“高等物理海洋学”线上线下混合式教学设计探索

曾智 史剑 张雪艳 杜辉 郭海龙

[关键词] 教学设计;线上线下混合式;高等物理海洋学;翻转课堂

[基金项目] 2020年度国防科技大学研究生教育教学改革课题“海洋动力学课程群翻转课堂教学模式改革研究”（yjsy2020068）;2021年度湖南省普通高等学校教学改革研究项目“课程思政视角下的‘海洋数值预报’课程混合式教学改革探索与实践”（HNJG-2021-0274）;2021年度湖南省学位与研究生教学改革研究项目“以研究生实践创新能力培养为导向的‘海洋科学综合实验’课程教学改革探索和实践”（2021JGYB013）

[作者简介] 曾 智（1994—），男，湖北武汉人，博士，国防科技大学气象海洋学院讲师，主要从事海洋动力学数值模拟研究;史 剑（1981—），男，江苏扬州人，博士，国防科技大学气象海洋学院副教授，主要从事物理海洋学研究;张雪艳（1982—），女，山东烟台人，硕士，国防科技大学气象海洋学院副教授，主要从事海洋数值计算研究。

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）17-0081-04 [收稿日期] 2022-01-13

近年来，海洋科学专业学科发展尤为迅速，这是由海洋的重要战略意义决定的。党的十八大明确提出，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国。因此，发展海洋科学理论与技术成为我国当前和未来的重要任务。我国拥有广阔的海洋领土，开拓海洋关系着我国的兴衰，也关系着中华民族伟大复兴中国梦的实现。

“物理海洋学”课程是各类海洋高校海洋科学、海洋技术及大气科学等专业的专业基础课，而“高等物理海洋学”则是国防科技大学（以下简称我校）面向海洋科学专业硕士研究生开设的专业课程之一，是在本科“物理海洋学”课程的基础上进一步加深和拓宽知识面的课程，也是海洋科学研究生的一门重要专业理论课。课程主要讲解海洋中的各种重要的海洋现象及其动力机制，包括海流、海浪、潮汐、海洋内波、中尺度涡、海洋锋、海冰等。课程着重强化对这些海洋现象产生、发展和消亡的理论，以及研究方法的理解和实践应用能力的培养，包括海洋现场观测技术和海洋数据的处理等，使学生在学习物理海洋理论知识的同时，能较好地掌握实践应用技能，为后续进一步开展海洋科学研究、从事海洋环境保障、进行海洋调查和监测、处理海洋数据等奠定基础，也帮助学生适应未来的岗位任职需求。

目前，课程的教学模式主要是课堂讲授和讨论，但是我们的社会已进入高度信息化时代，因此探究如何充分利用先进的信息技术来增加课堂的开放性、提高教学模式的多元化水平、建设信息化教学成为教学与时代接轨的一个重要教学研究问题[1]。此外，课程目前的教学内容以各种理论为主，如何在教学过程中有机地结合理论与实际应用也是教学设计面临的重要问题。近年来，翻转课堂教学模式的提出是现代化信息技术的应用实现，促进了新的教学模式的发展。翻转课堂教学模式是将教学任务中最容易的部分，即知识的传授转移到课堂之外，让学生自主学习，从而能够充分利用师生之间、生生之间面对面的机会进行社会化的互动，实现提高学习效率、培养学生实践能力、提升创造性思维等教学目标[2]。翻转课堂教学模式的提出使得传统的课堂教学模式向线上线下混合式教学模式转变。

本文首先对我校“高等物理海洋学”课程的教学现状进行了分析，剖析其教学过程中的特点与存在的问题;然后针对海洋科学专业硕士生的特点，基于翻转课堂教学模式，提出具体的教学设计，并以《潮致内波》章节为例，设计相关的教学方案，探索线上线下混合式的特色教学实践，促进我校海洋科学相关学科的发展，为广大教师提供参考和借鉴。

一、教学现状分析

课堂的主体是学生，而“高等物理海洋学”课程的主体是海洋科学领域的硕士研究生。选择修习本课程的硕士研究生具有多元性的特征，既包括本科专业是海洋科学的学生，又包括本科专业是其他专业（如大气科学、计算机科学等）的学生。这些跨专业的学生存在物理海洋学专业基础知识薄弱的问题[3]。此外，学生还分为全日制和在职两类，其中一些还未就职的学生职业思想不稳定。综合来看，这些学生的能力和知识储备水平参差不齐，在专业理论基础、思想观念、就业去向等方面有一定的差异，但他们普遍具有足够的数学和物理知识、实现自我价值的愿望强烈、思想活跃、不惧课堂讨論与发言等特征。

虽然近年来授课教师已经有意识地设置了不同层次、不同难度的教学内容，有针对性地适应来自不同学科背景的学生，但从每次课堂测评和期末测评中可以看出，学生对于各类物理海洋学概念、海洋现象的演化机制、理论推导与计算等仍未有效掌握，从而导致学生不易形成连贯的知识体系，进而在学习过程中出现各种各样的问题。如对海洋内波传播方程中的各项物理意义的理解模糊;对潮致内波的产生机制和过程理解不深;对内波的能量传播没有清晰的思路;等等。通过回顾与上述三个问题相关的课堂教学，发现课堂里几乎全是与潮致内波相关的专业知识的理论精讲，教师几乎一堂课通篇陈述，即传统式的课堂教学。而由于学生整堂课都在学习新的概念，导致学生对于知识的吸收随着课堂的进行大幅下降。同时，教师通篇的陈述性语言易造成学生注意力不集中、感觉枯燥单调，学生对于知识学习的参与感不强烈，不易对知识点留下深刻的印象。

纵观课程近年来的教學过程，类似于上述情况的课堂很常见，这就导致学生不能掌握课堂教学的重点和难点，继而使得认知不够清晰和完整。为了解决这一问题，仅仅依靠传统课堂教学是不够的。为此，本文尝试借助现代化手段，通过线上线下混合式的教学模式进行信息化的教学设计，以期使学生提高学习效率，更好地把握学习的重点和难点。

二、线上线下混合式教学设计探索

线上教学是一种将互联网平台作为载体的学习行为。在此过程中，教师既可以是本节课的授课教师，也可以是本校或别的学校的教师。学生可以根据自己的实际需求，包括课程内容、课程时间等，在网络上选择合适的课程完成自主学习[4]。教师与学生之间是多对多的关系。线上教学打破了传统教学在时间和空间上的局限性，使得学生可以根据自己的学习习惯和时间安排更加灵活地学习，也不必拘泥于固定的教室。线上学习的载体为电脑、手机等智能设备，而现在学生的主体是90后和00后，是互联网的原住民，移动智能设备在学生群体中基本普及，且学校的自习室、图书馆、宿舍等重要的学习生活场所也基本有网络的覆盖，因此线上学习大大方便了学生随时随地地完成自主学习。然而，线上教学的师生之间不见面也不交流，学生在观看视频的过程中得不到教师的指导，如果遇到难以理解的问题，无法得到及时的解决。此外，线上教学常常是由学生自主独立完成，缺乏与其他同学之间的交流，合作与讨论活动非常少。

线下教学虽然在固定的时间和空间内进行，但是能弥补上述缺陷。学生在学习过程中可以及时地提出疑问，教师及时进行讲解并得到反馈，以优化以后的教学设计和讲授。同时，教师可以组织学生进行小组讨论、布置小组作业，锻炼学生的合作交流能力。因此，结合上述两种教学模式，实现线上线下混合式教学，充分利用两种模式的优点，能对提高课堂质量起到事半功倍的效果。

（一）教学模式设计

一次课的学习可以分为课前、课中和课后三个部分。教师和学生全程参与整个教学过程，充分发挥线上模式和线下模式的优点。

课前主要是学生思维开拓、认知形成的阶段。由于线上教学的灵活性，因此可以将教学内容中比较容易的部分放到课前，让学生通过电脑、手机等智能设备自主完成课前学习，为课中的学习做铺垫。这部分的教学素材是教学中的基础内容，主要用于夯实基础[5]。教师可以将自己的网络课程或其他线上教学资源，例如中国大学MOOC课程、Educoder教学平台课程、SPOC课程、网易网络公开课、北京大学公开课等，作为课前学习的主要内容。但是需要注意的是，这些资源良莠不齐，教师在使用这些资源之前首先需要对它们有一个统筹地把控，根据教学大纲和教学目标，有选择性地筛选出合适的学习内容，并根据知识内容和难度贴上相应的标签，例如“必须掌握”“建议学习”“了解即可”等，从而最优化地平衡学生的学习时间和学习效率[6]。学生根据教师布置的要求开展自主学习后，对即将学习的新知识有了一个初步的认识，也会存在一些疑问和感兴趣的内容。学生整理学习后的疑问、兴趣点、建议、需求等，带入课堂或提前与教师进行交流。

对于课堂上要讲解的内容，教师要充分考虑学生课前学习的情况，包括学生对于课前学习内容的掌握程度、学生存在疑问的地方、学生的兴趣点等，依据这些情况完善教案，对课堂教学安排进行适当的修改。在授课过程中，教师不仅要注意知识点的完整性和系统性，也应该多安排参与式教学活动，即师生之间、生生之间的互动交流，加深学生对于知识点的印象和理解，提升学生的获得感，帮助学生消化相关的概念、逻辑、方法等。在参与式教学活动中，教师可以借助“雨课堂”教学平台、Educoder教学平台等多媒体手段，设置随堂测验、课堂讨论、头脑风暴、小组作业等具体的互动形式，提升课堂活力。

完成授课后，教师可以布置多样化的课后作业，包括传统纸质答题、线上答题、阅读文献、撰写报告、观看视频、微信群讨论等多种形式，让学生回顾学习内容，梳理知识脉络。教师也可以根据需要安排课外自主学习内容，帮助学生扩宽视野，提升对知识点的认知度。在完成课后作业的批改和反馈后，教师应进行反思，回顾整节课有哪些地方值得加强、哪些地方需要修改、教学效果如何等，并结合学生在学习过程中的反馈，尤其是对教学的建议，对教学设计进行修改完善，以提高日后的教学水平。下面以《潮致内波》章节为例，介绍具体的教学设计。

（二）以《潮致内波》章节课堂教学设计为例

《潮致内波》章节的主要内容是潮致内波的概念、潮汐导致内波产生的机理和过程、潮致内波的能量传播特点;教学目标是让学生理解潮汐如何导致内波的产生、了解潮致内波在传播过程中能量变化有何特征。本节课的具体教学设计如下。

课前，线上自主学习。让学生通过MOOC网络课程平台学习与海洋内波相关的网络课程，熟悉海洋内波现象，包括掌握其概念与定义、了解描述内波传播的数学方程、了解导致内波产生的因素，使学生对海洋内波有了一个初步的认知，也知道潮汐能导致海洋内波的产生。同时，让学生整理在学习过程中产生的疑问和感兴趣的地方，例如如何理解描述内波传播的数学方程、潮汐导致海洋内波出现的具体过程是怎样的。

课中，线下知识点精讲。教师首先对学生在课前学习的情况作一个宏观的分析，并通过随堂测验了解学生对于潮致内波相关知识的掌握程度，然后适时地依据具体情况调整教学内容。对于该章节的重点和难点，包括内波传播方程中每一项的物理意义、内波的能量变化等，注重参与式学习，利用“雨课堂”平台加强教师与学生之间的交流，提高学生的参与度，激励学生主动去思考和探索方程中各项的来源，以及各项的变化会导致什么后果，以此来启发学生发现各项的物理意义。在了解到潮汐对于内波的产生具有明显的影响时，引出潮致内波的概念，然后依据课本知识讲解潮汐导致内波产生的具体过程，引导学生去想象并在草稿纸上画出潮汐导致内波产生的每一个重要步骤。除了问题引导外，教师还可以借助Educoder平台展示潮致内波的相关视频，增加课堂的趣味性，帮助学生加深潮汐导致内波产生的具体过程的印象。

課后，线上线下复习。教师布置书面作业和开放作业，其中书面作业是写出描述内波传播过程的方程并解释各项的物理意义;开放作业是在网络上查找和阅读潮致内波研究的最新文献，整理最新研究进展和成果，在下一次课上进行汇报和讨论。

最后，教师对整个教学过程进行总结和分析，包括课前学习素材的难易程度、潮致内波重点和难点内容的讲解过程、课后学生的作业完成情况等，对教学设计再次进行优化完善，以便更好地进行下次授课。

三、总结与思考

课程是人才培养的核心要素。“高等物理海洋学”课程是一门以理论知识为主的专业课程，旨在扩宽硕士研究生对于物理海洋学的认知，帮助学生适应未来岗位的认知需求，需要予以一定的重视。通过将线上教学模式与线下教学模式结合起来，充分发挥两种模式的优点，将各个知识点连贯起来，通过课前、课中、课后三个环节完成知识的预习、精讲和回顾，提高学生的学习效率。当然，本文设计的以《潮致内波》章节为例的课堂教学只是众多教学模式中的一种，教学有法，教无定法，在未来授课过程中可以参考并依据具体情况进行修改完善。总之，依据线上线下混合式教学模式进行“高等物理海洋学”课程的教学设计打破了传统课堂模式，使学生的学习效率和满意度得到了保障。

参考文献

[1]陈贵南.线上线下混合式教学模式在计算机课程中的应用与实施[J].电脑与电信，2015（12）：99-101.

[2]刘浩，胡松.《物理海洋学》教学的思考[J].教育教学论坛，2013（24）：104-105.

[3]柳桂媛.翻转课堂课前学习任务单设计研究[J].内蒙古财经大学学报，2016，14（3）：109-112.

[4]徐建华，刘杰.翻转课堂在高校教学实践中的现实困境与应然策略[J].高教学刊，2020（7）：91-92+95.

[5]杨宇翔，黄继业，吴占雄.线上线下混合教学模式实施方案设计[J].课程教育研究，2015（5）：3-4.

[6]于杰，李敏，谢玲玲.基于海洋技术专业的物理海洋学教学改革与实践探索[J].教育教学论坛，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