“高等物理海洋學(xué)”線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)探索

曾智 史劍 張雪艷 杜輝 郭海龍

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)設(shè)計(jì);線上線下混合式;高等物理海洋學(xué);翻轉(zhuǎn)課堂

[基金項(xiàng)目] 2020年度國(guó)防科技大學(xué)研究生教育教學(xué)改革課題“海洋動(dòng)力學(xué)課程群翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改革研究”（yjsy2020068）;2021年度湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目“課程思政視角下的‘海洋數(shù)值預(yù)報(bào)’課程混合式教學(xué)改革探索與實(shí)踐”（HNJG-2021-0274）;2021年度湖南省學(xué)位與研究生教學(xué)改革研究項(xiàng)目“以研究生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的‘海洋科學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)’課程教學(xué)改革探索和實(shí)踐”（2021JGYB013）

[作者簡(jiǎn)介] 曾 智（1994—），男，湖北武漢人，博士，國(guó)防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院講師，主要從事海洋動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬研究;史 劍（1981—），男，江蘇揚(yáng)州人，博士，國(guó)防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院副教授，主要從事物理海洋學(xué)研究;張雪艷（1982—），女，山東煙臺(tái)人，碩士，國(guó)防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院副教授，主要從事海洋數(shù)值計(jì)算研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）17-0081-04 [收稿日期] 2022-01-13

近年來(lái)，海洋科學(xué)專業(yè)學(xué)科發(fā)展尤為迅速，這是由海洋的重要戰(zhàn)略意義決定的。黨的十八大明確提出，堅(jiān)決維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益，建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)。因此，發(fā)展海洋科學(xué)理論與技術(shù)成為我國(guó)當(dāng)前和未來(lái)的重要任務(wù)。我國(guó)擁有廣闊的海洋領(lǐng)土，開(kāi)拓海洋關(guān)系著我國(guó)的興衰，也關(guān)系著中華民族偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)的實(shí)現(xiàn)。

“物理海洋學(xué)”課程是各類海洋高校海洋科學(xué)、海洋技術(shù)及大氣科學(xué)等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，而“高等物理海洋學(xué)”則是國(guó)防科技大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱我校）面向海洋科學(xué)專業(yè)碩士研究生開(kāi)設(shè)的專業(yè)課程之一，是在本科“物理海洋學(xué)”課程的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加深和拓寬知識(shí)面的課程，也是海洋科學(xué)研究生的一門重要專業(yè)理論課。課程主要講解海洋中的各種重要的海洋現(xiàn)象及其動(dòng)力機(jī)制，包括海流、海浪、潮汐、海洋內(nèi)波、中尺度渦、海洋鋒、海冰等。課程著重強(qiáng)化對(duì)這些海洋現(xiàn)象產(chǎn)生、發(fā)展和消亡的理論，以及研究方法的理解和實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)，包括海洋現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)技術(shù)和海洋數(shù)據(jù)的處理等，使學(xué)生在學(xué)習(xí)物理海洋理論知識(shí)的同時(shí)，能較好地掌握實(shí)踐應(yīng)用技能，為后續(xù)進(jìn)一步開(kāi)展海洋科學(xué)研究、從事海洋環(huán)境保障、進(jìn)行海洋調(diào)查和監(jiān)測(cè)、處理海洋數(shù)據(jù)等奠定基礎(chǔ)，也幫助學(xué)生適應(yīng)未來(lái)的崗位任職需求。

目前，課程的教學(xué)模式主要是課堂講授和討論，但是我們的社會(huì)已進(jìn)入高度信息化時(shí)代，因此探究如何充分利用先進(jìn)的信息技術(shù)來(lái)增加課堂的開(kāi)放性、提高教學(xué)模式的多元化水平、建設(shè)信息化教學(xué)成為教學(xué)與時(shí)代接軌的一個(gè)重要教學(xué)研究問(wèn)題[1]。此外，課程目前的教學(xué)內(nèi)容以各種理論為主，如何在教學(xué)過(guò)程中有機(jī)地結(jié)合理論與實(shí)際應(yīng)用也是教學(xué)設(shè)計(jì)面臨的重要問(wèn)題。近年來(lái)，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的提出是現(xiàn)代化信息技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)了新的教學(xué)模式的發(fā)展。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是將教學(xué)任務(wù)中最容易的部分，即知識(shí)的傳授轉(zhuǎn)移到課堂之外，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，從而能夠充分利用師生之間、生生之間面對(duì)面的機(jī)會(huì)進(jìn)行社會(huì)化的互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)提高學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、提升創(chuàng)造性思維等教學(xué)目標(biāo)[2]。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的提出使得傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式向線上線下混合式教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。

本文首先對(duì)我校“高等物理海洋學(xué)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，剖析其教學(xué)過(guò)程中的特點(diǎn)與存在的問(wèn)題;然后針對(duì)海洋科學(xué)專業(yè)碩士生的特點(diǎn)，基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，提出具體的教學(xué)設(shè)計(jì)，并以《潮致內(nèi)波》章節(jié)為例，設(shè)計(jì)相關(guān)的教學(xué)方案，探索線上線下混合式的特色教學(xué)實(shí)踐，促進(jìn)我校海洋科學(xué)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，為廣大教師提供參考和借鑒。

一、教學(xué)現(xiàn)狀分析

課堂的主體是學(xué)生，而“高等物理海洋學(xué)”課程的主體是海洋科學(xué)領(lǐng)域的碩士研究生。選擇修習(xí)本課程的碩士研究生具有多元性的特征，既包括本科專業(yè)是海洋科學(xué)的學(xué)生，又包括本科專業(yè)是其他專業(yè)（如大氣科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等）的學(xué)生。這些跨專業(yè)的學(xué)生存在物理海洋學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱的問(wèn)題[3]。此外，學(xué)生還分為全日制和在職兩類，其中一些還未就職的學(xué)生職業(yè)思想不穩(wěn)定。綜合來(lái)看，這些學(xué)生的能力和知識(shí)儲(chǔ)備水平參差不齊，在專業(yè)理論基礎(chǔ)、思想觀念、就業(yè)去向等方面有一定的差異，但他們普遍具有足夠的數(shù)學(xué)和物理知識(shí)、實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值的愿望強(qiáng)烈、思想活躍、不懼課堂討論與發(fā)言等特征。

雖然近年來(lái)授課教師已經(jīng)有意識(shí)地設(shè)置了不同層次、不同難度的教學(xué)內(nèi)容，有針對(duì)性地適應(yīng)來(lái)自不同學(xué)科背景的學(xué)生，但從每次課堂測(cè)評(píng)和期末測(cè)評(píng)中可以看出，學(xué)生對(duì)于各類物理海洋學(xué)概念、海洋現(xiàn)象的演化機(jī)制、理論推導(dǎo)與計(jì)算等仍未有效掌握，從而導(dǎo)致學(xué)生不易形成連貫的知識(shí)體系，進(jìn)而在學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題。如對(duì)海洋內(nèi)波傳播方程中的各項(xiàng)物理意義的理解模糊;對(duì)潮致內(nèi)波的產(chǎn)生機(jī)制和過(guò)程理解不深;對(duì)內(nèi)波的能量傳播沒(méi)有清晰的思路;等等。通過(guò)回顧與上述三個(gè)問(wèn)題相關(guān)的課堂教學(xué)，發(fā)現(xiàn)課堂里幾乎全是與潮致內(nèi)波相關(guān)的專業(yè)知識(shí)的理論精講，教師幾乎一堂課通篇陳述，即傳統(tǒng)式的課堂教學(xué)。而由于學(xué)生整堂課都在學(xué)習(xí)新的概念，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)于知識(shí)的吸收隨著課堂的進(jìn)行大幅下降。同時(shí)，教師通篇的陳述性語(yǔ)言易造成學(xué)生注意力不集中、感覺(jué)枯燥單調(diào)，學(xué)生對(duì)于知識(shí)學(xué)習(xí)的參與感不強(qiáng)烈，不易對(duì)知識(shí)點(diǎn)留下深刻的印象。

縱觀課程近年來(lái)的教學(xué)過(guò)程，類似于上述情況的課堂很常見(jiàn)，這就導(dǎo)致學(xué)生不能掌握課堂教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，繼而使得認(rèn)知不夠清晰和完整。為了解決這一問(wèn)題，僅僅依靠傳統(tǒng)課堂教學(xué)是不夠的。為此，本文嘗試借助現(xiàn)代化手段，通過(guò)線上線下混合式的教學(xué)模式進(jìn)行信息化的教學(xué)設(shè)計(jì)，以期使學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率，更好地把握學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

二、線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)探索

線上教學(xué)是一種將互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為載體的學(xué)習(xí)行為。在此過(guò)程中，教師既可以是本節(jié)課的授課教師，也可以是本校或別的學(xué)校的教師。學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際需求，包括課程內(nèi)容、課程時(shí)間等，在網(wǎng)絡(luò)上選擇合適的課程完成自主學(xué)習(xí)[4]。教師與學(xué)生之間是多對(duì)多的關(guān)系。線上教學(xué)打破了傳統(tǒng)教學(xué)在時(shí)間和空間上的局限性，使得學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)習(xí)慣和時(shí)間安排更加靈活地學(xué)習(xí)，也不必拘泥于固定的教室。線上學(xué)習(xí)的載體為電腦、手機(jī)等智能設(shè)備，而現(xiàn)在學(xué)生的主體是90后和00后，是互聯(lián)網(wǎng)的原住民，移動(dòng)智能設(shè)備在學(xué)生群體中基本普及，且學(xué)校的自習(xí)室、圖書(shū)館、宿舍等重要的學(xué)習(xí)生活場(chǎng)所也基本有網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，因此線上學(xué)習(xí)大大方便了學(xué)生隨時(shí)隨地地完成自主學(xué)習(xí)。然而，線上教學(xué)的師生之間不見(jiàn)面也不交流，學(xué)生在觀看視頻的過(guò)程中得不到教師的指導(dǎo)，如果遇到難以理解的問(wèn)題，無(wú)法得到及時(shí)的解決。此外，線上教學(xué)常常是由學(xué)生自主獨(dú)立完成，缺乏與其他同學(xué)之間的交流，合作與討論活動(dòng)非常少。

線下教學(xué)雖然在固定的時(shí)間和空間內(nèi)進(jìn)行，但是能彌補(bǔ)上述缺陷。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中可以及時(shí)地提出疑問(wèn)，教師及時(shí)進(jìn)行講解并得到反饋，以優(yōu)化以后的教學(xué)設(shè)計(jì)和講授。同時(shí)，教師可以組織學(xué)生進(jìn)行小組討論、布置小組作業(yè)，鍛煉學(xué)生的合作交流能力。因此，結(jié)合上述兩種教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)，充分利用兩種模式的優(yōu)點(diǎn)，能對(duì)提高課堂質(zhì)量起到事半功倍的效果。

（一）教學(xué)模式設(shè)計(jì)

一次課的學(xué)習(xí)可以分為課前、課中和課后三個(gè)部分。教師和學(xué)生全程參與整個(gè)教學(xué)過(guò)程，充分發(fā)揮線上模式和線下模式的優(yōu)點(diǎn)。

課前主要是學(xué)生思維開(kāi)拓、認(rèn)知形成的階段。由于線上教學(xué)的靈活性，因此可以將教學(xué)內(nèi)容中比較容易的部分放到課前，讓學(xué)生通過(guò)電腦、手機(jī)等智能設(shè)備自主完成課前學(xué)習(xí)，為課中的學(xué)習(xí)做鋪墊。這部分的教學(xué)素材是教學(xué)中的基礎(chǔ)內(nèi)容，主要用于夯實(shí)基礎(chǔ)[5]。教師可以將自己的網(wǎng)絡(luò)課程或其他線上教學(xué)資源，例如中國(guó)大學(xué)MOOC課程、Educoder教學(xué)平臺(tái)課程、SPOC課程、網(wǎng)易網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)課、北京大學(xué)公開(kāi)課等，作為課前學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。但是需要注意的是，這些資源良莠不齊，教師在使用這些資源之前首先需要對(duì)它們有一個(gè)統(tǒng)籌地把控，根據(jù)教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)，有選擇性地篩選出合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并根據(jù)知識(shí)內(nèi)容和難度貼上相應(yīng)的標(biāo)簽，例如“必須掌握”“建議學(xué)習(xí)”“了解即可”等，從而最優(yōu)化地平衡學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)效率[6]。學(xué)生根據(jù)教師布置的要求開(kāi)展自主學(xué)習(xí)后，對(duì)即將學(xué)習(xí)的新知識(shí)有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，也會(huì)存在一些疑問(wèn)和感興趣的內(nèi)容。學(xué)生整理學(xué)習(xí)后的疑問(wèn)、興趣點(diǎn)、建議、需求等，帶入課堂或提前與教師進(jìn)行交流。

對(duì)于課堂上要講解的內(nèi)容，教師要充分考慮學(xué)生課前學(xué)習(xí)的情況，包括學(xué)生對(duì)于課前學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握程度、學(xué)生存在疑問(wèn)的地方、學(xué)生的興趣點(diǎn)等，依據(jù)這些情況完善教案，對(duì)課堂教學(xué)安排進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹Ｔ谑谡n過(guò)程中，教師不僅要注意知識(shí)點(diǎn)的完整性和系統(tǒng)性，也應(yīng)該多安排參與式教學(xué)活動(dòng)，即師生之間、生生之間的互動(dòng)交流，加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的印象和理解，提升學(xué)生的獲得感，幫助學(xué)生消化相關(guān)的概念、邏輯、方法等。在參與式教學(xué)活動(dòng)中，教師可以借助“雨課堂”教學(xué)平臺(tái)、Educoder教學(xué)平臺(tái)等多媒體手段，設(shè)置隨堂測(cè)驗(yàn)、課堂討論、頭腦風(fēng)暴、小組作業(yè)等具體的互動(dòng)形式，提升課堂活力。

完成授課后，教師可以布置多樣化的課后作業(yè)，包括傳統(tǒng)紙質(zhì)答題、線上答題、閱讀文獻(xiàn)、撰寫報(bào)告、觀看視頻、微信群討論等多種形式，讓學(xué)生回顧學(xué)習(xí)內(nèi)容，梳理知識(shí)脈絡(luò)。教師也可以根據(jù)需要安排課外自主學(xué)習(xí)內(nèi)容，幫助學(xué)生擴(kuò)寬視野，提升對(duì)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知度。在完成課后作業(yè)的批改和反饋后，教師應(yīng)進(jìn)行反思，回顧整節(jié)課有哪些地方值得加強(qiáng)、哪些地方需要修改、教學(xué)效果如何等，并結(jié)合學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的反饋，尤其是對(duì)教學(xué)的建議，對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改完善，以提高日后的教學(xué)水平。下面以《潮致內(nèi)波》章節(jié)為例，介紹具體的教學(xué)設(shè)計(jì)。

（二）以《潮致內(nèi)波》章節(jié)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)為例

《潮致內(nèi)波》章節(jié)的主要內(nèi)容是潮致內(nèi)波的概念、潮汐導(dǎo)致內(nèi)波產(chǎn)生的機(jī)理和過(guò)程、潮致內(nèi)波的能量傳播特點(diǎn);教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生理解潮汐如何導(dǎo)致內(nèi)波的產(chǎn)生、了解潮致內(nèi)波在傳播過(guò)程中能量變化有何特征。本節(jié)課的具體教學(xué)設(shè)計(jì)如下。

課前，線上自主學(xué)習(xí)。讓學(xué)生通過(guò)MOOC網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)學(xué)習(xí)與海洋內(nèi)波相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)課程，熟悉海洋內(nèi)波現(xiàn)象，包括掌握其概念與定義、了解描述內(nèi)波傳播的數(shù)學(xué)方程、了解導(dǎo)致內(nèi)波產(chǎn)生的因素，使學(xué)生對(duì)海洋內(nèi)波有了一個(gè)初步的認(rèn)知，也知道潮汐能導(dǎo)致海洋內(nèi)波的產(chǎn)生。同時(shí)，讓學(xué)生整理在學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的疑問(wèn)和感興趣的地方，例如如何理解描述內(nèi)波傳播的數(shù)學(xué)方程、潮汐導(dǎo)致海洋內(nèi)波出現(xiàn)的具體過(guò)程是怎樣的。

課中，線下知識(shí)點(diǎn)精講。教師首先對(duì)學(xué)生在課前學(xué)習(xí)的情況作一個(gè)宏觀的分析，并通過(guò)隨堂測(cè)驗(yàn)了解學(xué)生對(duì)于潮致內(nèi)波相關(guān)知識(shí)的掌握程度，然后適時(shí)地依據(jù)具體情況調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。對(duì)于該章節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，包括內(nèi)波傳播方程中每一項(xiàng)的物理意義、內(nèi)波的能量變化等，注重參與式學(xué)習(xí)，利用“雨課堂”平臺(tái)加強(qiáng)教師與學(xué)生之間的交流，提高學(xué)生的參與度，激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)去思考和探索方程中各項(xiàng)的來(lái)源，以及各項(xiàng)的變化會(huì)導(dǎo)致什么后果，以此來(lái)啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)的物理意義。在了解到潮汐對(duì)于內(nèi)波的產(chǎn)生具有明顯的影響時(shí)，引出潮致內(nèi)波的概念，然后依據(jù)課本知識(shí)講解潮汐導(dǎo)致內(nèi)波產(chǎn)生的具體過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生去想象并在草稿紙上畫(huà)出潮汐導(dǎo)致內(nèi)波產(chǎn)生的每一個(gè)重要步驟。除了問(wèn)題引導(dǎo)外，教師還可以借助Educoder平臺(tái)展示潮致內(nèi)波的相關(guān)視頻，增加課堂的趣味性，幫助學(xué)生加深潮汐導(dǎo)致內(nèi)波產(chǎn)生的具體過(guò)程的印象。

課后，線上線下復(fù)習(xí)。教師布置書(shū)面作業(yè)和開(kāi)放作業(yè)，其中書(shū)面作業(yè)是寫出描述內(nèi)波傳播過(guò)程的方程并解釋各項(xiàng)的物理意義;開(kāi)放作業(yè)是在網(wǎng)絡(luò)上查找和閱讀潮致內(nèi)波研究的最新文獻(xiàn)，整理最新研究進(jìn)展和成果，在下一次課上進(jìn)行匯報(bào)和討論。

最后，教師對(duì)整個(gè)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)和分析，包括課前學(xué)習(xí)素材的難易程度、潮致內(nèi)波重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容的講解過(guò)程、課后學(xué)生的作業(yè)完成情況等，對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)再次進(jìn)行優(yōu)化完善，以便更好地進(jìn)行下次授課。

三、總結(jié)與思考

課程是人才培養(yǎng)的核心要素?！案叩任锢砗Ｑ髮W(xué)”課程是一門以理論知識(shí)為主的專業(yè)課程，旨在擴(kuò)寬碩士研究生對(duì)于物理海洋學(xué)的認(rèn)知，幫助學(xué)生適應(yīng)未來(lái)崗位的認(rèn)知需求，需要予以一定的重視。通過(guò)將線上教學(xué)模式與線下教學(xué)模式結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮兩種模式的優(yōu)點(diǎn)，將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)連貫起來(lái)，通過(guò)課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié)完成知識(shí)的預(yù)習(xí)、精講和回顧，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。當(dāng)然，本文設(shè)計(jì)的以《潮致內(nèi)波》章節(jié)為例的課堂教學(xué)只是眾多教學(xué)模式中的一種，教學(xué)有法，教無(wú)定法，在未來(lái)授課過(guò)程中可以參考并依據(jù)具體情況進(jìn)行修改完善。總之，依據(jù)線上線下混合式教學(xué)模式進(jìn)行“高等物理海洋學(xué)”課程的教學(xué)設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)課堂模式，使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和滿意度得到了保障。

參考文獻(xiàn)

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Abstract： With the rapid development of information technology， online and offline mixed teaching has become a new hot spot in higher education information technology. Aiming at the characteristics of Advanced Physical Oceanography， this paper firstly analyzes the current situation of teaching， including teaching content， teaching objects， teaching effects， etc. Then， a teaching design with detailed content and method is proposed based on the online and offline mixed teaching mode. A teaching plan with some chapters of Tidal Internal Waves as an example is designed to explore the teaching method with the characteristics of Advanced Physical Oceanography， which aims at improving the teaching quality and teaching efficiency of the course， and promoting the related disciplines of marine science.

Key words： teaching design; online and offline mixed mode; Advanced Physical Oceanography; flipped classroom