基于在線教學和虛擬仿真的實習課程實施經驗探討

魏永亮　胡松　張瑜　王家為

摘 要 現場調查和觀測對于海洋科學研究非常重要，也是海洋科學專業教學中不可缺少的環節。今年根據實際情況調整了原教學計劃，為保質保量完成教學任務，本文以開設的海洋水文氣象調查與觀測實習為例，探討利用在線教學平臺和已開發的虛擬仿真實驗教學課件相結合的課程實施經驗。

關鍵詞 在線教學 虛擬仿真 實習課程

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.02.012

Discussion on Implementation Experience of Practice Course

Based on Online Teaching and Virtual Simulation

WEI Yongliang， HU Song， ZHANG Yu， WANG Jiawei

（College of Marine Science， Shanghai Ocean University， Shanghai 201306）

Abstract Field investigation and observation is very important for marine science research， and it is also an indispensable link in marine science teaching. This year， the original teaching plan has been adjusted according to the actual situation. In order to complete the teaching task with quality and quantity， this paper takes the practice of marine hydrometeorological survey and observation as an example to explore the experience of combining the online teaching platform with the developed virtual simulation experimental teaching courseware.

Keywords online teaching; virtual simulation; practice course

2020年春季學期各高校根據實際情況開展研究分析，快速切換至網絡平臺進行在線授課。[1]上海海洋大學的網絡合作平臺是“泛雅平臺”，經過短暫的忙亂后，師生們適應了在線教學節奏，較好地完成了理論課程授課任務。但對于實習實踐課程來說情況又不一樣。很多實習實踐課程都要求有校外實習內容，在此特殊時期學生無法到校、無法外出，也就不能正常按時完成計劃。為此學校要求各系調整實習方案，或者按照原時間進行，但內容要進行調整，或者延后至下學期開學后完成。

本文作者負責的實習課程是“海洋水文氣象調查與觀測實習”，按照正常實習教學計劃，需要乘船至海上進行現場觀測調查。特殊時期下，本實習沒有選擇延后進行，因為延后進行的實習并不在下學期的課表安排中，需要自行找時間進行，時間比較零散，不利于實習教學效果。課程組教師成員經過討論后，決定結合泛雅網絡平臺和已開發的虛擬仿真實驗教學課件，以新的形式完成實習任務。

課程組成員基本都主持了虛擬仿真實驗教學課件的研發任務，先后建有“中尺度渦虛擬仿真實驗”[2]“潮汐潮流動力過程仿真實驗”[3]“風浪流水槽虛擬仿真實驗”“大洋環流虛擬仿真實驗”“海洋水文氣象調查與觀測實習虛擬仿真”[4]等項目，足以滿足正常教學開展需求。

1 海洋水文氣象調查與觀測實習實施過程

1.1 實習課程介紹

“海洋水文氣象調查與觀測實習”為本校海洋科學大二學生開設，在夏季短學期內進行，日期一般在6月底至7月初。[5]實習目的為，使學生了解以船基和陸基為平臺的海洋調查主要儀器、觀測方法、觀測項目、數據獲取、數據分析等，掌握常規觀測儀器的使用方法，通過對海洋現象的感性認識，加深對海洋科學理論的理解，鍛煉意志，培養學生認識問題、分析解決問題的能力，為其今后更好地從事海洋研究、海洋管理、環境保護等工作打好基礎。實習內容為常規海洋水文和氣象要素的觀測，包括儀器的使用、觀測步驟和注意事項。

整個實習包括外業和內業兩模塊。外業實習模塊分為船基、陸基及校內實習三部分，具體內容如下：

（1）船基實習：借助上海洋山港海事局船只，在洋山港附近相關水域設置若干站位，進行現場海洋水文氣象調查與觀測，具體內容包括：8個常規氣象要素：氣溫、氣壓、濕度、風速、風向、云量、云狀、天氣現象;9個水文要素：深度、表層水溫、表層以下標準層次水溫、鹽度、水色、透明度、波浪、海流、潮汐。

（2）陸基實習：組織學生分批前往蘆潮港海洋環境觀測站開展參觀實習活動，通過觀測站工作人員現場講解、演示，了解觀測站常規海洋調查儀器的使用方法及注意事項，并參與觀測站常規數據觀測、記錄、整理等日常工作。

（3）校內實習：分為①海水鹽度實驗室分析，利用實驗室鹽度儀對出海調查所采集的海水樣品進行鹽度測定和分析;②學校自動氣象站觀測數據收集、比測等。

內業實習模塊包括數據分析、資料整理及實習報告撰寫與提交等。數據分析主要針對外業調查所收集的調查數據資料等進行整理和分析，繪制成各種空間分布和時間變化圖，根據數據、分布圖及所學海洋科學理論進行定性或定量分析，了解和掌握海洋要素分布、變化及海水運動規律等，在此基礎上完成并提交實習報告一份。

1.2 調整實習計劃

結合在線教學和虛擬仿真實驗教學軟件，將實習內容調整為三個模塊，包括錄制儀器操作、目視觀測和觀測注意事項介紹視頻，上傳至泛雅平臺供學生在線學習;虛擬仿真實驗教學軟件學習及考核;海洋觀測數據畫圖分析、實習報告。

實習具體方式包括：教師直播介紹實習情況，給出實習要求與任務;學生在線學習錄播實習內容;學生登錄上海海洋大學虛擬仿真綜合管理平臺，學習虛擬仿真實驗教學軟件及考核;教師在線（微信群）協助答疑、指導。所有資料上傳泛雅平臺。

1.3 召開線上實習動員大會

實習開始前利用騰訊會議在線軟件召開實習動員大會，向同學們講解實習內容、實習安排和實習注意事項，重點介紹海上安全注意事項。雖然今年無法出海觀測實習，但是出海的注意事項仍然需要介紹，讓學生知道海上環境的瞬息萬變和觀測操作的難度。

1.4 錄制實習操作在線教學視頻

為了方便學生可以反復觀看學習，因此采用錄制視頻而不是直播的方式實施實習的在線教學部分。學校內部有豐富的河流資源，因此錄制地點選取在河流上的小橋邊，模仿海洋環境，可以將儀器放入水中進行操作。實習中使用到的海洋調查觀測儀器包括表面溫度計、小型溫鹽深測量儀、透明度盤、水色計、采水器。氣象要素觀測儀器包括三杯風速風向表、干濕溫度表和空盒氣壓表。目視觀測項目包括海浪、天氣現象、云量和能見度。

實習教師需要講解每一個觀測儀器的功能結構，邊操作邊重點介紹觀測操作步驟、目視項目觀測步驟以及調查觀測注意事項，并使用設備拍攝，整理后上傳至泛雅平臺。

以小型溫鹽深測量儀為例，首先介紹其整體結構和面板顯示圖標，讓學生了解每一個圖標的內容和含義，在測量中如何選擇、如何設置、如何操作以及如何查看結果。然后，介紹下放觀測步驟，選擇相應的圖標功能后，等待設備與GPS衛星連接，確定其位置。之后，啟動觀測程序，并開始下放儀器，在水面處停留半分鐘等待儀器適應海水溫度環境，之后繼續勻速下放，儀器探底或繩索完全放出后立即勻速收回，結束觀測。選擇相應圖標，可以查看剛才的測量結果，包括海水溫度、鹽度和深度，確定其趨勢是否正確。

1.5 學習操作虛擬仿真實驗教學課件

在學習完成第一部分視頻內容的基礎上，進行兩個虛擬仿真實驗教學課件的學習及考核：“淞航號”海洋水文觀測系統虛擬仿真和海洋水文氣象調查與觀測實習虛擬仿真，并指出兩個教學軟件的問題。兩個課件均包含練習模式和考核模式，學生練習熟練后可以進行考核。

“淞航號”海洋水文觀測系統虛擬仿真包含了“淞航號”科考船上裝備的溫鹽深測量儀和聲學多普勒海流剖面儀兩個儀器的操作觀測步驟和注意事項。這兩個儀器是視頻講解中缺失的，因此本虛擬仿真課件是整個實習的有效補充。學生通過學習可以掌握兩個儀器的操作步驟和注意事項。

海洋水文氣象調查與觀測實習虛擬仿真課件包含除了上述視頻錄制的內容外，還有實驗室鹽度計的操作步驟和注意事項。視頻介紹只有教師在操作講解，學生沒有機會接觸儀器并進行操作。雖然虛擬仿真課件同樣無法讓學生接觸到真實儀器，但能夠讓學生在軟件中學習如何操作儀器，掌握步驟過程，以后接觸到真實儀器，達到能夠無障礙操作的目的。

由于兩個虛擬仿真教學課件都是第一次使用，難免存在問題，因此學生需要在學習使用中發現并提出意見和建議，以幫助改進課件。

1.6 處理數據、提交實習報告

此部分包括數據分析、資料整理及實習報告撰寫與提交等。數據分析主要針對去年海上調查所收集的調查數據資料等進行整理和分析，繪制成各種空間分布和時間變化圖，根據數據、分布圖及所學海洋科學理論進行定性或定量分析，了解和掌握海洋要素分布、變化及海水運動規律等，在此基礎上完成并提交實習報告一份。

2 經驗探討

本實習課程第一次開展在線教學和虛擬仿真實驗教學的結合，因此有一點經驗，但主要是探索。在調整教學計劃初期思路中，僅包括利用虛擬仿真教學課件實行實習任務，但后面發現形式單一且不能覆蓋整個實習時間。再者，虛擬仿真教學應該作為現場實踐的補充，而不是主要手段。因此，需要其他的方式來完善本次實習，經過課程組教師討論，覺得可以采取教師現場操作講解儀器，將過程進行錄制，放到在線教學平臺上讓學生觀看學習，雖然同樣無法跟現場實習效果相比，最低限度讓學生通過教師的講解能夠掌握一部分知識。

在實施過程中，難點之一是學生學習過程和學習效果的監督，這也是所有在線課程教學的難點。虛擬仿真實驗教學部分，因為課件有過程記錄，如錯誤較多的知識點等，因此可以較好地把握學生的學習過程和知識掌握程度。

通過實習中間過程和最后的實習報告可以發現，學生知識和技能的掌握情況較好，基本達到實習目標。在線教學和虛擬仿真相結合的方式在以后的實習中仍然可以發揮各自的作用，因此本次的嘗試為以后的探索提供了有效的經驗借鑒。

本文由上海海洋大學教學團隊建設項目：“物理海洋學虛擬仿真教學團隊”資助（A1-2005-20-300329）

參考文獻

[1] 張五英，梅霞.新冠疫情期間在線教學狀況調查研究報告——以江蘇農林職業技術學院為例[J].高教學刊，2020，（33）：40-44.

[2] 張春玲，胡松.海洋中尺度渦虛擬仿真實驗設計[J].中國地質教育，2019，（2）：100-102.

[3] 劉浩，胡松. 潮汐潮流動力過程仿真實驗教學研究[J].智庫時代，2019，（23）：161，169.

[4] 魏永亮，胡松，于潭，王家為.海洋水文氣象調查與觀測虛擬仿真建設及思考[J].教育教學論壇，2020，（37）：87-88.

[5] 魏永亮，胡松，于潭.《海洋調查方法》實習課程建設與思考[J].2017，（7）：41-42.