随着物联网、大数据、云计算、“互联网+”等技术的发展与进步^[1]，人们的生活、学习、工作方式有了较大改变^[2]，其中，“互联网+课堂”正改变着传统的课堂教学模式^[3]，实现从“教为中心“向“学为中心”的转变。微课、MOOC(massive open online courses)、SPOC(small private online course)、翻转课堂(flipped classroom或inverted classroom)、雨课堂等现代教学方法和工具^{[4, 5]}，不断引领教师去发现、学习和探索课堂教学新模式，已逐步成为智慧教育新趋势，促进教学理念、学习环境、学习行为、教学模式的转变与升级。在“新工科“和“卓越工程师教育培养计划”专业建设背景下^[6]，现代教学技术已成为高校教育信息化进程推动的重要工具和利器^[7]，采集、优化、整合和分析智慧教学场景，鼓励学生利用网络和信息技术去主动学习、自主学习。

在传统课堂教学中，知识传递是单向或者以单向为主，教师难以把握课堂学习的效果和学生的学习状态反馈^[8]。教师以某个教学进度完成知识的传递，而课堂互动和课堂气氛常常被忽视，缺乏学生学习效果和知识吸纳水平的掌握，难以灵活调整授课进度，以适应不同学生的需求。雨课堂不仅能够打破课堂学习的时空限制，也在师生实时互动、答疑解惑、课堂反馈方面对传统课堂进行了较大改善，激发学生学习兴趣，实现以“学生为主体，教师为主导”的教学理念^[9]，并成功引入到普通高校实践教学、理论基础教学，且鲜有相关报道^[10]。

雨课堂是MOOC平台推出的混合式教学工具，2016年2月由学堂在线与清华大学在线教育办公室共同研发一款Microsoft PowerPoint的插件，旨在连接师生的智能移动终端^[11]。课前教师按照课程风格和特点设计PPT课件、课堂内容、习题和语音，在课前预习的课件中插入学堂在线的MOOC视频(全部免费开放)，讲义和腾讯、优酷、土豆视频，课前预习课件推送到学生手机，预习监测与答疑。课堂上限时答题、弹幕互动、不懂”按键等方式，及时掌握课堂学习效果反馈，通过课堂红包、随机点名等方式，提高学生课堂注意力^[12]。课后推送的PPT等资料则可以让学生随时学习，有助于提高学生自学能力^[13]；雨课堂教学模式打破时空限制、师生交互不足问题，将线上与线下教学资源相结合，让课前—课中—课后环节的每一项内容都赋予全新的体验，从而有效提升知识吸收和传授的效率，如图 1所示。

图 1(Fig.1)

图 1 雨课堂的主要功能 Fig.1 Main Functions of the Rain Classroom

《GIS空间分析技术》作为地理科学专业的必修基础课，具有较强的技术性、专业性、实践性和交叉应用性，课堂教学的突出问题表现在内容繁杂，上机操作内容多；教学方式单一；理论与实践脱节；实验课时少且实验类型单一；课程考核方式欠科学；学生课堂表现难量化。为了培养既具备扎实的GIS理论知识，又具备较强的GIS实践能力的复合型地理人才，本文结合陕西理工大学地理科学专业《GIS空间分析技术》课程的教学现状，结合实践教学课堂特点和授课内容，采用雨课堂辅助教学、多元化课程考核方式等对GIS基础实践技能进行混合式课堂教学改革与实践探索。

2017-2018学年第一学期，以地理科学1601班(共33名)作为试点，尝试在《GIS空间分析技术》授课中引入雨课堂教学工具辅助实践教学，其中理论授课6个学时，实践授课26个学时，共32个学时。本次雨课堂主要应用于地理信息系统实验教学内容模块，即“课程引导”、“实验课”和“专题任务”三部分。课程引导的授课内容主要介绍《GIS空间分析技术》课程的授课方式、学习内容、学习方法、考核方式、课程要求、学习目标等，使学生充分了解课程独特的教学方式，尤其是为网络自学、实验课和专题任务小组讨论有所规划和准备。GIS实践内容主要分为：基础型、技能型、设计型、综合型、应用型和创新型实验，按照循序渐进、由易到难、由简单到复杂的逻辑思维，安排具体授课内容。专题任务内容设置7个教学模块，涉及空间数据采集与处理、空间分析、地统计学分析、三维分析与应用、流程化建模、GIS专题制图和GIS案例应用等重点知识。

为了提升GIS实践教学质量和学生实践能力，从雨课堂的在线分析和后台数据驱动入手，将《GIS空间分析技术》教学内容与现代信息技术有效融合，采用多媒体演示、案例式、模块化和小组讨论等多元化教学方式。在充分吸纳学生的意见和反馈基础上，GIS实践授课注重GIS基础理论和实验操作的衔接，优化了GIS采集仪、GPS(global positioning system)定位仪、遥感图像预处理等内容。

1) 课前准备。课前环节任务包括学生基础水平和知识结构调查，通过微信平台将预习课件和学习资源推送给学生，了解所要学习的GIS操作和相关知识点，由学生进行自主预习。授课教师需要预习教学任务、准备教学资源(课件、操作视频、录音、讲义)、预习授课PPT、课堂测验设计、课堂评价等环节。教学过程设计将碎片化的知识资源体系化，培养学生自我构建系统性知识的能力，使教学资源充分实现开放共享。

2) 课上互动。课堂互动包含学生预习效果调查、弹幕疑问、投稿留言、预习的问题答疑，随堂限时小测，学生分组讨论^[14]。学生可点击“不懂”和错误的知识点，授课教师能及时掌握学生听课注意力、理解程度和知识吸收效果，探讨详尽实验操作过程及原理；通过汇总错误结果和疑问，在各个小组间进行讨论与分析，将师生的详解、注释进行共享和交流。

3) 课后反馈。课后反馈环节主要是课堂后台数据分析与课堂能力评价的过程，也是混合式教学模式的重要组成部分^[15]。在课前准备和课中互动阶段，学生基本上实现了第一次和第二次知识内化；专题任务练习设计是根据课后反馈、后台数据驱动和知识点归纳，深入学习GIS实践教学模块化内容，如表 1所示，对GIS基础操作、创新水平、系统思维、知识应用进行二次检验，以便引导学生自行思考学习中存在的不足之处，任课教师亦能进一步完善授课思路和教学方法。

表 1(Tab.1)

表 1 专题任务学习与GIS实践要求 Tab.1 Thematic Learning Task and GIS Practical Requirements

表 1 专题任务学习与GIS实践要求 Tab.1 Thematic Learning Task and GIS Practical Requirements 序号 专题任务 GIS实践要求 1 陕西理工大学南区校园二、三维数字化 多源空间数据处理、矢量化、地理配准、格式转换与投影、数据库的组织与管理、三维分析 2 汉江流域水系信息提取 数字高程模型分析、河网提取、流域分割 3 汉江流域气象要素空间插值分析 矢量数据组织、空间插值方法、矢量-栅格数据转化、GIS制图 4 某地区旅游景点专题地图绘制 矢量、栅格数据符号化、地图布局设计、图幅操作、标注与注记、地图要素整饰、地图输出与保存 5 基于GIS的某市垃圾回收站规划分析 在线地图数据矢量化、路径优化、距离分析、缓冲区分析 6 基于GIS技术的汉江流域生态环境评价 叠加分析、栅格计算、地理建模、重分类 7 基于GIS和遥感技术的流域非点源污染模拟 栅格数据的非监督分类、空间插值、叠加分析、距离制图 8 GIS建模工具案例应用分析 Modebuilder流程化建模、ArcToolbox模块、Python编程、R语言包

为了解学生对引入雨课堂教学的态度，采用在线问卷方式调查，喜欢和比较喜欢雨课堂教学的学生人数比重为60.6%，强化了学生在课前、课后学习的自主性，课堂授课气氛活跃，师生互动交流较多。有27.3%的学生对引入雨课堂教学保持无所谓态度，感觉与传统课堂授课差异不大；仅有12.1%的学生认为雨课堂授课模式相对于传统课堂教学，授课效率低下，传授知识点偏少。

为了对比传统授课和雨课堂授课模式的课堂效果，随机选取1个学时的基础实验课，按照课前预习、课堂小测、提问、课后答疑等环节组织讲授，分析学生课堂注意力持久时间。雨课堂模式下学生听课注意力持久时间大于30 min的学生人数占87.9%，比传统课堂授课提高了24.2%。学生通过点击“不懂”，及时反馈给老师，教师进一步详解使教学内容充分理解；随堂限时测验(单选题、多选题、主观题)，不仅加深学生对重点知识的吸纳能力，也提高学生注意力。课堂弹幕、投稿留言等方式，使师生互动次数明显增加，课堂交流气氛活跃。

雨课堂的教学效果从学生学习兴趣、态度和学习主动性分析，学习兴趣很强和较强的学生人数比重之和为78.8%；学习态度较强的和能够自主学习的学生人数比重均为75.7%。学生普遍认为课堂红包、“不懂”、随机点名、弹幕、视频播放等方式能有效调节课堂气氛，调动课堂听讲注意力和学习积极性。

GIS实践能力从GIS操作技能、实验技能、写作技能方面进行综合分析。GIS基本操作精通和熟练的学生人数比重累积为63.6%，对实验操作及应用精通和熟练的学生人比重累积为66.7%，实验报告、任务书和操作过程文档撰写能力达到熟练和精通的学生人数比重累积为60.6%。这表明雨课堂授课环节灵活应用，能够帮助大多数学生的GIS实践能力提高和GIS专业术语的正确使用。

学生的出勤率是保证课堂教学任务完成的重要前提，也是教学质量控制的手段之一。按照每节课课堂授课时长为50 min，在传统课堂中全班33位同学的一次考勤时长大概4 min。学生通过微信扫码方式加入雨课堂，随机点名环节仅需几秒钟，课堂考勤效率高。学生平均考勤率为97.5%。

课程综合考核成绩由上机考试实验成绩(权重为70%)，实验报告和作业成绩(权重为20%)、平时成绩(权重为10%)三部分加权求和。为了对比雨课堂和传统课堂讲授教学效果，随堂测试(单选题、多选题)表明，雨课堂教学模式下的优秀(成绩区间90~100分)和良好(成绩区间80~89分)的学生人数比重累积占到学生总人数75.7%，比传统授课的学生人数比重提高了30.3%；与传统授课课堂相比，雨课堂模式下的不及格(成绩区间小于60分)学生比重降低了6.1%。这表明雨课堂教学模式下的碎片化知识点归纳、回顾、消化和吸收的时间延长，学习效果优于传统授课模式，主要体现促进学生课前、课中、课后的主动性提高，间接延伸了教学时长，使良好和优秀的学生人数比重增加。

为了分析雨课堂与传统课堂教学在课程考核成绩的差异，地理1501班(32人)、地理1502班(28人)的授课采用传统课堂的模块化、案例式教学模式，地理1601班(33人)采用雨课堂教学，地理2015级两个班和地理1601班的考核环节分值设置、考核次数均一致。如图 2所示，地理1501班、1502班和1601班考核成绩区间80分至100分的学生人数比重，分别为25.0%、28.6%和45.5%；地理2015级的课程综合考核不及格率为16.5%，地理1601班课程综合考核不及格率为9.0%，而且实验报告成绩平均分值也提高了12.3%。虽然班级学生人数和生源质量对课程考核成绩会存在较小的差异，但地理1601班的课程综合成绩均值比地理1501班、地理1501班均有所提高，这也表明雨课堂模式下的实践学习主动性，有助于缩短实验、实践操作的完成时间，提高学生的学习效率。

图 2(Fig.2)

图 2 雨课堂和传统课堂模式下的综合考核成绩对比 Fig.2 Comparison of Comprehensive Examination Scores in the Rain Classroom and Traditional Classroom Mode

雨课堂教学模式的便捷，简单的操作，面对课前—课中—课后的教学环节设计，对教师提出更高的要求，在不调整正常授课课时的情况下，相当于增加了教师的工作时长。限时测验、弹幕、课堂红包、随机点名等活跃课堂气氛的环节，也占用了一些授课时间，干扰授课进度，可根据授课内容及特点灵活应用。校园网络覆盖和避免网络拥堵是保证雨课堂教学顺利进行的前提，对智能手机的依赖性较高。新的教学环境和模式能在一定程度上激发学习兴趣，但仍需从教学组织和教学内容设计上，探索课堂建设、创新能力、教学质量的提升。因此，雨课堂教学在实际应用中要考虑需要课程特点、授课环境及教学设备条件等因素，教师也需要在信息技术素养、教学设计水平、教学理念改变和教学数据素养方面需要进一步提升^[16]，以适应“大数据”背景下的课堂教学在线分析，将课堂教学数据驱动发挥出潜在价值。

雨课堂引入《GIS空间分析技术》必修课的教学实践环节，不仅在课堂互动交流增加、也让任课教师实时掌握课堂学习效果和授课反馈，促进了线上与线下教学资源的衔接，打破传统课堂的时空限制和师生信息传递不足，而且课前和课后的环节设置让学生自学兴趣和认知过程得到强化，使现代教学模式更具智能化、信息化和科技感。此外，雨课堂在GIS实践教学的应用为课程教学改革提供了案例参考，下一步将做好开放课程的建设与经验交流，提升教师交互学习水平、信息技术能力。在地理信息技术实践课程体系的建设成熟后，将雨课堂教学法引入到地理科学专业其他实践课程教学的课程设计、课程结构、内容和考核测验等方面，提高“互联网+”背景下的智慧教学水平和人才培养质量。