成为教师为学生答疑解惑、学生与学生讨论实现知识内化的时间。翻转课堂这种教学方法的实施一般是教师预先精心录制教学视频，通过现今愈来愈便利的信息技术提供给学生；学生在课前主动自学，课堂教学真正转化为师生交流、讨论、提出问题、解决问题的高效教学时间。翻转课堂翻转的不仅仅是教学时间和空间配置，通过提前录制视频和观看视频把教学时间延伸到课外，而是教学过程中教师和学生的地位转换。通过观看教学视频，并在解决教师精心准备提出的问题的过程中，学生的角色从原来听讲时的被动接受转换成真正意义上的主动学习。这种角色的转变刚好是非GIS专业地理信息系统导论课程实验教学中所需要的。翻转课堂注重学生自主性学习的理念与非GIS专业GIS课程强调实践能力培养的目标不谋而合。正如前文所述，在以往的传统教学方法的过程中，学生在实验课上处于被动接受地位，教师演示一遍，学生按照教师的演示或者指导书的步骤，照猫画虎，没有主动思考的动力，只知其然而不知其所以然，而且在实验过程中出现问题时，出现畏难沮丧的情绪导致学生学习兴趣低下，进而严重影响学习效果和教学质量。利用翻转课堂这种教学方法，积极调动学生的学习积极性，将学生GIS导论实验课上的被动接受转变为课前的主动学习和积极思考解决问题，进而课上内化知识，享受学习乐趣，体验解决问题的成就感，从而达到良好的教学效果。

　　三、翻转课堂在非GIS专业GIS实验教学中的实践

　　作为非地理信息系统专业的GIS普及教育课程，笔者所在学院的生态学专业开设的《地理信息系统导论》共计48学时，其中理论课24学时，实验课24学时。实验内容包括验证实验、设计实验共计9个实验，具体内容涉及GIS数据采集、处理、分析、制图等GIS数据处理与分析的全部流程。实验平台为当今主流的GIS软件平台，即ESRI公司的ArcGIS软件，具体实验课程内容及学时安排见表1。经过认真比较研究，根据学生的学习情况，在2017年教学中初步选择第四个实验数据处理的空间内插部分和较为综合的第八个实验叠加分析作为本次翻转课堂的实践试点内容，图1为翻转课堂教学时提供给学生的课前学习视频的两幅截图。选择这两个实验进行翻转课堂教学法实践的主要原因是空间内插的相关实验有多次比，如趋势面插值、核密度插值等刚好可以进行比较。而后一个叠加分析实验相对于其他验证实验来说比较综合，可以综合考察学生的学习效果。图2是翻转课堂教学方法和其他传统教学方法学生实验报告平均成绩比较。从图2可以看出，翻转课堂教学法实验报告的成绩显著高于其他传统教学方法的平均成绩。除了实验报告成绩显著提高外，实验报告按时完成率也有了很大的提高，其他几次实验报告在提交时，总有学生因为兴趣不高、动力不足，而拖延很久才提交。翻转课堂实验提供了学生可反复观看参考的视频资料，极大地增强了学生完成学习任务的信心，有效增强了学生的学习兴趣，切实提高了地理信息系统导论实验课的教学效果。在此次翻转课堂教学法实践过程中，笔者能够清楚地感受到学生从被动听讲到主动学习、积极思考解决问题的转变。 　　四、结语

　　地理信息系统已涉及社会生活的方方面面，GIS普及教育正全面发展。高校GIS应用型人才的培养任重道远。虽然本次教学改革实践有效证明了翻转课堂这种教学方法对地理信息系统实验课的教学效果提高的有效性，但笔者也清晰地认识到翻转课堂教学方法有自己的适用性，并不是适用四海而皆准的万能方法，且翻转课堂教学方法的实施对教师的“教”和学生的“学”都提出了比传统的教学方法更高的要求。在今后的教学实践过程中，如何把握翻转教学的度，该翻则翻，不该翻则不翻以便有效地提高教学水平仍是广大一线教学工作者努力的方向。

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