“卫星气象学”混合式教学实践探讨

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  [摘 要] 在线教学是当前及今后教学改革的大势所趋,基于雨课堂和MOOC等网络课堂,对“衛星气象学”本科课程的混合式教学实践进行探讨,主要包括从网络平台的选择、教学设计理念和内容的重构、混合式教学潜力的挖掘,以及在线课堂面临的问题及对策等四个方面介绍“卫星气象学”课程在线教学实践,并从混合式教学方法中发现了一些问题,提出了部分解决办法,为今后本课程在线教学的完善和改进奠定基础,也为其他课程的在线教学改革提供一些参考。
  [关键词] 混合式教学;卫星气象学;在线教学;实践探讨
  [作者简介] 关吉平(1978—),男,山西阳高人,理学博士,国防科技大学气象海洋学院副教授,硕士生导师,主要从事气象卫星资料应用的教学科研工作。
  [中图分类号] G642   [文献标识码] A     [文章编号] 1674-9324(2021)40-0089-04   [收稿日期] 2021-03-12
   一、引言
   线上教学是依托互联网学习平台实施的教学活动,是现代教学与互联网技术相互融合的成果。近年来,在信息化技术的背景下,以MOOC为代表的线上教学课程得到了深入广泛的应用,越来越多的人可以通过网络课程进行在线自主学习[1]。自新冠肺炎疫情暴发以来,2020年上半年许多院校广泛采用了线上线下混合的教学方式,避免了课时的延误。在疫情防控期间积累的实践经验,包括在线教学的教学方式、表现形式和技术支持,可以为以后一段时间的在线教育提供一些创新性思路[2]。
   “卫星气象学”是我院面向多个本科专业开设的一门专业性强、涉及面广的课程,共30学时。它是卫星遥感与气象学交叉的一个学科分支,是研究卫星遥感的原理与方法、卫星资料在气象中的应用理论和方法的科学。该课程所涉及的主要内容为卫星遥感原理、卫星图像的天气学分析、卫星资料反演方法及气象、水文要素的卫星资料分析方法等,是学生今后从事气象保障的基础。通过课程组多年的教学实践表明,其中涉及原理的教学内容,如卫星遥感原理及卫星资料反演方法等,由于难度较大、课时少,学生普遍对其有畏难情绪,且理解不透彻,利用所学理论分析卫星气象学问题的能力还很弱。对此教学双方普遍认为,该课程的教学模式与教学理念需要进行改革。本文将此次疫情期间基于各类平台进行的在线教学改革实践进行总结,为下一步该课程教学内容、教学形式的改革实施奠定基础。
   二、教学改革实践的困难
   (一)平台选择的困难
   网上教育平台众多,各有其独特功能和优势,但在疫情期间都会出现拥堵的现象,导致平台设置的部分功能无法正常使用。而且,在线教学依赖于教学双方的网络速度,若网络信号差则易导致教学延时,无法及时进行实时沟通互动。因此,不仅需要选择合适的教学平台,还要保证良好的信号。
   (二)教学方法的选择
   在传统的面对面教授的课堂上,老师可运用多种提问方式带动课堂气氛,通过观察学生的表现判断教学效果,从而改变教学内容和方式。在线教学需要良好的网络和较为安静的网络环境,在老师讲课期间,学生需要关闭麦克风,老师无法了解对面学生的反应,而且一旦网络出现延迟,老师更是无法保证课堂效果。因此,如何设计课堂内容,促进学生积极参与,提高课堂趣味是混合教学的关键。
   三、线上教学平台简介
   随着信息技术的发展,网络在线学习平台层出不穷,包括智慧树、MOOC、雨课堂、蓝墨云班课、SPOC等。目前,按照课堂的实时性可以将常见的网上学习平台分为两类[3]。一类是在线课堂平台。老师和学生是同时在线上课,在平台上互动分享,虽然可以实现实时教学,但无法真实了解到学生是否认真,如雨课堂、智慧树等。另一类是MOOC平台。学生通过观看已经录制好的教学视频,自主完成老师布置的任务,缺少互动性,如SPOC、MOOC等。为了让各类学习平台能发挥作用,课程采用“线上线下”混合式教学模式,线下预习平台选择了MOOC,线上教学平台选取了雨课堂。
   MOOC平台采用提前录制课程的方式,向学生传授知识。平台能记录学生观看进度和任务完成度,并可以指定学生在规定时间内完成作业,而且有章节框架,可以导航到指定页。但平台内缺乏交流的渠道,只能通过三个讨论区进行答疑解惑,不具备实时性,而且无法了解学生的掌握程度。因此,我们选取MOOC平台作为线下课程的预习平台。
   雨课堂需要学生扫描二维码进入课堂,老师可以在平台上发布PPT和音频。学生在获得认证后,自动同步课表,而且随时知道老师上课情况。在上课过程中,如果学生听不懂课程,可以点击求助按钮,向老师求助。在线上,老师也可以清楚地知道学生是否加入课程中,并随时布置作业,让学生在限定时间内完成。平台采取线上成绩分析,方便了老师的教学。但是平台上的教学知识点都是通过PPT直接呈现,无法展示公式推导过程,很难引起学生的思考。因此,线下教学需要弥补线上教学的不足。
   四、在线教学实践
   (一)完善网络平台的构建
   开展在线教学的首要工作是进行教学资源的准备,包括每学期开学前应该完成的本学期教学信息、教学视频、教学课件、电子化教材的上传工作。在教学过程中应该逐步实现在线答疑,以及作业的在线提交、在线批改。在线教学的核心是网络资源,但由于卫星气象学专业性太强,在互联网上能够找到的网络教学资源寥寥无几,因此需要课程组加快建立具有我院特色的“卫星气象学”课程网络资源。初步以卫星气象学中的重要知识点为节点,如气象卫星的轨道及运动规律、可见光云图的遥感原理及其分析基础、红外云图的遥感原理及其分析基础、中纬度天气系统的卫星资料分析、热带天气系统的卫星资料分析、中尺度对流系统的卫星资料分析等为中心设计教学活动,录制微课上传到MOOC,作为学生课前预习视频,化解难点,提高学生课前主动学习的质量,并通过这些节点与其他知识紧密相连,构成完整有效的知识链。    在完成预习课程录制后,选择章节中的重难点问题,如卫星气象探测的基本理论和原理、卫星资料在天气分析和预报中的应用、由卫星云图定量获取气象信息等内容作为线上课程的重点,串起课前预习的知识点,进行线上课程的设计,设定一些作业让学生在线完成,考查学生上课的专注力和课前预习情况。同时,从网上寻找一些科普性视频,在线下课堂的知识点阐释前播放,让学生及时将从MOOC了解的内容与即将教授内容联系起来,并促进本堂课的消化。多种教学形式融合,增强学生学习兴趣。
   (二)重构教学设计理念和内容
   课程教学设计涉及课程定位、教学对象、教学内容设计、教学模式设计等多个要素。特别是对于教学模式设计方面,在线课程教学作为一种新兴教学模式,与传统课堂相比,有着颠覆性的变化和典型的特征。在教学设计理念上,应该更加注重以学生为中心、更加注重课堂互动交流的质量、更加注重培养学生学会学习的能力[4]。
   在课程定位方面,改变原有课程定位,使学生尽快掌握现代气象卫星资料的特点,培养解读和应用卫星云图资料的技能,以提高预报能力,培养理论基础扎实、愿为气象卫星研究事业奉献的专业技术人才。
   教学对象方面,从传统的本科、研究生教学,扩充到所有对气象卫星感兴趣的学生,专业方向也从以往的气象学方向延伸到大气科学、海洋、农业、林业、环境、资源等学科领域。
   在课程教学内容设计方面也有所改变。以红外云图遥感原理及分析基础的教学设计为例,以前的教学设计为:(1)温故引新。通过复习上次课的内容,引出本次课内容。(2)理论讲授。通过板书与PPT配合,以老师讲授为主,使学生理解和掌握本次课内容。(3)案例研讨。通过分析经典的、最新的卫星云图,使学生掌握红外云图基本识别的能力。(4)小结引申。总结本课堂的内容,强调本质,给出拓展作业。利用在线教学进行课程内容设计改革,具体改变为:(1)课前自学。让学生先行学习我们提供的教学资源,包括录制的MOOC“红外云图遥感原理及分析基础”、课程教材相应章节、课前学习自测题、其他课前学习参考书等。(2)课前学习效果评价。主要通过课前学习自测题和课堂向学生提问的形式对学生的学习活动过程及结果进行评价,了解学生课前自学过程对知识掌握的程度,其中测试和提问可以采用在线的方式进行。(3)课堂教学。首先是自主学习效果检验环节,老师重点考查和检验学生自主学习的效果,答疑解惑,解决学生的个性化问题。然后是素质能力提升环节,老师重点通过师生互动、生生互动交流,多方位提升学生的素质和能力,包括自主学习、知识运用等能力。自主学习效果检验环节和素质能力提升环节所占的时间可以视情有所调整。(4)学习过程评价。主要是对线上课堂教学效果的评价与反馈,该过程以学生和老师为主,也可以视情况邀请教学管理部门参与,可以通过自评、互评、问卷调查、座谈会等多种形式进行,目的是通过反思改进教学模式,从而有效提升下次课的教学效果。(5)线下补充。仅依靠线上教学无法了解学生的真实情况,所以在每次线上课程完成后,选取一节课的时间进行传统的课堂教学,主要用于补充和加固知识点的讲解及答疑解惑。此时,授课老师也不能掉以轻心,认为学生通过前期MOOC和线上教学已经基本掌握知识要点,就可以随意讲解。线下补充的实质是辅助学生梳理知识,达到事半功倍的效果,所以如果教学过于简单,反而白白浪费了双方的时间。
   通过线上线下课堂可以使学生成为学习的主体,充分激发学生的主动性和创造性,从而实现教学目标。学生根据老师给出的知识点,提前预习,并在网上搜索相关的资源熟悉和了解课程内容,锻炼了信息搜索能力,对今后从事其他工作大有裨益。
   (三)深挖混合教学的潜力
   为了得到更好的教学效果,我们充分利用线上平台的功能,把传统课堂学习与在线学习的优势相结合。这里仍以红外云图遥感原理及分析基础为例阐述混合教学的潜力。在课前,老师将由教案的书写者转变为课程资源的学习者和整合者,老师应能够根据学生需求整合各种线上和实体资源,如红外遥感原理、红外云圖遥感原理、经典的红外云图案例、授课前最近一两天的红外云图动画等。在课中,老师将由课堂知识的传授者转变为交流互动的组织参与者,通过有效的组织使生生间、师生间进行深度的交流,从而促进知识的吸收内化。如借助经典的、最新的卫星云图,精心设置问题,采用提问、追问、反问等方式开展深入讨论,在讨论中贯穿理论指导实践、实践反馈理论的科学研究思想,使学生掌握红外云图基本识别的能力,同时于无声中感受科学研究的美妙。在课后,老师要从课后练习的局外人转变为学生课后继续探究的辅助者。在线技术使得老师能够及时帮助学生解决课后在分析卫星云图中遇到的困难,这种实时的反馈对于提高教学效果无疑具有极大的帮助。
   授课老师在线上线下混合模式中也能提升和锻炼教学水平,学到很多教学方法。在混合式教学中,老师不仅是课堂知识的传授者,还是知识的引领者,需要积极改进课程设计,让学生从认识领域、情感领域和心理领域整体发展。为检测学生知识掌握程度,需要精心设计问题,这就调动了老师去翻阅大量文献和课本,让老师对自己准备的课程更了解。混合式教学不仅传授了学生知识,也扎实了老师的教学功底。
   总之,我们认为,深挖混合教学的潜力、努力推动老师自我学习和提高对于促进教学效果具有重大的作用,以混合教学为主流的教法改革是在线教学顺利实施的基础。
   (四)可能面临的问题及对策
   1.实施混合式教学的劲头不足。混合式教学虽然能够提升授课老师的教学水平,但需要授课老师重新学习新平台的使用方法,调整教学方式,重塑教学内容,制作大量的音视频,占用了老师较多的时间。在教授过程中,老师需要时刻关注学生状态,并及时梳理、分析上课数据,相较于传统教学模式工作量增多。因此,老师积极性不高。
   为推进混合式教学改革,需要改变老师的教学理念。从传统授课方式的以老师为中心转变为以学生为中心,改变“填鸭式”教学方式,将身份由控制者转变为督导者。鼓励老师积极学习混合式教学方法,掌握信息时代教学的理论,提升实施能力,建设学生喜爱的线上线下课程。    2.在线学习的积极性不够。首先,是学生的课外学习时间的保证问题。在线教学实施的是翻转课堂,这就需要学生在课外有充足的时间进行知识的学习,尤其是在多门课同时实行在线教学的情况下,时间是否能够得到保证是个问题。由于“卫星气象学”课程大都在大学四年级开设,且大都是选修课,同时学生面临各类考核及研究生入学考试等活动,容易出现学习积极性不高的问题,我们应该给予密切的关注,不断根据反馈效果及时采取有效手段,尽最大可能调动学生的学习积极性。事实上,学生面临的课程较多,或者自己懒惰不愿意花时间预习,也会导致线上线下教学效果不理想。这个问题需要通过教学管理部门协调好各门课的关系,尽量让学生有更多的时间进行自主学习,及时调整学生的懒惰心理或者抵触情绪。
   其次,学生学习的体验感不足。混合式教学的优势就是学生在适当的时间看视频自学,制定个性化的学习方式。但是,因为MOOC和线上教学,都是学生独自观看学习,缺少陪伴和交流,尤其是遇到需要答疑解惑的部分,容易产生挫败感。因此,老师需要在教授过程中以答疑解惑来引入思路,课后进行线下教学加深知识点的传授。课程内容上要精心设计,让学生有计划、有目的的进行线上学习,带着问题去线下解惑。
   最后,网络资源匮乏的问题。目前关于“卫星气象学”的网络资源非常少,因此前期需要我们课程组进行大量微课录制及资源搜索,在教学中也可以录制学生的汇报交流作为教学资源使用。此外,可以和相关高校研究所联系,获取尽可能多的教学资源。
   五、结语
   本文对我校“卫星气象学”的混合教学改革实践进行了初步探讨,给出了一些心得和体会。在以后教授这门课程中,混合式教学仍然需要解决很多问题。特别是,应该充分考虑这门课程的特点,根据教学内容及教学对象,努力设计并实施最适宜的混合式教学模式和内容,这样才能真正地提高教学质量。最后,如果想要把“卫星气象学”打造出精品课程,相关配套的教程也需要进一步提升。
  参考文献
  [1]刘美玲,吴伶.“遥感地学应用”课程混合式教学模式初探[J].地理空间信息,2021,19(2):109-112+8.
  [2]林惠榮,闫钰,胡恭任,等.“环境保护与可持续发展”远程教学实践[J].广东化工,2021,48(4):223-225.
  [3]凌鉴宇.基于超星平台+腾讯课堂为载体下的混合式教学模式[J].科技风,2021(6):35-36.
  [4]潘文涛.基于网络资源的混合教学模式研究[J].中山大学学报论丛,2006(3):134-136.
  Abstract: Online teaching is the trend of teaching reform in the present and future. This paper studies the mixed teaching practice of Satellite Meteorology course for undergraduate students based on online classes such as Rain Classroom and MOOC, and mainly discusses the four aspects including the choice of network platform, the teaching design concept and content reconstruction, the mining of mixed teaching potential, and the problems and countermeasures of Satellite Meteorology in the online class. Some problems are pointed out from the mixed teaching method and some solutions are put forward for improvement, which lays the foundation for the improvement of the online teaching in the future, and also provides some reference for the online teaching reform of other courses.
  Key words:  mixed teaching; Satellite Meteorology; online teaching; practice and discussion
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