面向以学为中心的项目驱动型课程教学改革与实践成果报告

 
1.项目研究背景
        在知识创新时代，靠记忆与背诵的表层学习已满足不了新时代人才需求，为达成富有成效的学习效果，学生需要怎样学习是必须解答的关键问题。在工业化社会早期，学生倾向于记忆陈述性知识和程序性知识，学生的这些学习行为足以应对操作机械设备、在工业流水线上劳作的社会生产需要。然而，随着科技的发展，人类社会己经步入智能化的工业4.0时代，万事万物通过互联网相互连接，工业生产或服务模式逐渐分散化，机器或产品以自组织、自优化、自配置和自诊断体现一定程度的智能，学生单纯依靠记忆背诵陈述性知识和程序性知识，己经远不能适应新型的发展需求。
      在教育高质量发展时期，大学课程教学需要从以“教”为中心向以“学”为中心的转变。以“学”为中心的教学理念最早由美国心理学家卡尔·罗杰斯提出，1995年，美国学者巴尔和塔格在《从教到学的转变——本科教育的新范式》一文中明确指出了以“学”为中心的教学改革是大学本科教育的重要变革。我国2017年全国教育工作会议后，以“学”为中心的教育理念开始逐渐根植于教学工作之中,强调师生互动，提升学生学习能力。本研究开展了在大班制教学情境下以“学”为中心的教学改革路径探索。
2.国内外研究进展
1.1 关于学生学习的研究
        近年来快速发展的建构主义学习理论提出了对应的知识观、学习观、教学观及教学架构，有效推动了中国高等教学模式的改革，强调学习的主动性、社会性和情境性，提倡情境性教与学。这种学习理论坚信学习者获得的知识并不是通过教师的传授，而是学习者自己借助于与教师和学习同伴之间的协作活动，利用必要的学习辅助资料，在特定的情境下通过意义建构而获得。因此，建构主义学习理论把“情境”“协作”“会话” 和“意义建构”视为学习者完整学习过程的四大要素。学习者最终所获得的知识多少，并不取决于学习者记忆能力或背诵老师讲授内容的能力， 而是取决于学习者根据自身经历和体验有效建构所学知识意义的能力。
1.2 项目驱动式学习的研究
        项目教学法是由美国著名教育家凯兹博士和加拿大教育家查德博士共同创建的。它是在建构主义教学理论的指导下，通过对项目的选取和创设情境，主要由学生自主完成任务的活动教学方法。
        项目化教学遵循兴趣驱动、注重实践、重在过程、讲究创新的发展思路，注重培养学生的创新思维、创新精神和创新能力，能够切实满足学生在未来社会创新、创业的实际需求。项目驱动式教学不是随便找个项目来开展教学，或者将课程实验当成项目，而是需要积极调研，深入关注项目流程及隐藏在其中可能涉及的创新要求、工具、技能、方法等。
1.3 信息化背景下新型教学模式研究
       在信息时代，高校教学内容和教学形式呈现多种变化，各种新技术、新平台的应用，给教育教学带来了多维度影响。现在高校学生很多都是00后，他们从出生就沉浸在数字化的社会里，手机和网络是日常生活的必需品，并且个性张扬。因此他们在思维能力、学习方法和兴趣爱好等方面有新的特点，更喜欢动态化、视觉冲击力强、表现形式多样化的内容，这与以往学生有很大区别。“互联网+”让课堂越来越开放，授课的时间和地点更具多样性，MOOC、SPOC、在线课程等教学模式的应用，使教学时间变长、教学空间变大、学习资源更丰富，扭转了教师负责传授知识，学生被动接受知识的局面。
3 以“学”为中心的课程教学改革路径探索
3.1以“学”为中心的内涵
       以“学”为中心的课堂研究，一方面可以理解为“以学习者为中心”， 从学习者成长的视角切入，另一方面可以理解为“以学习行为为中心”，从高效的学习行为切入。“以学习者为中心”其核心理念为工程教育专业认证的OBE思想，即以学生为中心、以产出为导向的持续改进理念，改变原有的以教会为目标的固有模式，教师起到引领、设计和指导的作用，最终的目的是让学生学会。“以学习行为为中心”主要是研究学生的学习，近年来快速发展的建构主义学习理论提出了对应的知识观、学习观、教学观及教学架构，有效推动了中国高等教学模式的改革，强调学习的主动性、社会性和情境性，提倡情境性教与学。
3.2以“学”为中心的课程教学路径
       面对大班制授课的客观现实，设计了“项目驱动+网络课程支撑”的教学改革的路径。通过对项目的选取和创设情境，驱动学生自主完成学习和探索的任务，利用超星网络课程平台赋能课程教学，为学生自主学习提供了技术支撑。
4.项目驱动型教学改革与实践
      本研究以《地理信息系统》课程为例，开展项目驱动型教学改革与实践，探索以“学”为中心的教学改革路径。
4.1 开发课程配套项目库
       根据“两性一度”的课程建设标准，采用项目驱动教学法，开发课程配套项目库。《地理信息系统》这门课程具有实践性和应用性强的特点，只有采用理论联系实践的方式才能取得良好教学效果。配合课程的理论教学，同时结合学生未来职业发展的需求，在资源调查评价和规划、环境分析、城乡规划、空间分析建模、国土资源数据库建设、农用地质量评价、环境影响评价、国土空间开发优化、城市公共服务设施配置、空间模式分析等方面，加强对学生创新和应用技能的训练。因此围绕以上需求，配合理论教学的进度，开发建设了课程配套项目库，根据教学目的和挑战度的不同，课程项目库分为理论验证性项目和解决专业现实问题的挑战性项目。
       理论验证性项目主要是配合课程理论教学而设置，我校采用的是陈建飞教授翻译的美国教材《地理信息系统导论》（第九版），下表以课程中的两章为例，说明理论验证性项目的设置。

       挑战性项目是根据OBE的指导思想，引导学生解决专业实际问题，强化创新能力训练而设置。下表以部分项目为例，说明挑战性项目的设置。
       下面是部分章节课程项目的实例。
      课程第五章讲“GIS数据获取” ，安排学生利用互联网获取遥感影像、道路网络、人口热力等数据。

                                                            图1 第5章项目案例

      课程第六章讲“几何变换” 。安排学生对网上获取的数据进行几何校正和投影变换等处理。

                                                            图2  第6章项目案例

       课程第七章和第八章讲“”空间数据准确度和质量“与”“属性数据管理 ” 。安排学生按照国土资源部发布的土地利用现状数据库建设标准，遥感解译家乡的土地利用现状数据。
 
                                                            图3  第7、8章项目案例

       课程第九章讲“数据显示与地图编制。安排学生编制土地利用现状图和行政区划图。

                                                          图4  第9章项目案例

       课程第十章讲“数据探查 ” 。安排学生用空间的视角观察河南省的经济与农业的格局。

                                                         图5  第10章项目案例

       课程第十一章讲“矢量数据分析” 。安排学生根据某城市现状教育资源的分布，提出新建学校的布局规划建议。
  
                                                      图6  第11章项目案例

      课程第十二章讲“栅格数据分析” 。安排学生根据某一植物的生长习性，利用土壤和地形数据，为其规划栖息地。

                                                           图7  第12章项目案例

      课程第十三章讲“地形制图与分析” 。安排学生根据河南省地形坡度，编制退耕还林规划建议。
 
                                                       图8  第13章项目案例

       课程第十四章讲“视域和流域” 。安排学生为某电信公司编制信号塔布局方案，为某一土地开发整理项目，规划设计灌溉与排水系统。
 
                                                         图9  第14章项目案例

       课程第十五章讲“空间插值” 。安排学生通过土壤采样点，生成土壤养分图，服务精准农业。
  
                                                              图10  第15章项目案例

      课程第十七章讲“最小耗费路径分析和网络分析” 。安排学生开发一套郑州市的交通导航系统。

                                                            图11 第17章项目案例

       根据理论教学内容的内在联系，设计5-6个学习模块，每个模块配置1-2个挑战性的项目，比如土地质量评价、城镇土地定级、路径规划选址、村庄布局规划等。
 
                                                         图12  挑战性项目

4.2 利用互联网技术支撑项目驱动型课程教学
       以“学”为中心的课程教学方式转变，不是将学习的事交给学生，老师不用参与或较少参与，恰恰相反，需要老师更精心的前期设计与准备，开展更频繁的师生互动、学习指导与和考核反馈。在以往，面对学生多任务重的难题，这种转变很难实现，但是近年来兴起的“互联网+教育”新技术，可有效解决这个难题，为师生频繁互动提供了有力技术支撑。
     （1）泛在学习平台构建
       采用超星泛雅网络教学平台，建立地理信息系统网络课程。主要内容包括：理论课的网络视频课、课程课件、电子教材、实践项目指导、实践项目案例数据库、学习资料数据库等。
  
                                                                 图13   网络视频

 
                                                                 图14  电子教材图

  
                                                            图15   学习资料库和试题库

       信息技术支持下，学生可以随时随地接入网络，获取学习资源，开展自主学习。学生可以选择的课前、课中和课后任意时段，反复观看网络视频课、课程课件、电子教材等资料，这个过程可以消除学生理论学习中的大部分基础性问题，教师可以把精力集中在挑战性问题的讨论和实践拓展训练上。学生可以从网络平台上领取实践案例数据，了解项目要求，开展项目实战练习，遇到不太困难的问题时，学生可优先通过查阅学习资料或观看实践项目视频解决，教师可以集中精力指导学生无法解决的问题。

                                                            图16  学生过程学习记录


                                                     图17  某学生的学习记录

       课程改革实践证明，利用网络教学平台可实现以“学”为中心的转变。当开课之初，学生还未适应自主学习模式时，学生的问题是比较多的，教师需要花较多的时间解决学生的问题，学生一旦进入了自主学习的状态，基本都能够自主解决项目实践中遇到的大部分问题，教师稍加指导，学生就能顺利完成任务。在网络课程支撑下，学生开始聚焦自主学习，教师开始聚焦高难度问题讨论与指导，在不自觉中就实现了以“学”为中心的课程教学方式转变。
  
                                                     图18  学生网上提交的项目作品
      （2）过程性考核与指导
       在信息网络技术辅助下，教师实现了对学生的过程性考核和指导。不可否认，大多数学生的学习需要教师的督促，但是教师受精力的限制，以往对学生的过程性考核往往流于形式，大多数情况下仅仅体现在课程考勤和期中考试。信息网络技术应用到课程教学后，可打破时空限制，提供泛在教学辅助支持，帮助教师实现课程的过程性考核与指导。教师可以在课前、课中和课后随时向学生推送课程学习内容和效果测试，大多数测试题可由平台系统自动批改，并定时推送答案，学生根据系统反馈，自主验证学习效果，并持续改进。而教师的精力主要花在测试题设计，测试结果的总结与反思，共性问题讨论，教学内容与方法改进等方面，而不是重复、费时批改作业。教师根据课程进度，适时推送课程实践项目，提出项目成果上传到网络平台的时间、内容和格式等要求。学生收到项目实践任务后，可以在规定的期限内，任选时间完成项目，将项目的关键中间成果和最终成果上传网络平台即可。学生遇到问题在网络平台上发布消息就可获取帮助，学生可将精力聚焦于完成项目本身，不因无效活动消磨自主学习热情，遇到问题及时通过网络向老师求助，教师可在网络平台上实时收到学生求助，并及时指导。教师收到学生提交的项目成果后，借助系统平台辅助功能，可快速评定等级并打分，省时省力，在有限的时间内实现对每位学生的指导与反馈。实践表明，在网络课程平台支持下，教师对学生的学习过程性指导与考核快捷高效，时间精力完全满足大班授课的要求，而每个学生都能频繁的获取系统或教师的反馈与激励，自主学习的热情持续增强。
 
                                                          图19   网上发布批改作业

  
                                                                 图20   师生互动记录

4.3 课程实施效果
       2020年以来线上线下混合教学实践取得了良好的效果。首先是学生评教成绩从97分提高到99分，学生对课程的满意度明显提升。其次通过对学生学习的过程性指导和考核，大大提升了学生自主学习的热情。最后是学生的创新能力得到了增强，从学生参加全国大学生国土空间规划大赛和土地整治大赛的情况看，2020和2021两年内，专业学生获得特等奖1项，一等奖1项，二等奖4项，三等奖1项的好成绩。新的教学模式实现了三个转变，即由以“教”为中心向以“学”为中心转变，由表层学习向高阶性学习转变，由知识记忆向创新能力培养转变。
5.项目总结
5.1目标任务完成情况
       通过理论与实践的研究，提出“项目驱动+网络课程支撑”的教学改革的路径，以地理信息系统课程为主要研究对象，开发建设了课程配套项目库，利用互联网技术建立项目驱动型课程教学的支撑平台,建立了项目驱动型教学实施机制和过程性考核机制。实践表明精心设计了课程的理论验证性实践项目和挑战性实践项目，在超星泛雅网络教学平台辅助支持下，教师不自觉中就打破了对“满堂灌”式教学路径的依赖，可以将有限精力投入到“两性一度”的课程设计与建设，关注每位学生的学习状态，开展频繁的师生互动。学生在课程项目驱动下，不断得到老师和系统的正向反馈，自主学习热情持续增强。实践证明“项目驱动+网络课程支撑”是有效的以“学”为中心课程教学改革路径。
5.2成果的特色与创新
       建立了适宜大班制教学情景的“项目驱动+网络课程支撑”课程教学改革路径。项目研究以建构主义学习理论为指导，探索建立了“项目驱动+网络课程支撑”的教学改革路径，实现了理论教学与项目实践相结合，把“情境”、“协作”、“会话” 和“意义建构”融入教学的全过程，凝聚学生学习专注力，提升学生学习自主性。由互联网教学平台为项目驱动式的“教”与“学”提供技术支撑，搭建项目驱动型网络课程，构建课程运行机制。在大班制教学情景下，教师破除了对“满堂灌”式教学路径的依赖，可以将有限精力投入到“两性一度”的课程设计与建设，学生在课程项目驱动下，进入自主学习模式，理论、实践和创新能力得到训练和增强。实践证明 “项目驱动+网络课程支撑”的教学改革路径，实现了以学为中心的课程教学转变。
5.3推广应用情况
       本项目针对新时代大学课程如何“教”和学生如何“学”这一时代之问，提出了适合我国大班制教学情境的“项目驱动+网络课程支撑”的教学改革路径，符合时代需求和我国大学教学实际，有较大的推广应用价值。
      该研究在我校的地理信息系统、经济地理、土地利用规划学、土地整治学、农田水利学等课程中进行了实践应用，受益老师10余人，受益学生180余人。该成果同时被华北水利水电大学、河南理工大学、郑州轻工业大学和平顶山城建学院等高校借鉴，取得了良好的效果，受益老师14人，受益学生450余人
      综上，本研究提出的“项目驱动+网络课程支撑”的课程教学改革路径，适宜在专业技能性强的专业课程中推荐应用。