海洋潮汐课程线上线下互动混合式教学探究＊

李 成

（广东海洋大学海洋与气象学院，广东 湛江 524088）

潮汐现象是指海水在天体引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面铅直向涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。潮汐在所有海洋物理动力现象中是发现最早的，与人类日常生活息息相关[1-2]。海港工程，航运交通，军事活动，渔、盐、水产业，近海环境研究与污染治理，都与潮汐现象密切相关。特别重要的是潮汐现象当中的海面垂直涨落起伏包含着巨大潜能，人们十分关心能否合理地开放使用这一潜能。风暴潮是海洋当中破坏力十足的自然灾害过程，动力学上是由于强烈的大气扰动，诸如狂风和气压突变所导致的海面异常升高过程。其与天文潮过程息息相关，若遇上天文潮的高潮时段，二者叠加会使得风暴潮降临的海域水位激增，造成严重的洪涝水灾。由上述定义引出的一个问题是，如何由复杂的海面变化中取得风暴潮这一客观现实。当风暴潮发生的同时恰好赶上海啸骤至这一重合事件，应认为是小概率的，一般可以不予考虑。伴随着风暴潮确实产生显著的短重力波，然而，在取得海面变化的验潮仪曲线中已把这些波浪都滤掉了。但应强调指出，与这些重力短波相伴的某些效应，如水的非线性迁移等是包含在验潮曲线中的；因为尚不能把它们分出去，故在风暴潮中将包含这一效应。由于结冰、融化、加热和冷却等气象因子或气候变化乃至地球物理因素所造成的所谓“海面异常变化”，也混杂于验潮曲线中[3-4]。不过，它们与风暴潮相比都是很小的变化。通常利用以海平面多月平均值为起点的方式来消除影响。应指出的是，特别在河口地区伴随风暴而倾泻的暴雨或其所形成的洪峰，无法忽视的是风暴潮水位中的重要组成部分，一般应予考虑。验潮曲线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风暴潮在验潮曲线中区别分离。然而在动力学上看，在天文引潮力和气象强迫力的共同作用下的海水运动是一种非线性的现象；这种非线性的相互耦合是由验潮曲线中把二者分离开的基本困难。一般是用验潮曲线减去潮汐预报曲线这样的方法来实现，得到的二者差值即是“风暴潮曲线”。显然，依赖于线性叠加原则的分离措施，只有当以上非线性耦合不重要时，才能满足近似条件[5]。在个例情况中，以上差值曲线含有显著的潮周期。若不考虑天文潮预报的误差和潮汐观测技术的缺点，则差值曲线明显含有天文潮周期的这一现象，即可认为是风暴潮和天文潮之间的非线性耦合。这样的非线性效应，在大潮差的浅海中十分显著；此时必须考虑其他分离手段。海洋潮汐对海洋能量收支、海洋生态环境变化、海上石油平台安全和国防军事活动均有十分重要的影响[6]。研究海洋潮汐的特征及其传播规律对国家军事海洋活动安全和海洋经济活动具有重要意义。海洋潮汐在多种海洋运动过程中占据重要的位置，并对人类在海洋中的活动引起不容忽视的作用。一个多世纪以来，众多海洋学家投身于对内波的理论和观测研究，研究取得了长足、快速的发展。本课程为物理海洋方向学生的专业课程，旨在加深学生对海洋潮汐理论的认识，为进一步的专业学习和科学研究奠定基础，在学习海洋学等专业基础课的基础上，对海洋中潮汐现象的更深入和系统的学习。

本文提出了对海洋潮汐课程混合式教学的研究初探，主要包括：线下课堂中阐明课程的核心骨架、精炼每一章节的中心思想，满足由简单到复杂、由掌握方法到上手实践操作的过程；根据学生已有的知识、能力储备，采用灵活多变、符合当代学生兴趣点的方式进行授课指引，使学生在掌握课授内容的同时直接把自身的科研工作融入课堂中；同时利用慕课线上线下同步进行的学习考核模式，让同学们提高自学效率，快乐学习，拓宽视野，成为学习的主人。作者基于对海洋潮汐课程的掌握跟学生反馈，对今后工作中课程的混合式教学方法，抛砖引玉给出自己的见解。

一、凝练课程核心要素，培养学生科研能力

海洋潮汐是一门科研创新实践性很强的课程，对其的研究依旧是当前的热点和难点课题，同时该课程设计内容极为丰富，包括海洋引潮力、平衡潮、风暴潮等，面面俱到的讲解只会增加学生的困惑，需要层次鲜明，提炼精华和重点。作者基于对海洋潮汐核心要素的把握，近期对海洋潮汐出海观测研究实践，提炼出课程精华，并且对知识掌握程度进行层次划分，也便于让学生更合理地分配学习不同知识的精力和时间。

第一，要求学生认识海洋潮汐基本现象、引潮力以及与潮汐相关的天文学知识，熟悉风暴潮的动力特点跟防治措施，掌握海洋潮汐类型、调和分析等基本概念和理论。

第二，要求学生熟悉海洋潮汐理论知识在实际海洋观测当中的应用，了解海洋潮汐现场观测的手段和方法，初步培养学生对现场观测数据的分析和处理能力。

第三，要求学生掌握海洋潮汐过程的动力机制，包括潮汐动力理论以及潮汐静力理论，要求学生了解当下研究的最新前沿动态，培养学生对科研探索的精神，为学生后续科研工作打下基础。

第四，要求学生了解当下海洋潮汐尚需探究的科学问题，对已习得的知识提出自己的理解，对未解问题提出个人想法，提高其未来从事教学、科研等工作的素质。

二、从自身科研经历出发激发学生的学习兴趣

在讲授南海内潮过程中，作者以自身科研相关研究经历为例，从潜标观测资料出发，介绍海洋内潮汐的多重观测手段。重点给学生介绍当前主流的观测手段以及海洋仪器工作原理，为学生之后出海调研获取数据、进行相关科研工作打下良好的基础。利用课题组在南海陆架区设计的内潮观测实验为案例，介绍前期潜标观测的设计理念：潜标的间距，潜标适用海洋潮汐的观测配置，重点讲解观测数据回收之后针对海洋潮汐过程，相关数据资料如何分析处理。在课程中，介绍从实测资料当中识别以及展现潮汐过程的有效方法。讲解潮汐不同地理区位的特征变异及造成的热盐输送等知识，进而给学生展现从科研角度的一些简单思路跟设想，例如基于观测资料发现在观测期间南海内潮存在一个显著的周期性时间变异过程，为了分析其对应的影响机制，就要针对当地海区，观测期间发生的特殊物理过程如中尺度涡旋、台风跟季节性层节变化等，分别介绍这些不同因素对观测期间的潮汐过程可能造成的影响。拓宽了学生眼界，提高了对科研的兴趣，以及培养他们的成就感意识，确实从课程当中的学习有所获益。

三、课程中提升学生与课上知识相关的科研能力

海洋潮汐是研究海洋中的较为复杂的动力过程，导致实际观测对这门学科至关重要，那么给学生直观的海洋观测资料的处理分析结果，将学习到的动力学知识应用到实际海洋观测数据的分析中，作者认为对于物理海洋学理论知识的学习以及科研兴趣的培养和后续研究都会产生积极的影响。课程中要求学生在课堂上直接根据案例分析的形式处理实际海洋实测资料。例如，在对海洋潮汐信号的分析中，基于教师提供的参考程序，由学生编写数据分析处理语言，输出图像，分析潮汐观测结果，进行简单的调和分析，把课上所学直接运用到科学研究当中，掌握数据处理流程并实现对海洋潮汐动力理论的掌握与加深。

四、混合式教学方式新探究

教育智能化、信息化的理念伴随着今年互联网技术的高速发展逐渐成为教育的新兴支柱，诸多教学平台如学习通等被越来越多的师生所喜爱；平台上诸多的学习视频课件都可以无偿地共享给大家。慕课是开放兴致的线上交互课程，它是教育—互联网融合的结果。教师把授课过程以视频的形式上传到线上平台再呈现，使学生们能够自发地掌握学习到相关课程。慕课能够把线下授课转化成更自主化高效化、更适合无障碍的线上学习模式，方便学生自由安排想学习掌握的课程[7-8]。智慧课堂是为了适应新时代高速发展的通信时代所带来的教育新概念，目标就是为了培养创新性、高智能化的相关人才，基于数据统计、数值分析等方法，实施诊断学习情况和智能推送学习资源，开发线上学习任务与支持服务，进行学习过程记录与多方评价的创新性线上课堂 。智慧课堂以来信息技术，利用大数据反馈提供给学生课前学习指引、线下课堂的针对性授课及课下及时的复习巩固反馈。智慧课堂将学生的自我展示交互作为努力的重点，整个学习过程具有开放性质，使所有同学一起进步，也为老师和同学的进一步通交流提供了路径。为此作者也开展了海洋潮汐课程的智慧课堂。其具体教学实施过程如下。

1.教师课前准备

创建班级沟通群，作为学生与教师之间的沟通，便于老师布置学习任务及线上答疑。通过学习通进行教学、复习、考核等内容的制作，如作试题及视频资源等。

2.学生课前预习

课前给予线下授课内容准备课件及布置预习点，观看将要学习的慕课视频，并完成线上预习阶段中的相关习题，通过学习通教师端检查视频学习情况。收集在预习过程中疑难点，老师汇总后，在课堂教学中作为重、难点内容给予教学答疑。

3.线下课堂教学

在经历过线上预习部分之后，学生和教师都找到了线下课堂学习的针对面，两方都带着学习针对点进入课堂。课堂教学使用学习通来辅助教学。学生进行线上签到，通过学习通了解学生出勤情况。老师首先指引学生回顾线上预习的部分重点内容，分析课堂学习的疑难点。针对课前的学生反馈有针对性地制作线下课堂教学课件，利用学习通引入线上海洋潮汐的一些优秀资源，插入跟疑难点相关的课堂习题，加深学生对潮汐知识的认识和理解。对于预习阶段学生反馈的疑难点，通过课件结合知识点展示疑难点，并就此问题进行课堂讨论形式不限，充分调动学生的能动性，活跃课堂气氛并解决问题。实施翻转课堂部分，学生以小组为单位讲述提前准备的PPT，之后师生一起讨论加深对相关知识点的认知和记忆。学生的上台展示，大大提高了学生加深知识点的认知程度，而且培养了学生的可言语表达能力，提高了学生的自主学习能力和对科研兴趣的培养。

4.学生课后复习

学生在课下往往对于复习这件事情不积极，所以对待课下知识点复习部分，教师一定要通过学习通布置复习任务，并添加小测试计入最后成绩，增加学生复习热情。为了避免学生疲于应付，可安排学生自己出测验题目，教师汇总后在学习通发布，学生在线答题并获得即时评价。教师通过学习通查看统计情况，及时答疑。基于学生自发出题答题互动的方法，进一步提高了学生复习热情，使课上知识点得到进一步巩固。基于线下教学情况，老师可进一步给学生提供一些延展性的学习资源，或者与课堂内容相关的最新科学研究进展等，进而拓宽学生眼界、激发学生们对科学研究的热情和兴趣。

5.课程考核

海洋潮汐课程的考核评定一方面是评价学生一学期以来的学习效果；另一方面，也是检查教师的授课效果如何的重要方式。本研究中的“海洋潮汐”课程考查采用平时成绩占30%以及期末考试成绩占70%二者综合考评的方式。平时成绩主要包含三个方面，首先是线上预习部分的分数占10%，涵盖线上课程的视频学习情况、习题完答率等。其次是课上学习表现占10%，涵盖出勤、课堂回答问题以及小组讨论汇报情况等方面。最后是课下复习表现占10%，学习通试题完答率等方面。在评价进行中，利用学习通软件可以高效地给出学生完成情况。除此之外，在线下教学评价方面，对于表现特别优异的给予额外分数奖励，彻底激发学生学习积极性。最后占70%的期末考试成绩以学生卷面成绩为主，考试内容应难易结合体现学生们在线上和线下课堂中提出的重点和疑难点。

结语

课程内容如何高效地运用到学生的实际学习工作中是教育授课的重中之重，海洋潮汐这门若只是泛泛地讲述潮汐理论知识，而忽略学生实际科研中的应用性，或布置大量与学生实际研究无关的课堂作业，对学生自身创新与科研能力的提高帮助不大，只能使得学生疲于应付课堂知识。开展线上线下混合式教学，无疑大大提高了学生的学习效率以及主动性，同时教师的教学效率也会大大提高。本文针对物理海洋专业海洋潮汐课程特点，提出了混合式教学的初步实践与探究。基于作者近期的教学学生反馈，学生对潮汐知识的掌握更加成熟，相关科研兴致显著提高。