“雷達(dá)氣象學(xué)”線上線下混合式教學(xué)初探

張樹欽 薛宇峰 唐若瑩 徐峰

摘要線上線下混合式“金課”是教育部重點(diǎn)建設(shè)的五大“金課”之一?！袄走_(dá)氣象學(xué)”是大氣科學(xué)和應(yīng)用氣象學(xué)專業(yè)的核心專業(yè)課程。針對(duì)“雷達(dá)氣象學(xué)”教學(xué)方式單一和理論教學(xué)枯燥等問題，通過線上線下混合式教學(xué)，引入線上精品課程，豐富教學(xué)內(nèi)容，拓展知識(shí)范圍；線上構(gòu)建引導(dǎo)式教學(xué)，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，線下用翻轉(zhuǎn)課堂、案例式、啟發(fā)式和討論式等多種教學(xué)方法，以學(xué)生為中心，提升學(xué)習(xí)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)線上和線下教學(xué)方式的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，并依據(jù)課程內(nèi)容融入思政元素，推動(dòng)教學(xué)方式改革。實(shí)踐教學(xué)、科研教學(xué)和專家前沿講座是未來“雷達(dá)氣象學(xué)”建設(shè)的重要方向。

關(guān)鍵詞 “雷達(dá)氣象學(xué)” 混合式教學(xué) 課程設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.23.038

Preliminary Study on Online and Offline Mixed Teaching of Radar Meteorology

ZHANG Shuqin[1]， XUE Yufeng[1]， TANG Ruoying[2]， XU Feng[1]

（[1]College of Ocean and Meteorology， Guangdong Ocean University， Zhanjiang， Guangdong 524088；[2]College of Coastal Agricultural Sciences， Guangdong OceanUniversity， Zhanjiang， Guangdong 524088）

AbstractOnline and offline mixed "gold class" is one of the five "gold Courses" that the Ministry of education focuses on "Radar meteorology" is the core course of atmospheric science and applied meteorology. Aiming at the single teaching method and the boring theory teaching of radar meteorology， the online and offline mixed teaching is adopted to introduce online excellent courses to enrich the teaching content and expand the knowledge range； The online construction of guided teaching， improve students’ self-learning awareness， offline use of flipped classroom， case-based， heuristic and discussion teaching methods， students as the center， improve learning motivation， realize the complementary advantages ofonlineand offlineteachingmethods，and integrate ideological and political elements into the curriculum content， and promote the reform of teaching methods. Practical teaching， scientific research teaching and expert front lecture are the important directions of the construction of radar meteorology in the future.

Keywords"Radar meteorology"； mixed teaching； course design

0引言

2018年6月，在全國(guó)高等學(xué)校本科教育會(huì)議上，教育部部長(zhǎng)第一次提出把“水課”轉(zhuǎn)變成有深度、有難度和有挑戰(zhàn)度的“金課”。同年11月教育部高等教育司司長(zhǎng)吳巖在第十一屆“中國(guó)大學(xué)教學(xué)論壇”上明確提出建設(shè)“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)的“金課”，即“金課”要具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。[1-2]“金課”建設(shè)主要分為5類，其中線上線下混合式“金課”是“金課”建設(shè)的重要內(nèi)容之一，通過將信息技術(shù)與教育理念、教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容深度融合，依據(jù)本校教學(xué)特點(diǎn)和培養(yǎng)需求對(duì)線上“金課”進(jìn)行改造，是推動(dòng)教學(xué)資源共建共享，提高教學(xué)資源利用效率，提升教學(xué)效果的重要手段。

氣象雷達(dá)是現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)中大氣探測(cè)的重要設(shè)備，在定量監(jiān)測(cè)大范圍降水、中尺度氣旋和熱帶氣旋以及雷暴、冰雹、龍卷等中小尺度系統(tǒng)預(yù)警等方面，發(fā)揮著不可替代的作用和優(yōu)勢(shì)，在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。[3-4]從20世紀(jì)90年代末開始，我國(guó)規(guī)劃和建設(shè)新一代業(yè)務(wù)天氣雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)，目前已建設(shè)了超過200部S波段和C波段多普勒天氣雷達(dá)，并且正在進(jìn)行雙偏振探測(cè)功能的升級(jí)，以更好地發(fā)揮雷達(dá)在氣象業(yè)務(wù)上的作用。面對(duì)我國(guó)氣象雷達(dá)的迅速發(fā)展，掌握氣象雷達(dá)探測(cè)理論、雷達(dá)回波應(yīng)用分析等已成為必備技能。“雷達(dá)氣象學(xué)”是大氣科學(xué)和應(yīng)用氣象學(xué)專業(yè)的核心專業(yè)課程，目標(biāo)是使學(xué)生掌握雷達(dá)氣象學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)及其分析應(yīng)用。僅依靠線下理論教學(xué)，導(dǎo)致教學(xué)形式單一和理論教學(xué)枯燥[5]等問題，“雷達(dá)氣象學(xué)”線上線下混合式教學(xué)是解決上述問題的重要方式。

1課程建設(shè)目標(biāo)

“雷達(dá)氣象學(xué)”是現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)的必備技能，通過將知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)相結(jié)合，采用多種教學(xué)方式激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)新課程內(nèi)容設(shè)置，改革教學(xué)評(píng)價(jià)方式等，將“雷達(dá)氣象學(xué)”課程打造成具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的“金課”，是培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)大氣科學(xué)人才的迫切需求。擬通過線上線下混合式教學(xué)建設(shè)，（1）引入網(wǎng)上精品課程，豐富雷達(dá)氣象學(xué)的教學(xué)內(nèi)容；（2）實(shí)現(xiàn)線上線下教學(xué)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提升線下教學(xué)的針對(duì)性，提高教學(xué)效率。（3）改變基于線下理論灌輸?shù)慕虒W(xué)方式，推動(dòng)教學(xué)方法與教學(xué)觀念的改進(jìn)。

2課程建設(shè)方案

2.1使用中國(guó)MOOC平臺(tái)，引入線上精品課程

“雷達(dá)氣象學(xué)”的線上精品課程由南京信息工程大學(xué)黃興友教授課程團(tuán)隊(duì)錄制，該課程參考了國(guó)內(nèi)外教學(xué)材料，精心安排和組織了講課內(nèi)容，既重視理論基礎(chǔ)，也強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的應(yīng)用，同時(shí)還結(jié)合當(dāng)代雙偏振天氣雷達(dá)的相關(guān)內(nèi)容，可供高校學(xué)生和氣象業(yè)務(wù)和研究人員使用。該線上課程重點(diǎn)講解了氣象雷達(dá)的探測(cè)原理和數(shù)據(jù)應(yīng)用，包括降水粒子對(duì)雷達(dá)電磁波的散射理論、導(dǎo)出雷達(dá)方程、解釋雷達(dá)參數(shù)及其對(duì)雷達(dá)探測(cè)能力的影響、典型天氣的雷達(dá)回波情況、大氣衰減和折射理論及對(duì)雷達(dá)探測(cè)的影響、雷達(dá)定量估測(cè)降水原理和誤差分析、多普勒探測(cè)理論、典型系統(tǒng)的徑向速度回波解釋、重要降水天氣系統(tǒng)的雷達(dá)探測(cè)分析以及最新的雙偏振探測(cè)和應(yīng)用基礎(chǔ)等內(nèi)容。此外，雷達(dá)系統(tǒng)情況、掃描方式、部分產(chǎn)品算法等也有所介紹。本課程由南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院黃興友和魏鳴兩位老師講授，黃興友講授第1-6章、第8章及第10章；魏鳴老師講授第7章（多普勒雷達(dá)探測(cè)）和第9章（雷暴等天氣系統(tǒng)探測(cè)）。兩位老師長(zhǎng)期從事雷達(dá)氣象學(xué)的教學(xué)和研究，授課內(nèi)容準(zhǔn)確、講解清楚。

2.2線上線下平臺(tái)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

除引入線上精品課程外，通過依托中國(guó)大學(xué)MOOC線上教學(xué)平臺(tái)，建設(shè)“雷達(dá)氣象學(xué)”線上教學(xué)資源，主要包括教學(xué)視頻、課件、預(yù)習(xí)測(cè)試題和課后測(cè)試題等，以使得在課余時(shí)間學(xué)生可自主學(xué)習(xí)，并對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。在線上平臺(tái)設(shè)置互動(dòng)交流模塊，學(xué)生可反應(yīng)預(yù)習(xí)或課后的難點(diǎn)，老師和同學(xué)們共同參與討論交流。通過線上預(yù)測(cè)測(cè)試和互動(dòng)交流，可發(fā)現(xiàn)學(xué)生的疑難問題，在線下通過以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，有針對(duì)性進(jìn)行重點(diǎn)講解，提升線下課堂教學(xué)效率，實(shí)現(xiàn)“線下”與”線上”的有機(jī)結(jié)合和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

2.3課堂設(shè)計(jì)

（1）課前進(jìn)行線上視頻導(dǎo)學(xué)。使用中國(guó)大學(xué)MOOC線上教學(xué)資源，對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，并設(shè)置線上預(yù)習(xí)測(cè)試題，通過分析線上預(yù)習(xí)測(cè)試結(jié)果，有針對(duì)性的在線下課堂中對(duì)課程預(yù)習(xí)中存在的難點(diǎn)問題進(jìn)行講解。（2）線下課堂多種方式教學(xué)。依據(jù)課程內(nèi)容，將學(xué)生劃分為若干課程小組，每個(gè)課程小組選取一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行討論講解，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)式教學(xué)；選取典型天氣雷達(dá)回波圖像，使用中央氣象臺(tái)提供的可實(shí)時(shí)獲取的雷達(dá)圖像（網(wǎng)址：http：//www.nmc.cn/publish/ radar/chinaall.html），進(jìn)行案例式教學(xué)，加深對(duì)課本理論知識(shí)的理解和掌握，提升教學(xué)質(zhì)量；在課程中穿插講述中國(guó)氣象雷達(dá)飛速發(fā)展的光輝歷程，以堅(jiān)定投身氣象現(xiàn)代化建設(shè)的信念，實(shí)現(xiàn)思政元素的融合。（3）課后線上測(cè)試評(píng)價(jià)。在中國(guó)大學(xué)MOOC教學(xué)平臺(tái)，設(shè)置課后線上完成單元測(cè)試及作業(yè)，單元測(cè)試實(shí)行由老師評(píng)閱，作業(yè)題由學(xué)生互評(píng)，并設(shè)置討論題，加深教學(xué)內(nèi)容的理解（圖1）。

3課程建設(shè)成效

“雷達(dá)氣象學(xué)”通過線上線下混合式教學(xué)，豐富了教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)手段和方式更加多樣；依托中國(guó)大學(xué)MOOC，初步建立了線上教學(xué)資源，增設(shè)學(xué)習(xí)討論和互動(dòng)交流模塊，提升了線下教學(xué)的針對(duì)性，并改革了學(xué)生評(píng)價(jià)方式。

通過線上精品課程，豐富了教學(xué)資源。通過使用南京信息工程大學(xué)黃興友教授課程團(tuán)隊(duì)錄制的“雷達(dá)氣象學(xué)”的線上精品課程，豐富了教學(xué)內(nèi)容，使得在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，學(xué)生可以通過線上學(xué)習(xí)獲取更多的教學(xué)信息和資源，拓展了知識(shí)范圍；并充分利用線上“雷達(dá)氣象學(xué)”教學(xué)資源，學(xué)習(xí)吸收各高校的教學(xué)成果并應(yīng)用到教學(xué)中，使學(xué)生了解到最新的研究進(jìn)展和動(dòng)態(tài)。通過對(duì)學(xué)生課程參與度和課程成績(jī)分析，結(jié)合學(xué)生、同行和專家評(píng)價(jià)意見，該課程運(yùn)行情況優(yōu)異。學(xué)生線上學(xué)習(xí)視頻55個(gè)，參與學(xué)習(xí)總時(shí)長(zhǎng)達(dá)到32759.8小時(shí)，極大的豐富了教學(xué)資源。

線上線下教學(xué)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高教學(xué)效果。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)突破了課上課下、時(shí)間和空間的屏障，將其與課堂教學(xué)相融合，實(shí)現(xiàn)了“線下”與”線上”教學(xué)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和有機(jī)結(jié)合，提升了學(xué)生和老師交流的便捷性。通過使用線上教學(xué)資源，構(gòu)建引導(dǎo)式教學(xué)（線上視頻導(dǎo)學(xué)和預(yù)習(xí)測(cè)試），將教師角色由知識(shí)傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，提高學(xué)生的自學(xué)意識(shí)。通過依托學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，增設(shè)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)和互動(dòng)交流模塊，線上收集整理學(xué)生興趣點(diǎn)和疑難問題，實(shí)時(shí)反饋給教師，提升線下教學(xué)的針對(duì)性，提高教學(xué)效果；課程運(yùn)行期間，發(fā)布課堂活動(dòng)29次，課堂活動(dòng)參與人數(shù)達(dá)到716人次；發(fā)布課堂測(cè)試、作業(yè)和討論130余題，線上考核參與人次為931人次，提升了學(xué)生參與度和教學(xué)效果。

推動(dòng)了教學(xué)方法改革和教學(xué)觀念的改進(jìn)。線上精品課程和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)在“雷達(dá)氣象學(xué)”課程的引入，改變了基于線下理論灌輸?shù)慕虒W(xué)方式，為適應(yīng)新的教學(xué)模式，教學(xué)方法和手段也將發(fā)生改變。在教學(xué)方法中，根據(jù)線上精品課程和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的需求，引入翻轉(zhuǎn)課堂、啟發(fā)式、討論式、研究式等多種形式，在老師的引導(dǎo)下，讓學(xué)生由被動(dòng)的接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的積極探索，建立以學(xué)生為主體的教學(xué)設(shè)計(jì)，推動(dòng)教學(xué)方法與教學(xué)觀念的改進(jìn)。通過對(duì)典型天氣過程分析的教學(xué)，提升對(duì)雷達(dá)圖像的識(shí)別認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生實(shí)踐能力，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。課后通過測(cè)試作業(yè)，鞏固教學(xué)效果。通過融入思政元素，講述氣象雷達(dá)發(fā)展的光輝歷程，及氣象專業(yè)人才在雷達(dá)氣象發(fā)展中的突出貢獻(xiàn)，緊貼課程教學(xué)融入課程思政元素，堅(jiān)定同學(xué)們投身氣象現(xiàn)代化建設(shè)的信念，堅(jiān)定專業(yè)自信心，提升學(xué)習(xí)動(dòng)力和積極性。

4課程建設(shè)展望

“雷達(dá)氣象學(xué)”線上線下混合式教學(xué)建設(shè)取得較大的進(jìn)步，但發(fā)現(xiàn)在未來“雷達(dá)氣象學(xué)”“金課”的建設(shè)中，還有需要進(jìn)一步提升的地方。

引入實(shí)踐教學(xué)，提高教學(xué)效果。雷達(dá)設(shè)備昂貴，選址建設(shè)難度大，一般學(xué)校不具備現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的雷達(dá)設(shè)備資源，導(dǎo)致“雷達(dá)氣象學(xué)”的教學(xué)多以理論教學(xué)為主，實(shí)踐教學(xué)缺乏。通過虛擬仿真技術(shù)，與廣東省湛江市氣象局雷達(dá)站開展合作教學(xué)，并錄制現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操演練，直觀展示雷達(dá)設(shè)備、操作應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析，實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)結(jié)合，提升教學(xué)效果。[6-7]

雷達(dá)數(shù)據(jù)應(yīng)用示范，增加學(xué)術(shù)科研興趣。雷達(dá)圖像識(shí)別分析是雷達(dá)氣象學(xué)理論教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在掌握雷達(dá)圖像識(shí)別分析的基礎(chǔ)上，通過對(duì)典型天氣過程的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制雷達(dá)反射率和速度圖像，結(jié)合天氣學(xué)原理等課程，開展典型個(gè)例的分析，深入理解雷達(dá)數(shù)據(jù)的采集應(yīng)用，提升對(duì)雷達(dá)圖像的識(shí)別認(rèn)識(shí)，提高動(dòng)手能力，增加學(xué)術(shù)科研興趣。

專家前沿講座，提升教學(xué)質(zhì)量。針對(duì)雷達(dá)探測(cè)手段發(fā)展迅速，理論更新快的特點(diǎn)，每年通過邀請(qǐng)專家講授雷達(dá)氣象學(xué)前沿知識(shí)，將最新的“雷達(dá)氣象學(xué)”研究成果應(yīng)用到教學(xué)中，解決課本教材知識(shí)更新慢的問題，并積累“雷達(dá)氣象學(xué)”教學(xué)資源，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生了解到最新的研究進(jìn)展，提升教學(xué)質(zhì)量。

5結(jié)語(yǔ)

線上線下混合式“金課”作為教育部重點(diǎn)建設(shè)的五大“金課”之一，在提升大學(xué)教育教學(xué)和人才培養(yǎng)質(zhì)量方面發(fā)揮著不可替代的作用?！袄走_(dá)氣象學(xué)”課程通過采用線上線下混合式教學(xué)，引入線上精品課程，依托線上教學(xué)平臺(tái)，豐富了教學(xué)內(nèi)容，拓展了知識(shí)范圍。在教學(xué)過程中，線上構(gòu)建引導(dǎo)式教學(xué)，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，線下用翻轉(zhuǎn)課堂、案例式、啟發(fā)式和討論式等多種教學(xué)方法，以學(xué)生為中心，提升學(xué)習(xí)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)線上和線下教學(xué)方式的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，并依據(jù)課程內(nèi)容融入思政元素，堅(jiān)定同學(xué)們投身氣象現(xiàn)代化建設(shè)的信念，提升學(xué)習(xí)動(dòng)力和積極性，推動(dòng)了教學(xué)方法與教學(xué)觀念的改革。在未來“雷達(dá)氣象學(xué)”“金課”的建設(shè)中，需要進(jìn)一步融入實(shí)踐教學(xué)、科研教學(xué)和專家前沿講座，綜合提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

*通訊作者：徐峰

基金項(xiàng)目：廣東海洋大學(xué)2020年度校級(jí)本科生教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程項(xiàng)目（580420031）；廣東海洋大學(xué)2019年度教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目：大氣科學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)（570219040）

參考文獻(xiàn)

[1]吳巖.建設(shè)中國(guó)“金課”[J].中國(guó)大學(xué)教育，2018（12）：6.

[2]陸國(guó)棟.治理“水課”打造“金課”[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2018（9）：23-25.

[3]張培昌，杜秉玉，戴鐵丕.雷達(dá)氣象學(xué)[M].北京：氣象出版社，2001.

[4]張文煜，潘峰，袁鐵，等.“雷達(dá)氣象學(xué)”課程建設(shè)初探[J].高等理科教育，2009（1）：123-125.

[5]郭棟，建軍，邵旻.中美大學(xué)教學(xué)差異的影響及其對(duì)教學(xué)改革的啟示[J].教育教學(xué)論壇，2017（5）：7-8.

[6]胡漢峰.基于虛擬仿真技術(shù)的“氣象雷達(dá)原理”實(shí)踐課程建設(shè)[J].教育教學(xué)論壇，2017，（37）：53-55.

[7]郭昕，于慶智，王耀虎.雷達(dá)管制課程實(shí)踐教學(xué)方法研究[J].教育教學(xué)論壇，2017（05）：174-175.