基于螺旋式模型思想的实验教学改革

    钟凤媛 宋超 王泽根

    

    摘? 要 实验教学改革基于螺旋式模型思想，对实验课程分阶段迭代，并在这个过程中综合运用多种现代教育技术方法，既抓住学科本质特点，又在实践中引入深度学习模式。所设计实验教学改革方案在“遥感图像处理课程设计”实验课教学中取得良好效果。

    关键词 螺旋式模型思想;遥感图像处理;课程设计;实验教学;教学改革;深度学习;对分课堂;翻转课堂

    中图分类号：G642.0? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）01-0102-02

    1 引言

    近年来，高等教育本科教学改革已经步入深水区，改革的深度和宽度已经发生变化。教学质量提高是国家战略部署的重点，《教育部关于进一步深化本科教学改革 全面提高教学质量的若干意见》指出，要高度重视实践环节，提高学生实践能力，推进实验内容和实验模式改革和创新，培养学生的实践动手能力、分析问题和解决问题能力。

    在深化教学改革过程中，教学改革从简单改革教学方式已进入深入探讨学生认知特点、学科特点和本质、教育规律等重要的系统化规律。教学质量的提高，既重视内容，也重视教学方法。本科教学方法改革既有对经典教学模式如混合式学习、探究式学习等的深入研究，也及时拥抱在数字和网络技术推动下出现的教学模式，翻转课堂、微课、对分课堂等具有时代特色和中国特色的方法也得到广泛的探讨和应用。基于这几点考虑，采用基于螺旋式模型思想的改革方案，对“遥感图像处理课程设计”实验课教学进行改革探索。

    2 改革目标的设定

    作为实验和实习的重要环节，课程设计这类课程是大学中某一课程的综合性实践教学环节。“遥感图像处理课程设计”的教学改革以学生为实验和实习教学中心，面向未来，旨在探索融合现代教育技术手段，培养学生运用专业知识分析问题、解决问题的能力。从教学方式方面讲，由单向的灌输形式向多样的互动、交流启发思维的方式转变，向知识传授与探索相结合、以提高创造性为目标的教学模式转变。

    通过教学方法深化改革，达到主要目标：在课程设计中帮助学生主动建立相关理论方法的有机知识体系;在课程设计中通过模拟工程周期模型的过程，帮助学生建立探索研究体验和工程实践经验;在课程设计中把集体化教育和个别化教育有机结合起来，提高学生合作、表达能力等综合素质。

    3 基于螺旋式模型思想的改革思路

    课程设计的课堂教学基于相关的先修理论和实验课程，要求学生在已有知识和实践认识基础上进一步综合应用专业知识技能，对应用问题进行分析，建立解决方案，然后使用专业工具和技术，完成问题的解决方案。知识的综合应用是一个螺旋式上升的过程，既有对基础知识的回顾和理解，也是更高层次的掌握和升华，建立起有机的知识系统。同时，问题解决是一种深度学习的模式。强化学生深度学习而非浅层次学习，能够推进学生认知发展，为学生创造多样化并且具有挑战性的学习环境与氛围，引导学生形成更加积极主动的学习态度。

    在地理信息科学专业的课程设计中，通常运用软件工具和方法完成专业模型的构建，其过程具有工程化的特点。螺旋模型是一种软件工程的生命周期模型。将螺旋模型用于课程设计的教学结构组织，既能帮助学生建立工程实践经验，也利于教学内容分层递进，增加学生探索研究的体验。螺旋模型基本思想特点在于整个开发过程是迭代的，它把基本周期的多个阶段转化到多个迭代过程中。螺旋模型基本周期分为几大阶段：需求分析—总体设计—具体设计—开发实现—测试。按照这种分阶段迭代的思想，将课程内容分解为相对独立又相互联系的几大知识板块，在各板块的实践教学中，通过迭代使得实践方案得以改进优化。

    4 改革技术路线

    在“遥感图像处理课程设计”教学改革中，根据教育规律和学生认知特点，一方面找准学科特点和本质，建立专业课程设计的教学方法体系;另一方面深度挖掘课程设计的综合性实践特点，实现现代教育技术手段融合。改革技术路线图如图1所示。

    在教学内容和知识点梳理时，分成知识板块，根据板块内容确定板块间的衔接方式是先后继承关系还是并列关系，并且将前面板块的知识点或方法在后续板块中加以变化后再现。每个知识板块内部均包含独立完整的阶段目标、解决方案分析、方案选择与实施、阶段评价。与以往照猫画虎式的实验问题解决不同，要求学生根据目标进行解决方案思考和制订，对不同的方案进行讨论和选择，实施方案后进行总结评估。在这个过程中会出现一些问题，如对数据预处理时缺少一些信息或处理时考虑不周全，需要返工改正，这时对原有方案进行主动的迭代修正。

    从教学方法上，整个过程大量运用探究式学习和集体化学习的方法。探究式学习（Hands-on Inquiry Based Learning），又称为研究性学习，是指从学科领域或现实生活中选择和确立主题，在教学中创设类似于学术研究的情境，学生通过“动手做、做中学”主动地发现问题，调查、收集与处理信息，进行实验、操作、表达与交流等探索活动，获得知识，培养能力，发展情感与态度，特别是发展探索精神与创新能力。同时，以课后任务的形式要求学生进行个别化学习。

    每个知识板块的目标实现和板块间的联系都需要教师进行适当穿针引线以引导学生。在这一环节，对分课堂教学法的运用就非常合适：教师讲完上个知识板块，让学生思考并讨论，然后答疑并引入新知识。在各知识板块学习完成后，开展实习成果展示和讨论，这部分采用翻转课堂教学法，把课堂的教鞭交给学生，让学生选择知识的呈现方式，在这个过程中实现知识的内化和能力的提升。

    5 改革的实施

    “遥感图像处理课程设计”是地理信息科学专业的专业选修课程，通过学习本课程，使学生了解和掌握遥感信息处理的基本知识、方法、技能和发展动态，初步掌握应用遥感信息处理技术分析和解决实际问题的能力。“遥感图像处理课程設计”课程的实验上机学时总计为56学时，实验内容为根据应用选题，结合遥感知识与技术方法，制订问题解决方案，建立合理的影像处理模型。

    根据课程改革计划，课程将学生分为5～8人的讨论组。每次实验课时召开分组例会，例会主要讨论实验方案、课后遇到的难题，评估之前的成果。然后由教师解答疑问，引导新知识板块的学习;接着让学生分组进行上机实习，对操作中的问题进行讨论解决，由教师辅导。课后，要求学生完成作业，并撰写实验日志，记录当日例会要点和实习进展。在成果展示板块，抽查学生所学，要求学生对抽取到的板块进行深入讲解和成果展示，并回答同学的提问。最后，对课堂各环节的学生表现进行评分，并综合实习报告评分，计算综合成绩。

    课程结束时，对学生学习成果和课程评价进行抽查，从学生感受体验上，85%的学生明显提到比普通的实验课有更多的收获，或者更喜欢这种方式。从学生成绩表现上，因为综合了实习过程各环节的表现，整个评价更全面和客观，利于促进学生不断改善表现，有96%的学生取得优秀或良好的成绩。

    6 结语

    使实践课教学有利于激发学生的深层动机和内在动力，有利于促进学生的深度理解和实践创新，这是教学改革思考和探索的方向。实践表明，基于螺旋式模型思想的实验教学改革方案综合了学科专业特点、实践创新特点和现代教育技术手段，为地理信息科学专业实验教学模式改革开辟了一条新的路径。

    参考文献

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