海洋潮汐課程線上線下互動混合式教學探究＊

李 成

（廣東海洋大學海洋與氣象學院，廣東 湛江 524088）

潮汐現(xiàn)象是指海水在天體引潮力作用下所產(chǎn)生的周期性運動，習慣上把海面鉛直向漲落稱為潮汐，而海水在水平方向的流動稱為潮流。潮汐在所有海洋物理動力現(xiàn)象中是發(fā)現(xiàn)最早的，與人類日常生活息息相關[1-2]。海港工程，航運交通，軍事活動，漁、鹽、水產(chǎn)業(yè)，近海環(huán)境研究與污染治理，都與潮汐現(xiàn)象密切相關。特別重要的是潮汐現(xiàn)象當中的海面垂直漲落起伏包含著巨大潛能，人們十分關心能否合理地開放使用這一潛能。風暴潮是海洋當中破壞力十足的自然災害過程，動力學上是由于強烈的大氣擾動，諸如狂風和氣壓突變所導致的海面異常升高過程。其與天文潮過程息息相關，若遇上天文潮的高潮時段，二者疊加會使得風暴潮降臨的海域水位激增，造成嚴重的洪澇水災。由上述定義引出的一個問題是，如何由復雜的海面變化中取得風暴潮這一客觀現(xiàn)實。當風暴潮發(fā)生的同時恰好趕上海嘯驟至這一重合事件，應認為是小概率的，一般可以不予考慮。伴隨著風暴潮確實產(chǎn)生顯著的短重力波，然而，在取得海面變化的驗潮儀曲線中已把這些波浪都濾掉了。但應強調(diào)指出，與這些重力短波相伴的某些效應，如水的非線性遷移等是包含在驗潮曲線中的；因為尚不能把它們分出去，故在風暴潮中將包含這一效應。由于結(jié)冰、融化、加熱和冷卻等氣象因子或氣候變化乃至地球物理因素所造成的所謂“海面異常變化”，也混雜于驗潮曲線中[3-4]。不過，它們與風暴潮相比都是很小的變化。通常利用以海平面多月平均值為起點的方式來消除影響。應指出的是，特別在河口地區(qū)伴隨風暴而傾瀉的暴雨或其所形成的洪峰，無法忽視的是風暴潮水位中的重要組成部分，一般應予考慮。驗潮曲線中的最重要的部分就是天文潮。因此，重中之重就是把天文潮和風暴潮在驗潮曲線中區(qū)別分離。然而在動力學上看，在天文引潮力和氣象強迫力的共同作用下的海水運動是一種非線性的現(xiàn)象；這種非線性的相互耦合是由驗潮曲線中把二者分離開的基本困難。一般是用驗潮曲線減去潮汐預報曲線這樣的方法來實現(xiàn)，得到的二者差值即是“風暴潮曲線”。顯然，依賴于線性疊加原則的分離措施，只有當以上非線性耦合不重要時，才能滿足近似條件[5]。在個例情況中，以上差值曲線含有顯著的潮周期。若不考慮天文潮預報的誤差和潮汐觀測技術(shù)的缺點，則差值曲線明顯含有天文潮周期的這一現(xiàn)象，即可認為是風暴潮和天文潮之間的非線性耦合。這樣的非線性效應，在大潮差的淺海中十分顯著；此時必須考慮其他分離手段。海洋潮汐對海洋能量收支、海洋生態(tài)環(huán)境變化、海上石油平臺安全和國防軍事活動均有十分重要的影響[6]。研究海洋潮汐的特征及其傳播規(guī)律對國家軍事海洋活動安全和海洋經(jīng)濟活動具有重要意義。海洋潮汐在多種海洋運動過程中占據(jù)重要的位置，并對人類在海洋中的活動引起不容忽視的作用。一個多世紀以來，眾多海洋學家投身于對內(nèi)波的理論和觀測研究，研究取得了長足、快速的發(fā)展。本課程為物理海洋方向?qū)W生的專業(yè)課程，旨在加深學生對海洋潮汐理論的認識，為進一步的專業(yè)學習和科學研究奠定基礎，在學習海洋學等專業(yè)基礎課的基礎上，對海洋中潮汐現(xiàn)象的更深入和系統(tǒng)的學習。

本文提出了對海洋潮汐課程混合式教學的研究初探，主要包括：線下課堂中闡明課程的核心骨架、精煉每一章節(jié)的中心思想，滿足由簡單到復雜、由掌握方法到上手實踐操作的過程；根據(jù)學生已有的知識、能力儲備，采用靈活多變、符合當代學生興趣點的方式進行授課指引，使學生在掌握課授內(nèi)容的同時直接把自身的科研工作融入課堂中；同時利用慕課線上線下同步進行的學習考核模式，讓同學們提高自學效率，快樂學習，拓寬視野，成為學習的主人。作者基于對海洋潮汐課程的掌握跟學生反饋，對今后工作中課程的混合式教學方法，拋磚引玉給出自己的見解。

一、凝練課程核心要素，培養(yǎng)學生科研能力

海洋潮汐是一門科研創(chuàng)新實踐性很強的課程，對其的研究依舊是當前的熱點和難點課題，同時該課程設計內(nèi)容極為豐富，包括海洋引潮力、平衡潮、風暴潮等，面面俱到的講解只會增加學生的困惑，需要層次鮮明，提煉精華和重點。作者基于對海洋潮汐核心要素的把握，近期對海洋潮汐出海觀測研究實踐，提煉出課程精華，并且對知識掌握程度進行層次劃分，也便于讓學生更合理地分配學習不同知識的精力和時間。

第一，要求學生認識海洋潮汐基本現(xiàn)象、引潮力以及與潮汐相關的天文學知識，熟悉風暴潮的動力特點跟防治措施，掌握海洋潮汐類型、調(diào)和分析等基本概念和理論。

第二，要求學生熟悉海洋潮汐理論知識在實際海洋觀測當中的應用，了解海洋潮汐現(xiàn)場觀測的手段和方法，初步培養(yǎng)學生對現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)的分析和處理能力。

第三，要求學生掌握海洋潮汐過程的動力機制，包括潮汐動力理論以及潮汐靜力理論，要求學生了解當下研究的最新前沿動態(tài)，培養(yǎng)學生對科研探索的精神，為學生后續(xù)科研工作打下基礎。

第四，要求學生了解當下海洋潮汐尚需探究的科學問題，對已習得的知識提出自己的理解，對未解問題提出個人想法，提高其未來從事教學、科研等工作的素質(zhì)。

二、從自身科研經(jīng)歷出發(fā)激發(fā)學生的學習興趣

在講授南海內(nèi)潮過程中，作者以自身科研相關研究經(jīng)歷為例，從潛標觀測資料出發(fā)，介紹海洋內(nèi)潮汐的多重觀測手段。重點給學生介紹當前主流的觀測手段以及海洋儀器工作原理，為學生之后出海調(diào)研獲取數(shù)據(jù)、進行相關科研工作打下良好的基礎。利用課題組在南海陸架區(qū)設計的內(nèi)潮觀測實驗為案例，介紹前期潛標觀測的設計理念：潛標的間距，潛標適用海洋潮汐的觀測配置，重點講解觀測數(shù)據(jù)回收之后針對海洋潮汐過程，相關數(shù)據(jù)資料如何分析處理。在課程中，介紹從實測資料當中識別以及展現(xiàn)潮汐過程的有效方法。講解潮汐不同地理區(qū)位的特征變異及造成的熱鹽輸送等知識，進而給學生展現(xiàn)從科研角度的一些簡單思路跟設想，例如基于觀測資料發(fā)現(xiàn)在觀測期間南海內(nèi)潮存在一個顯著的周期性時間變異過程，為了分析其對應的影響機制，就要針對當?shù)睾^(qū)，觀測期間發(fā)生的特殊物理過程如中尺度渦旋、臺風跟季節(jié)性層節(jié)變化等，分別介紹這些不同因素對觀測期間的潮汐過程可能造成的影響。拓寬了學生眼界，提高了對科研的興趣，以及培養(yǎng)他們的成就感意識，確實從課程當中的學習有所獲益。

三、課程中提升學生與課上知識相關的科研能力

海洋潮汐是研究海洋中的較為復雜的動力過程，導致實際觀測對這門學科至關重要，那么給學生直觀的海洋觀測資料的處理分析結(jié)果，將學習到的動力學知識應用到實際海洋觀測數(shù)據(jù)的分析中，作者認為對于物理海洋學理論知識的學習以及科研興趣的培養(yǎng)和后續(xù)研究都會產(chǎn)生積極的影響。課程中要求學生在課堂上直接根據(jù)案例分析的形式處理實際海洋實測資料。例如，在對海洋潮汐信號的分析中，基于教師提供的參考程序，由學生編寫數(shù)據(jù)分析處理語言，輸出圖像，分析潮汐觀測結(jié)果，進行簡單的調(diào)和分析，把課上所學直接運用到科學研究當中，掌握數(shù)據(jù)處理流程并實現(xiàn)對海洋潮汐動力理論的掌握與加深。

四、混合式教學方式新探究

教育智能化、信息化的理念伴隨著今年互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展逐漸成為教育的新興支柱，諸多教學平臺如學習通等被越來越多的師生所喜愛；平臺上諸多的學習視頻課件都可以無償?shù)毓蚕斫o大家。慕課是開放興致的線上交互課程，它是教育—互聯(lián)網(wǎng)融合的結(jié)果。教師把授課過程以視頻的形式上傳到線上平臺再呈現(xiàn)，使學生們能夠自發(fā)地掌握學習到相關課程。慕課能夠把線下授課轉(zhuǎn)化成更自主化高效化、更適合無障礙的線上學習模式，方便學生自由安排想學習掌握的課程[7-8]。智慧課堂是為了適應新時代高速發(fā)展的通信時代所帶來的教育新概念，目標就是為了培養(yǎng)創(chuàng)新性、高智能化的相關人才，基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)值分析等方法，實施診斷學習情況和智能推送學習資源，開發(fā)線上學習任務與支持服務，進行學習過程記錄與多方評價的創(chuàng)新性線上課堂 。智慧課堂以來信息技術(shù)，利用大數(shù)據(jù)反饋提供給學生課前學習指引、線下課堂的針對性授課及課下及時的復習鞏固反饋。智慧課堂將學生的自我展示交互作為努力的重點，整個學習過程具有開放性質(zhì)，使所有同學一起進步，也為老師和同學的進一步通交流提供了路徑。為此作者也開展了海洋潮汐課程的智慧課堂。其具體教學實施過程如下。

1.教師課前準備

創(chuàng)建班級溝通群，作為學生與教師之間的溝通，便于老師布置學習任務及線上答疑。通過學習通進行教學、復習、考核等內(nèi)容的制作，如作試題及視頻資源等。

2.學生課前預習

課前給予線下授課內(nèi)容準備課件及布置預習點，觀看將要學習的慕課視頻，并完成線上預習階段中的相關習題，通過學習通教師端檢查視頻學習情況。收集在預習過程中疑難點，老師匯總后，在課堂教學中作為重、難點內(nèi)容給予教學答疑。

3.線下課堂教學

在經(jīng)歷過線上預習部分之后，學生和教師都找到了線下課堂學習的針對面，兩方都帶著學習針對點進入課堂。課堂教學使用學習通來輔助教學。學生進行線上簽到，通過學習通了解學生出勤情況。老師首先指引學生回顧線上預習的部分重點內(nèi)容，分析課堂學習的疑難點。針對課前的學生反饋有針對性地制作線下課堂教學課件，利用學習通引入線上海洋潮汐的一些優(yōu)秀資源，插入跟疑難點相關的課堂習題，加深學生對潮汐知識的認識和理解。對于預習階段學生反饋的疑難點，通過課件結(jié)合知識點展示疑難點，并就此問題進行課堂討論形式不限，充分調(diào)動學生的能動性，活躍課堂氣氛并解決問題。實施翻轉(zhuǎn)課堂部分，學生以小組為單位講述提前準備的PPT，之后師生一起討論加深對相關知識點的認知和記憶。學生的上臺展示，大大提高了學生加深知識點的認知程度，而且培養(yǎng)了學生的可言語表達能力，提高了學生的自主學習能力和對科研興趣的培養(yǎng)。

4.學生課后復習

學生在課下往往對于復習這件事情不積極，所以對待課下知識點復習部分，教師一定要通過學習通布置復習任務，并添加小測試計入最后成績，增加學生復習熱情。為了避免學生疲于應付，可安排學生自己出測驗題目，教師匯總后在學習通發(fā)布，學生在線答題并獲得即時評價。教師通過學習通查看統(tǒng)計情況，及時答疑。基于學生自發(fā)出題答題互動的方法，進一步提高了學生復習熱情，使課上知識點得到進一步鞏固。基于線下教學情況，老師可進一步給學生提供一些延展性的學習資源，或者與課堂內(nèi)容相關的最新科學研究進展等，進而拓寬學生眼界、激發(fā)學生們對科學研究的熱情和興趣。

5.課程考核

海洋潮汐課程的考核評定一方面是評價學生一學期以來的學習效果；另一方面，也是檢查教師的授課效果如何的重要方式。本研究中的“海洋潮汐”課程考查采用平時成績占30%以及期末考試成績占70%二者綜合考評的方式。平時成績主要包含三個方面，首先是線上預習部分的分數(shù)占10%，涵蓋線上課程的視頻學習情況、習題完答率等。其次是課上學習表現(xiàn)占10%，涵蓋出勤、課堂回答問題以及小組討論匯報情況等方面。最后是課下復習表現(xiàn)占10%，學習通試題完答率等方面。在評價進行中，利用學習通軟件可以高效地給出學生完成情況。除此之外，在線下教學評價方面，對于表現(xiàn)特別優(yōu)異的給予額外分數(shù)獎勵，徹底激發(fā)學生學習積極性。最后占70%的期末考試成績以學生卷面成績?yōu)橹鳎荚噧?nèi)容應難易結(jié)合體現(xiàn)學生們在線上和線下課堂中提出的重點和疑難點。

結(jié)語

課程內(nèi)容如何高效地運用到學生的實際學習工作中是教育授課的重中之重，海洋潮汐這門若只是泛泛地講述潮汐理論知識，而忽略學生實際科研中的應用性，或布置大量與學生實際研究無關的課堂作業(yè)，對學生自身創(chuàng)新與科研能力的提高幫助不大，只能使得學生疲于應付課堂知識。開展線上線下混合式教學，無疑大大提高了學生的學習效率以及主動性，同時教師的教學效率也會大大提高。本文針對物理海洋專業(yè)海洋潮汐課程特點，提出了混合式教學的初步實踐與探究。基于作者近期的教學學生反饋，學生對潮汐知識的掌握更加成熟，相關科研興致顯著提高。