海洋潮汐課程線上線下互動(dòng)混合式教學(xué)探究＊

李 成

（廣東海洋大學(xué)海洋與氣象學(xué)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(yùn)動(dòng)，習(xí)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(dòng)稱為潮流。潮汐在所有海洋物理動(dòng)力現(xiàn)象中是發(fā)現(xiàn)最早的，與人類日常生活息息相關(guān)[1-2]。海港工程，航運(yùn)交通，軍事活動(dòng)，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(guān)。特別重要的是潮汐現(xiàn)象當(dāng)中的海面垂直漲落起伏包含著巨大潛能，人們十分關(guān)心能否合理地開放使用這一潛能。風(fēng)暴潮是海洋當(dāng)中破壞力十足的自然災(zāi)害過程，動(dòng)力學(xué)上是由于強(qiáng)烈的大氣擾動(dòng)，諸如狂風(fēng)和氣壓突變所導(dǎo)致的海面異常升高過程。其與天文潮過程息息相關(guān)，若遇上天文潮的高潮時(shí)段，二者疊加會(huì)使得風(fēng)暴潮降臨的海域水位激增，造成嚴(yán)重的洪澇水災(zāi)。由上述定義引出的一個(gè)問題是，如何由復(fù)雜的海面變化中取得風(fēng)暴潮這一客觀現(xiàn)實(shí)。當(dāng)風(fēng)暴潮發(fā)生的同時(shí)恰好趕上海嘯驟至這一重合事件，應(yīng)認(rèn)為是小概率的，一般可以不予考慮。伴隨著風(fēng)暴潮確實(shí)產(chǎn)生顯著的短重力波，然而，在取得海面變化的驗(yàn)潮儀曲線中已把這些波浪都濾掉了。但應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，與這些重力短波相伴的某些效應(yīng)，如水的非線性遷移等是包含在驗(yàn)潮曲線中的；因?yàn)樯胁荒馨阉鼈兎殖鋈?，故在風(fēng)暴潮中將包含這一效應(yīng)。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(yàn)潮曲線中[3-4]。不過，它們與風(fēng)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(diǎn)的方式來消除影響。應(yīng)指出的是，特別在河口地區(qū)伴隨風(fēng)暴而傾瀉的暴雨或其所形成的洪峰，無法忽視的是風(fēng)暴潮水位中的重要組成部分，一般應(yīng)予考慮。驗(yàn)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(fēng)暴潮在驗(yàn)潮曲線中區(qū)別分離。然而在動(dòng)力學(xué)上看，在天文引潮力和氣象強(qiáng)迫力的共同作用下的海水運(yùn)動(dòng)是一種非線性的現(xiàn)象；這種非線性的相互耦合是由驗(yàn)潮曲線中把二者分離開的基本困難。一般是用驗(yàn)潮曲線減去潮汐預(yù)報(bào)曲線這樣的方法來實(shí)現(xiàn)，得到的二者差值即是“風(fēng)暴潮曲線”。顯然，依賴于線性疊加原則的分離措施，只有當(dāng)以上非線性耦合不重要時(shí)，才能滿足近似條件[5]。在個(gè)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(yù)報(bào)的誤差和潮汐觀測技術(shù)的缺點(diǎn)，則差值曲線明顯含有天文潮周期的這一現(xiàn)象，即可認(rèn)為是風(fēng)暴潮和天文潮之間的非線性耦合。這樣的非線性效應(yīng)，在大潮差的淺海中十分顯著；此時(shí)必須考慮其他分離手段。海洋潮汐對(duì)海洋能量收支、海洋生態(tài)環(huán)境變化、海上石油平臺(tái)安全和國防軍事活動(dòng)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(duì)國家軍事海洋活動(dòng)安全和海洋經(jīng)濟(jì)活動(dòng)具有重要意義。海洋潮汐在多種海洋運(yùn)動(dòng)過程中占據(jù)重要的位置，并對(duì)人類在海洋中的活動(dòng)引起不容忽視的作用。一個(gè)多世紀(jì)以來，眾多海洋學(xué)家投身于對(duì)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(xué)生對(duì)海洋潮汐理論的認(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步的專業(yè)學(xué)習(xí)和科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)海洋學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課的基礎(chǔ)上，對(duì)海洋中潮汐現(xiàn)象的更深入和系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。

本文提出了對(duì)海洋潮汐課程混合式教學(xué)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(fù)雜、由掌握方法到上手實(shí)踐操作的過程；根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)、能力儲(chǔ)備，采用靈活多變、符合當(dāng)代學(xué)生興趣點(diǎn)的方式進(jìn)行授課指引，使學(xué)生在掌握課授內(nèi)容的同時(shí)直接把自身的科研工作融入課堂中；同時(shí)利用慕課線上線下同步進(jìn)行的學(xué)習(xí)考核模式，讓同學(xué)們提高自學(xué)效率，快樂學(xué)習(xí)，拓寬視野，成為學(xué)習(xí)的主人。作者基于對(duì)海洋潮汐課程的掌握跟學(xué)生反饋，對(duì)今后工作中課程的混合式教學(xué)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(xué)生科研能力

海洋潮汐是一門科研創(chuàng)新實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，對(duì)其的研究依舊是當(dāng)前的熱點(diǎn)和難點(diǎn)課題，同時(shí)該課程設(shè)計(jì)內(nèi)容極為豐富，包括海洋引潮力、平衡潮、風(fēng)暴潮等，面面俱到的講解只會(huì)增加學(xué)生的困惑，需要層次鮮明，提煉精華和重點(diǎn)。作者基于對(duì)海洋潮汐核心要素的把握，近期對(duì)海洋潮汐出海觀測研究實(shí)踐，提煉出課程精華，并且對(duì)知識(shí)掌握程度進(jìn)行層次劃分，也便于讓學(xué)生更合理地分配學(xué)習(xí)不同知識(shí)的精力和時(shí)間。

第一，要求學(xué)生認(rèn)識(shí)海洋潮汐基本現(xiàn)象、引潮力以及與潮汐相關(guān)的天文學(xué)知識(shí)，熟悉風(fēng)暴潮的動(dòng)力特點(diǎn)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(xué)生熟悉海洋潮汐理論知識(shí)在實(shí)際海洋觀測當(dāng)中的應(yīng)用，了解海洋潮汐現(xiàn)場觀測的手段和方法，初步培養(yǎng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)的分析和處理能力。

第三，要求學(xué)生掌握海洋潮汐過程的動(dòng)力機(jī)制，包括潮汐動(dòng)力理論以及潮汐靜力理論，要求學(xué)生了解當(dāng)下研究的最新前沿動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科研探索的精神，為學(xué)生后續(xù)科研工作打下基礎(chǔ)。

第四，要求學(xué)生了解當(dāng)下海洋潮汐尚需探究的科學(xué)問題，對(duì)已習(xí)得的知識(shí)提出自己的理解，對(duì)未解問題提出個(gè)人想法，提高其未來從事教學(xué)、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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在講授南海內(nèi)潮過程中，作者以自身科研相關(guān)研究經(jīng)歷為例，從潛標(biāo)觀測資料出發(fā)，介紹海洋內(nèi)潮汐的多重觀測手段。重點(diǎn)給學(xué)生介紹當(dāng)前主流的觀測手段以及海洋儀器工作原理，為學(xué)生之后出海調(diào)研獲取數(shù)據(jù)、進(jìn)行相關(guān)科研工作打下良好的基礎(chǔ)。利用課題組在南海陸架區(qū)設(shè)計(jì)的內(nèi)潮觀測實(shí)驗(yàn)為案例，介紹前期潛標(biāo)觀測的設(shè)計(jì)理念：潛標(biāo)的間距，潛標(biāo)適用海洋潮汐的觀測配置，重點(diǎn)講解觀測數(shù)據(jù)回收之后針對(duì)海洋潮汐過程，相關(guān)數(shù)據(jù)資料如何分析處理。在課程中，介紹從實(shí)測資料當(dāng)中識(shí)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(shí)，進(jìn)而給學(xué)生展現(xiàn)從科研角度的一些簡單思路跟設(shè)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(gè)顯著的周期性時(shí)間變異過程，為了分析其對(duì)應(yīng)的影響機(jī)制，就要針對(duì)當(dāng)?shù)睾^(qū)，觀測期間發(fā)生的特殊物理過程如中尺度渦旋、臺(tái)風(fēng)跟季節(jié)性層節(jié)變化等，分別介紹這些不同因素對(duì)觀測期間的潮汐過程可能造成的影響。拓寬了學(xué)生眼界，提高了對(duì)科研的興趣，以及培養(yǎng)他們的成就感意識(shí)，確實(shí)從課程當(dāng)中的學(xué)習(xí)有所獲益。

三、課程中提升學(xué)生與課上知識(shí)相關(guān)的科研能力

海洋潮汐是研究海洋中的較為復(fù)雜的動(dòng)力過程，導(dǎo)致實(shí)際觀測對(duì)這門學(xué)科至關(guān)重要，那么給學(xué)生直觀的海洋觀測資料的處理分析結(jié)果，將學(xué)習(xí)到的動(dòng)力學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際海洋觀測數(shù)據(jù)的分析中，作者認(rèn)為對(duì)于物理海洋學(xué)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)以及科研興趣的培養(yǎng)和后續(xù)研究都會(huì)產(chǎn)生積極的影響。課程中要求學(xué)生在課堂上直接根據(jù)案例分析的形式處理實(shí)際海洋實(shí)測資料。例如，在對(duì)海洋潮汐信號(hào)的分析中，基于教師提供的參考程序，由學(xué)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(jìn)行簡單的調(diào)和分析，把課上所學(xué)直接運(yùn)用到科學(xué)研究當(dāng)中，掌握數(shù)據(jù)處理流程并實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋潮汐動(dòng)力理論的掌握與加深。

四、混合式教學(xué)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(xué)平臺(tái)如學(xué)習(xí)通等被越來越多的師生所喜愛；平臺(tái)上諸多的學(xué)習(xí)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(tái)再呈現(xiàn)，使學(xué)生們能夠自發(fā)地掌握學(xué)習(xí)到相關(guān)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(xué)習(xí)模式，方便學(xué)生自由安排想學(xué)習(xí)掌握的課程[7-8]。智慧課堂是為了適應(yīng)新時(shí)代高速發(fā)展的通信時(shí)代所帶來的教育新概念，目標(biāo)就是為了培養(yǎng)創(chuàng)新性、高智能化的相關(guān)人才，基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)值分析等方法，實(shí)施診斷學(xué)習(xí)情況和智能推送學(xué)習(xí)資源，開發(fā)線上學(xué)習(xí)任務(wù)與支持服務(wù)，進(jìn)行學(xué)習(xí)過程記錄與多方評(píng)價(jià)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(xué)生課前學(xué)習(xí)指引、線下課堂的針對(duì)性授課及課下及時(shí)的復(fù)習(xí)鞏固反饋。智慧課堂將學(xué)生的自我展示交互作為努力的重點(diǎn)，整個(gè)學(xué)習(xí)過程具有開放性質(zhì)，使所有同學(xué)一起進(jìn)步，也為老師和同學(xué)的進(jìn)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(xué)實(shí)施過程如下。

1.教師課前準(zhǔn)備

創(chuàng)建班級(jí)溝通群，作為學(xué)生與教師之間的溝通，便于老師布置學(xué)習(xí)任務(wù)及線上答疑。通過學(xué)習(xí)通進(jìn)行教學(xué)、復(fù)習(xí)、考核等內(nèi)容的制作，如作試題及視頻資源等。

2.學(xué)生課前預(yù)習(xí)

課前給予線下授課內(nèi)容準(zhǔn)備課件及布置預(yù)習(xí)點(diǎn)，觀看將要學(xué)習(xí)的慕課視頻，并完成線上預(yù)習(xí)階段中的相關(guān)習(xí)題，通過學(xué)習(xí)通教師端檢查視頻學(xué)習(xí)情況。收集在預(yù)習(xí)過程中疑難點(diǎn)，老師匯總后，在課堂教學(xué)中作為重、難點(diǎn)內(nèi)容給予教學(xué)答疑。

3.線下課堂教學(xué)

在經(jīng)歷過線上預(yù)習(xí)部分之后，學(xué)生和教師都找到了線下課堂學(xué)習(xí)的針對(duì)面，兩方都帶著學(xué)習(xí)針對(duì)點(diǎn)進(jìn)入課堂。課堂教學(xué)使用學(xué)習(xí)通來輔助教學(xué)。學(xué)生進(jìn)行線上簽到，通過學(xué)習(xí)通了解學(xué)生出勤情況。老師首先指引學(xué)生回顧線上預(yù)習(xí)的部分重點(diǎn)內(nèi)容，分析課堂學(xué)習(xí)的疑難點(diǎn)。針對(duì)課前的學(xué)生反饋有針對(duì)性地制作線下課堂教學(xué)課件，利用學(xué)習(xí)通引入線上海洋潮汐的一些優(yōu)秀資源，插入跟疑難點(diǎn)相關(guān)的課堂習(xí)題，加深學(xué)生對(duì)潮汐知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解。對(duì)于預(yù)習(xí)階段學(xué)生反饋的疑難點(diǎn)，通過課件結(jié)合知識(shí)點(diǎn)展示疑難點(diǎn)，并就此問題進(jìn)行課堂討論形式不限，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的能動(dòng)性，活躍課堂氣氛并解決問題。實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂部分，學(xué)生以小組為單位講述提前準(zhǔn)備的PPT，之后師生一起討論加深對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知和記憶。學(xué)生的上臺(tái)展示，大大提高了學(xué)生加深知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知程度，而且培養(yǎng)了學(xué)生的可言語表達(dá)能力，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和對(duì)科研興趣的培養(yǎng)。

4.學(xué)生課后復(fù)習(xí)

學(xué)生在課下往往對(duì)于復(fù)習(xí)這件事情不積極，所以對(duì)待課下知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)部分，教師一定要通過學(xué)習(xí)通布置復(fù)習(xí)任務(wù)，并添加小測試計(jì)入最后成績，增加學(xué)生復(fù)習(xí)熱情。為了避免學(xué)生疲于應(yīng)付，可安排學(xué)生自己出測驗(yàn)題目，教師匯總后在學(xué)習(xí)通發(fā)布，學(xué)生在線答題并獲得即時(shí)評(píng)價(jià)。教師通過學(xué)習(xí)通查看統(tǒng)計(jì)情況，及時(shí)答疑?；趯W(xué)生自發(fā)出題答題互動(dòng)的方法，進(jìn)一步提高了學(xué)生復(fù)習(xí)熱情，使課上知識(shí)點(diǎn)得到進(jìn)一步鞏固?；诰€下教學(xué)情況，老師可進(jìn)一步給學(xué)生提供一些延展性的學(xué)習(xí)資源，或者與課堂內(nèi)容相關(guān)的最新科學(xué)研究進(jìn)展等，進(jìn)而拓寬學(xué)生眼界、激發(fā)學(xué)生們對(duì)科學(xué)研究的熱情和興趣。

5.課程考核

海洋潮汐課程的考核評(píng)定一方面是評(píng)價(jià)學(xué)生一學(xué)期以來的學(xué)習(xí)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(shí)成績占30%以及期末考試成績占70%二者綜合考評(píng)的方式。平時(shí)成績主要包含三個(gè)方面，首先是線上預(yù)習(xí)部分的分?jǐn)?shù)占10%，涵蓋線上課程的視頻學(xué)習(xí)情況、習(xí)題完答率等。其次是課上學(xué)習(xí)表現(xiàn)占10%，涵蓋出勤、課堂回答問題以及小組討論匯報(bào)情況等方面。最后是課下復(fù)習(xí)表現(xiàn)占10%，學(xué)習(xí)通試題完答率等方面。在評(píng)價(jià)進(jìn)行中，利用學(xué)習(xí)通軟件可以高效地給出學(xué)生完成情況。除此之外，在線下教學(xué)評(píng)價(jià)方面，對(duì)于表現(xiàn)特別優(yōu)異的給予額外分?jǐn)?shù)獎(jiǎng)勵(lì)，徹底激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。最后占70%的期末考試成績以學(xué)生卷面成績?yōu)橹鳎荚噧?nèi)容應(yīng)難易結(jié)合體現(xiàn)學(xué)生們在線上和線下課堂中提出的重點(diǎn)和疑難點(diǎn)。

結(jié)語

課程內(nèi)容如何高效地運(yùn)用到學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)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(shí)，而忽略學(xué)生實(shí)際科研中的應(yīng)用性，或布置大量與學(xué)生實(shí)際研究無關(guān)的課堂作業(yè)，對(duì)學(xué)生自身創(chuàng)新與科研能力的提高幫助不大，只能使得學(xué)生疲于應(yīng)付課堂知識(shí)。開展線上線下混合式教學(xué)，無疑大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率以及主動(dòng)性，同時(shí)教師的教學(xué)效率也會(huì)大大提高。本文針對(duì)物理海洋專業(yè)海洋潮汐課程特點(diǎn)，提出了混合式教學(xué)的初步實(shí)踐與探究?；谧髡呓诘慕虒W(xué)學(xué)生反饋，學(xué)生對(duì)潮汐知識(shí)的掌握更加成熟，相關(guān)科研興致顯著提高。