線上線下混合式教學的SV2QR 方法及實踐

王澄海，張飛民，楊 毅，楊凱

（蘭州大學 大氣科學學院 蘭州大學大氣科學實驗教學中心，蘭州 730000）

隨著“互聯網+教育”的發展，MOOC（Massive Open Online Course，大規模在線開放課程）等形式的現代化教學手段廣泛應用于教學。在促進教育教學改革創新，發展高質量高等教育，加強教育資源共享等方面發揮了重要的作用。傳統教學以“教材+粉筆+黑板”的課堂教學模式為主，學生被動參與，不能很好地融入數學教學過程。對數理基礎要求高的課程，往往具有較強抽象性、邏輯性，學生掌握起來存在較大難度，而單一的線上教學效果由于缺少線下課程的氛圍、課堂互動和教師的有效引導，教學效果往往不理想。如何將傳統課堂的板書推演和線上教學有機結合，線上線下混合式的教學方法是一個比較好的選擇。然而，線上線下混合式教學在實踐過程中也存在一些問題。

一是數理類課程，由多媒體展示出來的知識點在邏輯分析和推導的中間環節繁簡很難掌握，視頻推演過于復雜會導致學生容易視覺疲勞、精力不集中及視頻觀看效率低，出現和傳統課堂一樣的弊端；鋪墊信息過量則會使學生接收的信息會產生虛假的“超載”，易導致學生對知識理解形態的固化，難以調動學習的興趣點，從而影響創新意識的培養。二是教學中教師講解和學生學習的重、難點不對稱。三是MOOC 等形式教學平臺的視頻資源中的講授-學習模式，教與學互動的生態環境需要改善。四是對學生掌握知識的考核和學習能力評價之間不平衡，考核環節如何實現全方位、多層次及多角度的客觀評價，從而達到有效的督促和激勵，激發學生學習的內生動力，達到最優的教學效果。

基于上述問題，如何設計傳統實體課堂與線上課堂有機結合的線上線下混合式課堂模式，相應的教學理念、教學方法和教學手段如何轉變、調整和優化，以達到教學的最優效果，是混合式教學面臨的新挑戰。

從2015 年開始，筆者開始思考和設計線上線下混合式教學的改革和創新方法，探索并總結出了線上線下混合式教學的SV2QR 方法，并應用于大氣科學專業的核心課程——數值天氣預報的教學，解決了該課程由于數理基礎要求高，單一線上課程學生滿意度低，而線下課程在疫情和未來課程教學新形態背景下難以為繼的問題，實現了傳統教學與網絡教學的有機融合。幾年的教學實踐表明，該方法有效提高了教學效果。

一、混合式教學改革SV2QR 教學法的主要內容

線上線下教學的SV2QR 混合式教學法的目的和內容：解決線上線下教學交融效果的最優化和科學有序的教學進程，確立了線上學習發現問題、線下解決問題并強化和提升基礎的SV2QR 混合式教學思路。即：縱覽預習（Survey）—視頻學習（Video）—問題及解答（Question）—研讀（Read）—作業測驗（Quiz）—復習鞏固提升（Review），簡稱SV2QR 方法，如圖1 所示。

從圖1 中可以看出，SV2QR 數學法以最大限度地掌握課程內容，達到教學效果顯著提升為目的，以講清基本概念、掌握基本理論、熟練基本技能為主線，設計了四個環路。其中，前兩個環路主要以線上學習為主，后兩個環路線上線下結合，第二、第三環路之間互通進階，從而使教與學相結合形成一個完整的教學過程。四個環路的具體內容是。

圖1 線上線下教學的SV2QR 混合式教學法示意圖

（1）在第一個環路中，學生完成指定章節內容的預習，包括知識點視頻學習、教材章節內容的學習、章節測試和線上作業的完成；教師基于線上平臺反映的數據，通過簽到、教學預警和通知等手段，及時督促學生完成課程內容的學習。這一階段也是尋求如何向自主學習轉化的環節和過程，需要耐心細致。

（2）針對學生學習過程中產生的問題教師在線上及時解答學生，在討論區中參與問題的交流和觀察，根據章節內容發布一些思考題，引導學生思考、討論；教師引導學生回看視頻和相關參考教材、文獻，使學生進一步理解相關內容。

（3）根據第一、第二環路學生線上學習狀況，有的放矢地制定線下課堂教學內容，實現第二、三環路的進階并完成其他學習環節：總結線上學生學習過程中的共性問題，據此歸納總結出難點所在；通過解析難點、板書推演數學公式、物理過程的動畫演示和示意圖，達到化解難點的目的。從而使傳統“猜”的經驗型尋找難點，轉變為根據學生學習過程自動顯現難點的準確定位。

（4）第三個環路中，對章節內容進行總結性串講和回顧，對難點內容部分進行擴展提問，提出一些開放性問題，學生進行分組討論，并隨機抽取和分組推舉學生代表進行講解，組間討論思辨，教師點評講解，實現對難點知識的深入理解和提高。在此基礎上，引導學生研讀相關參考教材和文獻，拓寬學習視野。這既是激發學生自主學習興趣和動力的關鍵環節，也是完成被動學習向主動學習的關鍵環節，需要教師把自己融入到學生的互動過程中。

（5）第四個環路則側重學習內容的鞏固和提高，通過開展基于問題的學習（PBL，Problem-Based Learning）活動，基于開放性問題的難題解答，達到對已學內容的復習鞏固；通過引導文獻閱讀和開放性問題的非閉合性的回答，達到拓展提升的目的。通過全方位、多角度的測試，促進對學習內容的完全掌握。

二、SV2QR 教學法的實踐及檢驗

為檢驗SV2QR 的教學效果，從2015 年至今，我們將該方法應用于蘭州大學大氣科學學院數值天氣預報課程線上線下混合式教學中。

數值天氣預報是大氣科學專業本科生的主干課程，也是大氣科學應用性最廣泛的課程，是學生畢業后從事天氣預報和氣候預測及相關工作所必須掌握的課程。該課程對數理基礎要求高，先修課程有大量的數學和物理專業課程；大氣科學專業課程也需要借助圖像對數學物理概念、模型進行詮釋。該課程具有數學公式多、物理過程抽象的特點，例如大氣運動方程的差分格式及其穩定性問題，物理過程如何參數化等需要學生熟練掌握且深刻理解。但是，受目前學程變短、學生在校的學習時間緊、任務繁重及實踐活動多等因素影響，僅僅依賴傳統課堂教學已無法滿足該課程教學，亟待創新提高教學效果的新途徑。

基于上述問題和需求，我們將SV2QR 教學法運用于教學，進行了三年的檢驗，每期教學結束后向學生發放問卷調查，總結教學效果，受到了良好的評價，教學效果得到了顯著提升。SV2QR 教學法的特點、主要應用過程和效果如下。

（一）對課程內容的全部講解變為對知識點的講析，重構了課程形態

針對本課程學科交叉性強、數理公式推演多、物理過程復雜，以及部分學生存在畏難情緒，導致學習入門難、學習主動性不強，習慣“滿堂灌”的被動學習問題。在大綱范圍內，按各自的研究方向、研究內容和研究特長精心設計教學內容，剖析教學內容的重、難點知識。在保證基礎理論和知識講解透徹的前提下，將基礎知識和大氣科學研究的前沿熱點問題及一線業務領域的需求進行了有機融合，打破了學生對知識理解的固化，實現對知識的拓展理解，根據上述理念，建成了MOOC 教學平臺，作為線上線下混合式教學的線上教學和互動平臺，以及SV2QR 教學法實施的依托平臺。

（二）實現“教師為主”向“學生為主”教學過程的轉變，創新了混合式課程教學途徑

傳統課堂教學以教師講授為主，輔之以作業熟悉和考核督促等環節，學生處于被動接受狀態，學生參與度較低。通過加強SV2QR 前兩個環路中的視頻觀看時間長短的監督、線上側重每章重點的若干數學公式推導和物理過程解釋的提問、強化教師和學生之間、學生之間回答問題的頻次，及時掌握學生學習的動態，將課程內容根據學習進度設置為闖關模式，對視頻觀看時間足夠、章節作業完成后，才能進入下一章節的觀看學習；對視頻學習時間達不到要求的同學，不按時完成學習任務的同學，教學平臺設置了自動發出教學預警等措施，保證前兩個環路學習的硬性條件。

（三）改進教、學模式，促進了教學相長

通過學生線上學習中的提問頻次、集中度、問題解答滿意程度、學生相互討論出現的偏差率及作業對錯率等的簡單分析，教師能夠快速掌握學生學習的難點和共性問題，從而準確把握學生學習的難、重點問題；并在線下進行詳細講析得到徹底解決，從而高效準確地解決課程中的難點，突出重點，提高教學效果。

開展探究性和基于問題的學習（PBL）教學，將學生分組對課后的思考問題、總結的難點問題進行討論、教師點評；將與數值模式理論和技術發展相關前沿的、具有開放性的問題作為拓展訓練，培養學生的創造性和批判性思維能力，教師在線下專注于精講共性、難點問題，輔之以串講課程章節內容。設計第二個環路的一個功能是，課外隨時通過線上提問，輔之以定時答疑，達到鞏固提高的目的。第三個環路則是在形成“學為中心”的初步基礎上，教師在教學中發揮指導、啟發及督促作用，通過討論、PBL 活動和開放性問題，促進師生之間對問題的共振、情感共鳴和智慧共生，誘發學生學習的主動性、積極性和創造性，促使學生邏輯素養和批判性思維的產生。

（四）豐富教學資源，與國際前沿和業務需求對接

隨著近年來氣象預報業務的飛速發展，實踐檢驗課程內容增多，教學和社會需求脫節。為滿足學生學習愿望，一是在SV2QR 教學法的第四個環路中，在教學平臺上提供了世界一流院校的教學視頻片段和課程內容相關的專題報告；二是循講清基本概念、熟悉基本理論和掌握基本技能的理念，對教材內容進行了重組，編寫了進階式的教材2 部，《數值天氣預報基礎》側重基礎知識及數值模式前沿動態的講解，配套應用于混合式教學中；修訂的《大氣數值模式及模擬》則作為高階參考教材，側重介紹數值預報最新的理論和方法，形成了不同層次學生選擇性學習的模式，保證了教學內容和前沿發展、實際業務的對接。

（五）改善學生自主學習的氛圍和教學生態環境，營造開放互動、視野開闊的良好學習平臺

為最大限度拓寬學生視野、培養其創新意識，我們在兩個方面進行了學習環境的創新建設。一是建設了基于慕課和微信的教學平臺。慕課平臺主要用于開展混合式教學，而微信平臺則成為校內、校際學生和業務人員學習交流、分享數值預報技術的熱門平臺。通過平臺之間的有機融合和相互支撐，使教與學的時間地點不受限、成本降低、方式多樣化。二是將課程積累的優質教學資源（如教學視頻、教案、課件和練習題等）以一定的結構關系通過慕課、微信平臺進行高效整合和優化，實現了優質教學資源的優化與深度融合。通過上述兩個途徑，為師生的教與學營造了開放交互、良性互動及相互促進的生態環境，既豐富了教學內容、也為學生提供了形式多樣、喜聞樂見和視野開闊的優質課程資源，激活了學生學習的內生力與好學樂學的意識。

（六）借助SV2QR 教學法建立全方位的考核方式，促生學生的學習內動力

SV2QR 教學法不僅注重專業理論的學習，還注重思辨及理論創新的引導。一是把回答問題、PBL、課堂互動和線上問答作為教學的主要內容和環節。二是一改“一考”定結果的傳統考核方式，轉變為線上周考和課堂活動結合的多方位、多層次、多形式的考核方式，線上考核對作業、簽到、課程音、視頻學習、章節測驗、PBL、討論和考試給出不同權重；線下也對分組討論講解、質疑思辨、作業、編程、課堂互動、測驗和考試給以不同權重。線上、線下成績占比分別為55%和45%，目標評價和能力測評結合確定最終成績。通過這些多方位、多層次和多形式的測評，改變了單一固化的方法，增強了教學的有效性。

幾年來的教學實踐表明，將SV2QR 教學法輔之以現代化手段設計形象生動的數學物理過程推演，既可以提高學生對課程學習的興趣，也能通過對難點部分反復觀看和及時的師生互動解惑，提高了學習效率，促進了學生學習積極性。

三、推廣應用情況

SV2QR 應用以來，學生自主學習能力得到了提升，學習效果顯著，標志性成果穩步增加。通過MOOC 平臺、全國性教學交流會議多種形式進行了推廣，在大氣科學行業教學中起到了良好的示范作用。推廣應用情況如下。

（1）SV2QR 教學法借助線上教學課程資源已被國內包括“雙一流”高校在內的多所大氣科學相關院校采用，應用率高。慕課課程已在“學銀在線”運行了4 學期，并在蘭州大學網絡與繼續教育學院推廣。截至目前，被“雙一流”高校在內的多所開設大氣科學專業的院校選用。在新冠肺炎疫情期間，多所高校選擇我們的MOOC和教材資源作為教學平臺并應用本方法進行教學，教學效果受到好評。

微信平臺已運行4 年，成為校內、校際學生和業務專業人員學習交流、分享數值預報技術的熱門平臺。目前，微信平臺總訪問突破3 000 人，單篇內容閱讀次數最高可達500 余次。

（2）應用SV2QR 教學法后，教學效果改善，互動率提升，學生的學習熱情得到了顯著提高。在混合式課程改革前后的問卷調查表明（圖2），混合式課程開展后，學生到課率、互動率、及格率和平均成績分別提高了18%、80%、15%和10 分，教學效果顯著改善；學生對混合式課程的滿意度除應用第一年下降外（學生剛開始接觸的習慣階段），隨后，滿意度逐年提升并穩定在95%以上。

圖2 混改前后的教學效果對比及學生滿意度變化圖

（3）教學方法自應用以來，本科論文及課外實踐中使用本課程理論和技能出現“三多”：課外活動獲獎增多，發表論文逐年增多，畢業設計應用增多。由國內“雙一流”高校教授組成的專家組對本成果做了積極的評價，一線教師對本成果給予了積極的評價和推薦。認為SV2QR 教學法是數理類課程線上線下結合教學的成功探索，課程資源豐富，師生互動交流多，教學效果好。