王澄海，張飛民，楊 毅，楊凱

（蘭州大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院 蘭州大學(xué)大氣科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，蘭州 730000）

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的發(fā)展，MOOC（Massive Open Online Course，大規(guī)模在線開放課程）等形式的現(xiàn)代化教學(xué)手段廣泛應(yīng)用于教學(xué)。在促進(jìn)教育教學(xué)改革創(chuàng)新，發(fā)展高質(zhì)量高等教育，加強(qiáng)教育資源共享等方面發(fā)揮了重要的作用。傳統(tǒng)教學(xué)以“教材+粉筆+黑板”的課堂教學(xué)模式為主，學(xué)生被動參與，不能很好地融入數(shù)學(xué)教學(xué)過程。對數(shù)理基礎(chǔ)要求高的課程，往往具有較強(qiáng)抽象性、邏輯性，學(xué)生掌握起來存在較大難度，而單一的線上教學(xué)效果由于缺少線下課程的氛圍、課堂互動和教師的有效引導(dǎo)，教學(xué)效果往往不理想。如何將傳統(tǒng)課堂的板書推演和線上教學(xué)有機(jī)結(jié)合，線上線下混合式的教學(xué)方法是一個(gè)比較好的選擇。然而，線上線下混合式教學(xué)在實(shí)踐過程中也存在一些問題。

一是數(shù)理類課程，由多媒體展示出來的知識點(diǎn)在邏輯分析和推導(dǎo)的中間環(huán)節(jié)繁簡很難掌握，視頻推演過于復(fù)雜會導(dǎo)致學(xué)生容易視覺疲勞、精力不集中及視頻觀看效率低，出現(xiàn)和傳統(tǒng)課堂一樣的弊端；鋪墊信息過量則會使學(xué)生接收的信息會產(chǎn)生虛假的“超載”，易導(dǎo)致學(xué)生對知識理解形態(tài)的固化，難以調(diào)動學(xué)習(xí)的興趣點(diǎn)，從而影響創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。二是教學(xué)中教師講解和學(xué)生學(xué)習(xí)的重、難點(diǎn)不對稱。三是MOOC 等形式教學(xué)平臺的視頻資源中的講授-學(xué)習(xí)模式，教與學(xué)互動的生態(tài)環(huán)境需要改善。四是對學(xué)生掌握知識的考核和學(xué)習(xí)能力評價(jià)之間不平衡，考核環(huán)節(jié)如何實(shí)現(xiàn)全方位、多層次及多角度的客觀評價(jià)，從而達(dá)到有效的督促和激勵，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)生動力，達(dá)到最優(yōu)的教學(xué)效果。

基于上述問題，如何設(shè)計(jì)傳統(tǒng)實(shí)體課堂與線上課堂有機(jī)結(jié)合的線上線下混合式課堂模式，相應(yīng)的教學(xué)理念、教學(xué)方法和教學(xué)手段如何轉(zhuǎn)變、調(diào)整和優(yōu)化，以達(dá)到教學(xué)的最優(yōu)效果，是混合式教學(xué)面臨的新挑戰(zhàn)。

從2015 年開始，筆者開始思考和設(shè)計(jì)線上線下混合式教學(xué)的改革和創(chuàng)新方法，探索并總結(jié)出了線上線下混合式教學(xué)的SV2QR 方法，并應(yīng)用于大氣科學(xué)專業(yè)的核心課程——數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的教學(xué)，解決了該課程由于數(shù)理基礎(chǔ)要求高，單一線上課程學(xué)生滿意度低，而線下課程在疫情和未來課程教學(xué)新形態(tài)背景下難以為繼的問題，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的有機(jī)融合。幾年的教學(xué)實(shí)踐表明，該方法有效提高了教學(xué)效果。

一、混合式教學(xué)改革SV2QR 教學(xué)法的主要內(nèi)容

線上線下教學(xué)的SV2QR 混合式教學(xué)法的目的和內(nèi)容：解決線上線下教學(xué)交融效果的最優(yōu)化和科學(xué)有序的教學(xué)進(jìn)程，確立了線上學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)問題、線下解決問題并強(qiáng)化和提升基礎(chǔ)的SV2QR 混合式教學(xué)思路。即：縱覽預(yù)習(xí)（Survey）—視頻學(xué)習(xí)（Video）—問題及解答（Question）—研讀（Read）—作業(yè)測驗(yàn)（Quiz）—復(fù)習(xí)鞏固提升（Review），簡稱SV2QR 方法，如圖1 所示。

從圖1 中可以看出，SV2QR 數(shù)學(xué)法以最大限度地掌握課程內(nèi)容，達(dá)到教學(xué)效果顯著提升為目的，以講清基本概念、掌握基本理論、熟練基本技能為主線，設(shè)計(jì)了四個(gè)環(huán)路。其中，前兩個(gè)環(huán)路主要以線上學(xué)習(xí)為主，后兩個(gè)環(huán)路線上線下結(jié)合，第二、第三環(huán)路之間互通進(jìn)階，從而使教與學(xué)相結(jié)合形成一個(gè)完整的教學(xué)過程。四個(gè)環(huán)路的具體內(nèi)容是。

圖1 線上線下教學(xué)的SV2QR 混合式教學(xué)法示意圖

（1）在第一個(gè)環(huán)路中，學(xué)生完成指定章節(jié)內(nèi)容的預(yù)習(xí)，包括知識點(diǎn)視頻學(xué)習(xí)、教材章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)、章節(jié)測試和線上作業(yè)的完成；教師基于線上平臺反映的數(shù)據(jù)，通過簽到、教學(xué)預(yù)警和通知等手段，及時(shí)督促學(xué)生完成課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)。這一階段也是尋求如何向自主學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)和過程，需要耐心細(xì)致。

（2）針對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的問題教師在線上及時(shí)解答學(xué)生，在討論區(qū)中參與問題的交流和觀察，根據(jù)章節(jié)內(nèi)容發(fā)布一些思考題，引導(dǎo)學(xué)生思考、討論；教師引導(dǎo)學(xué)生回看視頻和相關(guān)參考教材、文獻(xiàn)，使學(xué)生進(jìn)一步理解相關(guān)內(nèi)容。

（3）根據(jù)第一、第二環(huán)路學(xué)生線上學(xué)習(xí)狀況，有的放矢地制定線下課堂教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)第二、三環(huán)路的進(jìn)階并完成其他學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)：總結(jié)線上學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的共性問題，據(jù)此歸納總結(jié)出難點(diǎn)所在；通過解析難點(diǎn)、板書推演數(shù)學(xué)公式、物理過程的動畫演示和示意圖，達(dá)到化解難點(diǎn)的目的。從而使傳統(tǒng)“猜”的經(jīng)驗(yàn)型尋找難點(diǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過程自動顯現(xiàn)難點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。

（4）第三個(gè)環(huán)路中，對章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)性串講和回顧，對難點(diǎn)內(nèi)容部分進(jìn)行擴(kuò)展提問，提出一些開放性問題，學(xué)生進(jìn)行分組討論，并隨機(jī)抽取和分組推舉學(xué)生代表進(jìn)行講解，組間討論思辨，教師點(diǎn)評講解，實(shí)現(xiàn)對難點(diǎn)知識的深入理解和提高。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生研讀相關(guān)參考教材和文獻(xiàn)，拓寬學(xué)習(xí)視野。這既是激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣和動力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是完成被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要教師把自己融入到學(xué)生的互動過程中。

（5）第四個(gè)環(huán)路則側(cè)重學(xué)習(xí)內(nèi)容的鞏固和提高，通過開展基于問題的學(xué)習(xí)（PBL，Problem-Based Learning）活動，基于開放性問題的難題解答，達(dá)到對已學(xué)內(nèi)容的復(fù)習(xí)鞏固；通過引導(dǎo)文獻(xiàn)閱讀和開放性問題的非閉合性的回答，達(dá)到拓展提升的目的。通過全方位、多角度的測試，促進(jìn)對學(xué)習(xí)內(nèi)容的完全掌握。

二、SV2QR 教學(xué)法的實(shí)踐及檢驗(yàn)

為檢驗(yàn)SV2QR 的教學(xué)效果，從2015 年至今，我們將該方法應(yīng)用于蘭州大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院數(shù)值天氣預(yù)報(bào)課程線上線下混合式教學(xué)中。

數(shù)值天氣預(yù)報(bào)是大氣科學(xué)專業(yè)本科生的主干課程，也是大氣科學(xué)應(yīng)用性最廣泛的課程，是學(xué)生畢業(yè)后從事天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測及相關(guān)工作所必須掌握的課程。該課程對數(shù)理基礎(chǔ)要求高，先修課程有大量的數(shù)學(xué)和物理專業(yè)課程；大氣科學(xué)專業(yè)課程也需要借助圖像對數(shù)學(xué)物理概念、模型進(jìn)行詮釋。該課程具有數(shù)學(xué)公式多、物理過程抽象的特點(diǎn)，例如大氣運(yùn)動方程的差分格式及其穩(wěn)定性問題，物理過程如何參數(shù)化等需要學(xué)生熟練掌握且深刻理解。但是，受目前學(xué)程變短、學(xué)生在校的學(xué)習(xí)時(shí)間緊、任務(wù)繁重及實(shí)踐活動多等因素影響，僅僅依賴傳統(tǒng)課堂教學(xué)已無法滿足該課程教學(xué)，亟待創(chuàng)新提高教學(xué)效果的新途徑。

基于上述問題和需求，我們將SV2QR 教學(xué)法運(yùn)用于教學(xué)，進(jìn)行了三年的檢驗(yàn)，每期教學(xué)結(jié)束后向?qū)W生發(fā)放問卷調(diào)查，總結(jié)教學(xué)效果，受到了良好的評價(jià)，教學(xué)效果得到了顯著提升。SV2QR 教學(xué)法的特點(diǎn)、主要應(yīng)用過程和效果如下。

（一）對課程內(nèi)容的全部講解變?yōu)閷χR點(diǎn)的講析，重構(gòu)了課程形態(tài)

針對本課程學(xué)科交叉性強(qiáng)、數(shù)理公式推演多、物理過程復(fù)雜，以及部分學(xué)生存在畏難情緒，導(dǎo)致學(xué)習(xí)入門難、學(xué)習(xí)主動性不強(qiáng)，習(xí)慣“滿堂灌”的被動學(xué)習(xí)問題。在大綱范圍內(nèi)，按各自的研究方向、研究內(nèi)容和研究特長精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，剖析教學(xué)內(nèi)容的重、難點(diǎn)知識。在保證基礎(chǔ)理論和知識講解透徹的前提下，將基礎(chǔ)知識和大氣科學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)問題及一線業(yè)務(wù)領(lǐng)域的需求進(jìn)行了有機(jī)融合，打破了學(xué)生對知識理解的固化，實(shí)現(xiàn)對知識的拓展理解，根據(jù)上述理念，建成了MOOC 教學(xué)平臺，作為線上線下混合式教學(xué)的線上教學(xué)和互動平臺，以及SV2QR 教學(xué)法實(shí)施的依托平臺。

（二）實(shí)現(xiàn)“教師為主”向“學(xué)生為主”教學(xué)過程的轉(zhuǎn)變，創(chuàng)新了混合式課程教學(xué)途徑

傳統(tǒng)課堂教學(xué)以教師講授為主，輔之以作業(yè)熟悉和考核督促等環(huán)節(jié)，學(xué)生處于被動接受狀態(tài)，學(xué)生參與度較低。通過加強(qiáng)SV2QR 前兩個(gè)環(huán)路中的視頻觀看時(shí)間長短的監(jiān)督、線上側(cè)重每章重點(diǎn)的若干數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)和物理過程解釋的提問、強(qiáng)化教師和學(xué)生之間、學(xué)生之間回答問題的頻次，及時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的動態(tài)，將課程內(nèi)容根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)度設(shè)置為闖關(guān)模式，對視頻觀看時(shí)間足夠、章節(jié)作業(yè)完成后，才能進(jìn)入下一章節(jié)的觀看學(xué)習(xí)；對視頻學(xué)習(xí)時(shí)間達(dá)不到要求的同學(xué)，不按時(shí)完成學(xué)習(xí)任務(wù)的同學(xué)，教學(xué)平臺設(shè)置了自動發(fā)出教學(xué)預(yù)警等措施，保證前兩個(gè)環(huán)路學(xué)習(xí)的硬性條件。

（三）改進(jìn)教、學(xué)模式，促進(jìn)了教學(xué)相長

通過學(xué)生線上學(xué)習(xí)中的提問頻次、集中度、問題解答滿意程度、學(xué)生相互討論出現(xiàn)的偏差率及作業(yè)對錯率等的簡單分析，教師能夠快速掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)和共性問題，從而準(zhǔn)確把握學(xué)生學(xué)習(xí)的難、重點(diǎn)問題；并在線下進(jìn)行詳細(xì)講析得到徹底解決，從而高效準(zhǔn)確地解決課程中的難點(diǎn)，突出重點(diǎn)，提高教學(xué)效果。

開展探究性和基于問題的學(xué)習(xí)（PBL）教學(xué)，將學(xué)生分組對課后的思考問題、總結(jié)的難點(diǎn)問題進(jìn)行討論、教師點(diǎn)評；將與數(shù)值模式理論和技術(shù)發(fā)展相關(guān)前沿的、具有開放性的問題作為拓展訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性和批判性思維能力，教師在線下專注于精講共性、難點(diǎn)問題，輔之以串講課程章節(jié)內(nèi)容。設(shè)計(jì)第二個(gè)環(huán)路的一個(gè)功能是，課外隨時(shí)通過線上提問，輔之以定時(shí)答疑，達(dá)到鞏固提高的目的。第三個(gè)環(huán)路則是在形成“學(xué)為中心”的初步基礎(chǔ)上，教師在教學(xué)中發(fā)揮指導(dǎo)、啟發(fā)及督促作用，通過討論、PBL 活動和開放性問題，促進(jìn)師生之間對問題的共振、情感共鳴和智慧共生，誘發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和創(chuàng)造性，促使學(xué)生邏輯素養(yǎng)和批判性思維的產(chǎn)生。

（四）豐富教學(xué)資源，與國際前沿和業(yè)務(wù)需求對接

隨著近年來氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，實(shí)踐檢驗(yàn)課程內(nèi)容增多，教學(xué)和社會需求脫節(jié)。為滿足學(xué)生學(xué)習(xí)愿望，一是在SV2QR 教學(xué)法的第四個(gè)環(huán)路中，在教學(xué)平臺上提供了世界一流院校的教學(xué)視頻片段和課程內(nèi)容相關(guān)的專題報(bào)告；二是循講清基本概念、熟悉基本理論和掌握基本技能的理念，對教材內(nèi)容進(jìn)行了重組，編寫了進(jìn)階式的教材2 部，《數(shù)值天氣預(yù)報(bào)基礎(chǔ)》側(cè)重基礎(chǔ)知識及數(shù)值模式前沿動態(tài)的講解，配套應(yīng)用于混合式教學(xué)中；修訂的《大氣數(shù)值模式及模擬》則作為高階參考教材，側(cè)重介紹數(shù)值預(yù)報(bào)最新的理論和方法，形成了不同層次學(xué)生選擇性學(xué)習(xí)的模式，保證了教學(xué)內(nèi)容和前沿發(fā)展、實(shí)際業(yè)務(wù)的對接。

（五）改善學(xué)生自主學(xué)習(xí)的氛圍和教學(xué)生態(tài)環(huán)境，營造開放互動、視野開闊的良好學(xué)習(xí)平臺

為最大限度拓寬學(xué)生視野、培養(yǎng)其創(chuàng)新意識，我們在兩個(gè)方面進(jìn)行了學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)新建設(shè)。一是建設(shè)了基于慕課和微信的教學(xué)平臺。慕課平臺主要用于開展混合式教學(xué)，而微信平臺則成為校內(nèi)、校際學(xué)生和業(yè)務(wù)人員學(xué)習(xí)交流、分享數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)的熱門平臺。通過平臺之間的有機(jī)融合和相互支撐，使教與學(xué)的時(shí)間地點(diǎn)不受限、成本降低、方式多樣化。二是將課程積累的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源（如教學(xué)視頻、教案、課件和練習(xí)題等）以一定的結(jié)構(gòu)關(guān)系通過慕課、微信平臺進(jìn)行高效整合和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的優(yōu)化與深度融合。通過上述兩個(gè)途徑，為師生的教與學(xué)營造了開放交互、良性互動及相互促進(jìn)的生態(tài)環(huán)境，既豐富了教學(xué)內(nèi)容、也為學(xué)生提供了形式多樣、喜聞樂見和視野開闊的優(yōu)質(zhì)課程資源，激活了學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)生力與好學(xué)樂學(xué)的意識。

（六）借助SV2QR 教學(xué)法建立全方位的考核方式，促生學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)動力

SV2QR 教學(xué)法不僅注重專業(yè)理論的學(xué)習(xí)，還注重思辨及理論創(chuàng)新的引導(dǎo)。一是把回答問題、PBL、課堂互動和線上問答作為教學(xué)的主要內(nèi)容和環(huán)節(jié)。二是一改“一考”定結(jié)果的傳統(tǒng)考核方式，轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上周考和課堂活動結(jié)合的多方位、多層次、多形式的考核方式，線上考核對作業(yè)、簽到、課程音、視頻學(xué)習(xí)、章節(jié)測驗(yàn)、PBL、討論和考試給出不同權(quán)重；線下也對分組討論講解、質(zhì)疑思辨、作業(yè)、編程、課堂互動、測驗(yàn)和考試給以不同權(quán)重。線上、線下成績占比分別為55%和45%，目標(biāo)評價(jià)和能力測評結(jié)合確定最終成績。通過這些多方位、多層次和多形式的測評，改變了單一固化的方法，增強(qiáng)了教學(xué)的有效性。

幾年來的教學(xué)實(shí)踐表明，將SV2QR 教學(xué)法輔之以現(xiàn)代化手段設(shè)計(jì)形象生動的數(shù)學(xué)物理過程推演，既可以提高學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣，也能通過對難點(diǎn)部分反復(fù)觀看和及時(shí)的師生互動解惑，提高了學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

三、推廣應(yīng)用情況

SV2QR 應(yīng)用以來，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力得到了提升，學(xué)習(xí)效果顯著，標(biāo)志性成果穩(wěn)步增加。通過MOOC 平臺、全國性教學(xué)交流會議多種形式進(jìn)行了推廣，在大氣科學(xué)行業(yè)教學(xué)中起到了良好的示范作用。推廣應(yīng)用情況如下。

（1）SV2QR 教學(xué)法借助線上教學(xué)課程資源已被國內(nèi)包括“雙一流”高校在內(nèi)的多所大氣科學(xué)相關(guān)院校采用，應(yīng)用率高。慕課課程已在“學(xué)銀在線”運(yùn)行了4 學(xué)期，并在蘭州大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與繼續(xù)教育學(xué)院推廣。截至目前，被“雙一流”高校在內(nèi)的多所開設(shè)大氣科學(xué)專業(yè)的院校選用。在新冠肺炎疫情期間，多所高校選擇我們的MOOC和教材資源作為教學(xué)平臺并應(yīng)用本方法進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)效果受到好評。

微信平臺已運(yùn)行4 年，成為校內(nèi)、校際學(xué)生和業(yè)務(wù)專業(yè)人員學(xué)習(xí)交流、分享數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)的熱門平臺。目前，微信平臺總訪問突破3 000 人，單篇內(nèi)容閱讀次數(shù)最高可達(dá)500 余次。

（2）應(yīng)用SV2QR 教學(xué)法后，教學(xué)效果改善，互動率提升，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情得到了顯著提高。在混合式課程改革前后的問卷調(diào)查表明（圖2），混合式課程開展后，學(xué)生到課率、互動率、及格率和平均成績分別提高了18%、80%、15%和10 分，教學(xué)效果顯著改善；學(xué)生對混合式課程的滿意度除應(yīng)用第一年下降外（學(xué)生剛開始接觸的習(xí)慣階段），隨后，滿意度逐年提升并穩(wěn)定在95%以上。

圖2 混改前后的教學(xué)效果對比及學(xué)生滿意度變化圖

（3）教學(xué)方法自應(yīng)用以來，本科論文及課外實(shí)踐中使用本課程理論和技能出現(xiàn)“三多”：課外活動獲獎增多，發(fā)表論文逐年增多，畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用增多。由國內(nèi)“雙一流”高校教授組成的專家組對本成果做了積極的評價(jià)，一線教師對本成果給予了積極的評價(jià)和推薦。認(rèn)為SV2QR 教學(xué)法是數(shù)理類課程線上線下結(jié)合教學(xué)的成功探索，課程資源豐富，師生互動交流多，教學(xué)效果好。