“高等物理海洋學”線上線下混合式教學設計探索

曾智 史劍 張雪艷 杜輝 郭海龍

[關鍵詞] 教學設計;線上線下混合式;高等物理海洋學;翻轉課堂

[基金項目] 2020年度國防科技大學研究生教育教學改革課題“海洋動力學課程群翻轉課堂教學模式改革研究”（yjsy2020068）;2021年度湖南省普通高等學校教學改革研究項目“課程思政視角下的‘海洋數值預報’課程混合式教學改革探索與實踐”（HNJG-2021-0274）;2021年度湖南省學位與研究生教學改革研究項目“以研究生實踐創新能力培養為導向的‘海洋科學綜合實驗’課程教學改革探索和實踐”（2021JGYB013）

[作者簡介] 曾 智（1994—），男，湖北武漢人，博士，國防科技大學氣象海洋學院講師，主要從事海洋動力學數值模擬研究;史 劍（1981—），男，江蘇揚州人，博士，國防科技大學氣象海洋學院副教授，主要從事物理海洋學研究;張雪艷（1982—），女，山東煙臺人，碩士，國防科技大學氣象海洋學院副教授，主要從事海洋數值計算研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）17-0081-04 [收稿日期] 2022-01-13

近年來，海洋科學專業學科發展尤為迅速，這是由海洋的重要戰略意義決定的。黨的十八大明確提出，堅決維護國家海洋權益，建設海洋強國。因此，發展海洋科學理論與技術成為我國當前和未來的重要任務。我國擁有廣闊的海洋領土，開拓海洋關系著我國的興衰，也關系著中華民族偉大復興中國夢的實現。

“物理海洋學”課程是各類海洋高校海洋科學、海洋技術及大氣科學等專業的專業基礎課，而“高等物理海洋學”則是國防科技大學（以下簡稱我校）面向海洋科學專業碩士研究生開設的專業課程之一，是在本科“物理海洋學”課程的基礎上進一步加深和拓寬知識面的課程，也是海洋科學研究生的一門重要專業理論課。課程主要講解海洋中的各種重要的海洋現象及其動力機制，包括海流、海浪、潮汐、海洋內波、中尺度渦、海洋鋒、海冰等。課程著重強化對這些海洋現象產生、發展和消亡的理論，以及研究方法的理解和實踐應用能力的培養，包括海洋現場觀測技術和海洋數據的處理等，使學生在學習物理海洋理論知識的同時，能較好地掌握實踐應用技能，為后續進一步開展海洋科學研究、從事海洋環境保障、進行海洋調查和監測、處理海洋數據等奠定基礎，也幫助學生適應未來的崗位任職需求。

目前，課程的教學模式主要是課堂講授和討論，但是我們的社會已進入高度信息化時代，因此探究如何充分利用先進的信息技術來增加課堂的開放性、提高教學模式的多元化水平、建設信息化教學成為教學與時代接軌的一個重要教學研究問題[1]。此外，課程目前的教學內容以各種理論為主，如何在教學過程中有機地結合理論與實際應用也是教學設計面臨的重要問題。近年來，翻轉課堂教學模式的提出是現代化信息技術的應用實現，促進了新的教學模式的發展。翻轉課堂教學模式是將教學任務中最容易的部分，即知識的傳授轉移到課堂之外，讓學生自主學習，從而能夠充分利用師生之間、生生之間面對面的機會進行社會化的互動，實現提高學習效率、培養學生實踐能力、提升創造性思維等教學目標[2]。翻轉課堂教學模式的提出使得傳統的課堂教學模式向線上線下混合式教學模式轉變。

本文首先對我校“高等物理海洋學”課程的教學現狀進行了分析，剖析其教學過程中的特點與存在的問題;然后針對海洋科學專業碩士生的特點，基于翻轉課堂教學模式，提出具體的教學設計，并以《潮致內波》章節為例，設計相關的教學方案，探索線上線下混合式的特色教學實踐，促進我校海洋科學相關學科的發展，為廣大教師提供參考和借鑒。

一、教學現狀分析

課堂的主體是學生，而“高等物理海洋學”課程的主體是海洋科學領域的碩士研究生。選擇修習本課程的碩士研究生具有多元性的特征，既包括本科專業是海洋科學的學生，又包括本科專業是其他專業（如大氣科學、計算機科學等）的學生。這些跨專業的學生存在物理海洋學專業基礎知識薄弱的問題[3]。此外，學生還分為全日制和在職兩類，其中一些還未就職的學生職業思想不穩定。綜合來看，這些學生的能力和知識儲備水平參差不齊，在專業理論基礎、思想觀念、就業去向等方面有一定的差異，但他們普遍具有足夠的數學和物理知識、實現自我價值的愿望強烈、思想活躍、不懼課堂討論與發言等特征。

雖然近年來授課教師已經有意識地設置了不同層次、不同難度的教學內容，有針對性地適應來自不同學科背景的學生，但從每次課堂測評和期末測評中可以看出，學生對于各類物理海洋學概念、海洋現象的演化機制、理論推導與計算等仍未有效掌握，從而導致學生不易形成連貫的知識體系，進而在學習過程中出現各種各樣的問題。如對海洋內波傳播方程中的各項物理意義的理解模糊;對潮致內波的產生機制和過程理解不深;對內波的能量傳播沒有清晰的思路;等等。通過回顧與上述三個問題相關的課堂教學，發現課堂里幾乎全是與潮致內波相關的專業知識的理論精講，教師幾乎一堂課通篇陳述，即傳統式的課堂教學。而由于學生整堂課都在學習新的概念，導致學生對于知識的吸收隨著課堂的進行大幅下降。同時，教師通篇的陳述性語言易造成學生注意力不集中、感覺枯燥單調，學生對于知識學習的參與感不強烈，不易對知識點留下深刻的印象。

縱觀課程近年來的教學過程，類似于上述情況的課堂很常見，這就導致學生不能掌握課堂教學的重點和難點，繼而使得認知不夠清晰和完整。為了解決這一問題，僅僅依靠傳統課堂教學是不夠的。為此，本文嘗試借助現代化手段，通過線上線下混合式的教學模式進行信息化的教學設計，以期使學生提高學習效率，更好地把握學習的重點和難點。

二、線上線下混合式教學設計探索

線上教學是一種將互聯網平臺作為載體的學習行為。在此過程中，教師既可以是本節課的授課教師，也可以是本校或別的學校的教師。學生可以根據自己的實際需求，包括課程內容、課程時間等，在網絡上選擇合適的課程完成自主學習[4]。教師與學生之間是多對多的關系。線上教學打破了傳統教學在時間和空間上的局限性，使得學生可以根據自己的學習習慣和時間安排更加靈活地學習，也不必拘泥于固定的教室。線上學習的載體為電腦、手機等智能設備，而現在學生的主體是90后和00后，是互聯網的原住民，移動智能設備在學生群體中基本普及，且學校的自習室、圖書館、宿舍等重要的學習生活場所也基本有網絡的覆蓋，因此線上學習大大方便了學生隨時隨地地完成自主學習。然而，線上教學的師生之間不見面也不交流，學生在觀看視頻的過程中得不到教師的指導，如果遇到難以理解的問題，無法得到及時的解決。此外，線上教學常常是由學生自主獨立完成，缺乏與其他同學之間的交流，合作與討論活動非常少。

線下教學雖然在固定的時間和空間內進行，但是能彌補上述缺陷。學生在學習過程中可以及時地提出疑問，教師及時進行講解并得到反饋，以優化以后的教學設計和講授。同時，教師可以組織學生進行小組討論、布置小組作業，鍛煉學生的合作交流能力。因此，結合上述兩種教學模式，實現線上線下混合式教學，充分利用兩種模式的優點，能對提高課堂質量起到事半功倍的效果。

（一）教學模式設計

一次課的學習可以分為課前、課中和課后三個部分。教師和學生全程參與整個教學過程，充分發揮線上模式和線下模式的優點。

課前主要是學生思維開拓、認知形成的階段。由于線上教學的靈活性，因此可以將教學內容中比較容易的部分放到課前，讓學生通過電腦、手機等智能設備自主完成課前學習，為課中的學習做鋪墊。這部分的教學素材是教學中的基礎內容，主要用于夯實基礎[5]。教師可以將自己的網絡課程或其他線上教學資源，例如中國大學MOOC課程、Educoder教學平臺課程、SPOC課程、網易網絡公開課、北京大學公開課等，作為課前學習的主要內容。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它們有一個統籌地把控，根據教學大綱和教學目標，有選擇性地篩選出合適的學習內容，并根據知識內容和難度貼上相應的標簽，例如“必須掌握”“建議學習”“了解即可”等，從而最優化地平衡學生的學習時間和學習效率[6]。學生根據教師布置的要求開展自主學習后，對即將學習的新知識有了一個初步的認識，也會存在一些疑問和感興趣的內容。學生整理學習后的疑問、興趣點、建議、需求等，帶入課堂或提前與教師進行交流。

對于課堂上要講解的內容，教師要充分考慮學生課前學習的情況，包括學生對于課前學習內容的掌握程度、學生存在疑問的地方、學生的興趣點等，依據這些情況完善教案，對課堂教學安排進行適當的修改。在授課過程中，教師不僅要注意知識點的完整性和系統性，也應該多安排參與式教學活動，即師生之間、生生之間的互動交流，加深學生對于知識點的印象和理解，提升學生的獲得感，幫助學生消化相關的概念、邏輯、方法等。在參與式教學活動中，教師可以借助“雨課堂”教學平臺、Educoder教學平臺等多媒體手段，設置隨堂測驗、課堂討論、頭腦風暴、小組作業等具體的互動形式，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，包括傳統紙質答題、線上答題、閱讀文獻、撰寫報告、觀看視頻、微信群討論等多種形式，讓學生回顧學習內容，梳理知識脈絡。教師也可以根據需要安排課外自主學習內容，幫助學生擴寬視野，提升對知識點的認知度。在完成課后作業的批改和反饋后，教師應進行反思，回顧整節課有哪些地方值得加強、哪些地方需要修改、教學效果如何等，并結合學生在學習過程中的反饋，尤其是對教學的建議，對教學設計進行修改完善，以提高日后的教學水平。下面以《潮致內波》章節為例，介紹具體的教學設計。

（二）以《潮致內波》章節課堂教學設計為例

《潮致內波》章節的主要內容是潮致內波的概念、潮汐導致內波產生的機理和過程、潮致內波的能量傳播特點;教學目標是讓學生理解潮汐如何導致內波的產生、了解潮致內波在傳播過程中能量變化有何特征。本節課的具體教學設計如下。

課前，線上自主學習。讓學生通過MOOC網絡課程平臺學習與海洋內波相關的網絡課程，熟悉海洋內波現象，包括掌握其概念與定義、了解描述內波傳播的數學方程、了解導致內波產生的因素，使學生對海洋內波有了一個初步的認知，也知道潮汐能導致海洋內波的產生。同時，讓學生整理在學習過程中產生的疑問和感興趣的地方，例如如何理解描述內波傳播的數學方程、潮汐導致海洋內波出現的具體過程是怎樣的。

課中，線下知識點精講。教師首先對學生在課前學習的情況作一個宏觀的分析，并通過隨堂測驗了解學生對于潮致內波相關知識的掌握程度，然后適時地依據具體情況調整教學內容。對于該章節的重點和難點，包括內波傳播方程中每一項的物理意義、內波的能量變化等，注重參與式學習，利用“雨課堂”平臺加強教師與學生之間的交流，提高學生的參與度，激勵學生主動去思考和探索方程中各項的來源，以及各項的變化會導致什么后果，以此來啟發學生發現各項的物理意義。在了解到潮汐對于內波的產生具有明顯的影響時，引出潮致內波的概念，然后依據課本知識講解潮汐導致內波產生的具體過程，引導學生去想象并在草稿紙上畫出潮汐導致內波產生的每一個重要步驟。除了問題引導外，教師還可以借助Educoder平臺展示潮致內波的相關視頻，增加課堂的趣味性，幫助學生加深潮汐導致內波產生的具體過程的印象。

課后，線上線下復習。教師布置書面作業和開放作業，其中書面作業是寫出描述內波傳播過程的方程并解釋各項的物理意義;開放作業是在網絡上查找和閱讀潮致內波研究的最新文獻，整理最新研究進展和成果，在下一次課上進行匯報和討論。

最后，教師對整個教學過程進行總結和分析，包括課前學習素材的難易程度、潮致內波重點和難點內容的講解過程、課后學生的作業完成情況等，對教學設計再次進行優化完善，以便更好地進行下次授課。

三、總結與思考

課程是人才培養的核心要素。“高等物理海洋學”課程是一門以理論知識為主的專業課程，旨在擴寬碩士研究生對于物理海洋學的認知，幫助學生適應未來崗位的認知需求，需要予以一定的重視。通過將線上教學模式與線下教學模式結合起來，充分發揮兩種模式的優點，將各個知識點連貫起來，通過課前、課中、課后三個環節完成知識的預習、精講和回顧，提高學生的學習效率。當然，本文設計的以《潮致內波》章節為例的課堂教學只是眾多教學模式中的一種，教學有法，教無定法，在未來授課過程中可以參考并依據具體情況進行修改完善。總之，依據線上線下混合式教學模式進行“高等物理海洋學”課程的教學設計打破了傳統課堂模式，使學生的學習效率和滿意度得到了保障。

參考文獻

[1]陳貴南.線上線下混合式教學模式在計算機課程中的應用與實施[J].電腦與電信，2015（12）：99-101.

[2]劉浩，胡松.《物理海洋學》教學的思考[J].教育教學論壇，2013（24）：104-105.

[3]柳桂媛.翻轉課堂課前學習任務單設計研究[J].內蒙古財經大學學報，2016，14（3）：109-112.

[4]徐建華，劉杰.翻轉課堂在高校教學實踐中的現實困境與應然策略[J].高教學刊，2020（7）：91-92+95.

[5]楊宇翔，黃繼業，吳占雄.線上線下混合教學模式實施方案設計[J].課程教育研究，2015（5）：3-4.

[6]于杰，李敏，謝玲玲.基于海洋技術專業的物理海洋學教學改革與實踐探索[J].教育教學論壇，2019（1）：125-126.

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