魏永亮　胡松　張瑜　王家為

摘 要 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和觀測(cè)對(duì)于海洋科學(xué)研究非常重要，也是海洋科學(xué)專業(yè)教學(xué)中不可缺少的環(huán)節(jié)。今年根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整了原教學(xué)計(jì)劃，為保質(zhì)保量完成教學(xué)任務(wù)，本文以開設(shè)的海洋水文氣象調(diào)查與觀測(cè)實(shí)習(xí)為例，探討利用在線教學(xué)平臺(tái)和已開發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件相結(jié)合的課程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 在線教學(xué) 虛擬仿真 實(shí)習(xí)課程

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.02.012

Discussion on Implementation Experience of Practice Course

Based on Online Teaching and Virtual Simulation

WEI Yongliang， HU Song， ZHANG Yu， WANG Jiawei

（College of Marine Science， Shanghai Ocean University， Shanghai 201306）

Abstract Field investigation and observation is very important for marine science research， and it is also an indispensable link in marine science teaching. This year， the original teaching plan has been adjusted according to the actual situation. In order to complete the teaching task with quality and quantity， this paper takes the practice of marine hydrometeorological survey and observation as an example to explore the experience of combining the online teaching platform with the developed virtual simulation experimental teaching courseware.

Keywords online teaching; virtual simulation; practice course

2020年春季學(xué)期各高校根據(jù)實(shí)際情況開展研究分析，快速切換至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行在線授課。[1]上海海洋大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)合作平臺(tái)是“泛雅平臺(tái)”，經(jīng)過短暫的忙亂后，師生們適應(yīng)了在線教學(xué)節(jié)奏，較好地完成了理論課程授課任務(wù)。但對(duì)于實(shí)習(xí)實(shí)踐課程來說情況又不一樣。很多實(shí)習(xí)實(shí)踐課程都要求有校外實(shí)習(xí)內(nèi)容，在此特殊時(shí)期學(xué)生無法到校、無法外出，也就不能正常按時(shí)完成計(jì)劃。為此學(xué)校要求各系調(diào)整實(shí)習(xí)方案，或者按照原時(shí)間進(jìn)行，但內(nèi)容要進(jìn)行調(diào)整，或者延后至下學(xué)期開學(xué)后完成。

本文作者負(fù)責(zé)的實(shí)習(xí)課程是“海洋水文氣象調(diào)查與觀測(cè)實(shí)習(xí)”，按照正常實(shí)習(xí)教學(xué)計(jì)劃，需要乘船至海上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)調(diào)查。特殊時(shí)期下，本實(shí)習(xí)沒有選擇延后進(jìn)行，因?yàn)檠雍筮M(jìn)行的實(shí)習(xí)并不在下學(xué)期的課表安排中，需要自行找時(shí)間進(jìn)行，時(shí)間比較零散，不利于實(shí)習(xí)教學(xué)效果。課程組教師成員經(jīng)過討論后，決定結(jié)合泛雅網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和已開發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件，以新的形式完成實(shí)習(xí)任務(wù)。

課程組成員基本都主持了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件的研發(fā)任務(wù)，先后建有“中尺度渦虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”[2]“潮汐潮流動(dòng)力過程仿真實(shí)驗(yàn)”[3]“風(fēng)浪流水槽虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”“大洋環(huán)流虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”“海洋水文氣象調(diào)查與觀測(cè)實(shí)習(xí)虛擬仿真”[4]等項(xiàng)目，足以滿足正常教學(xué)開展需求。

1 海洋水文氣象調(diào)查與觀測(cè)實(shí)習(xí)實(shí)施過程

1.1 實(shí)習(xí)課程介紹

“海洋水文氣象調(diào)查與觀測(cè)實(shí)習(xí)”為本校海洋科學(xué)大二學(xué)生開設(shè)，在夏季短學(xué)期內(nèi)進(jìn)行，日期一般在6月底至7月初。[5]實(shí)習(xí)目的為，使學(xué)生了解以船基和陸基為平臺(tái)的海洋調(diào)查主要儀器、觀測(cè)方法、觀測(cè)項(xiàng)目、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分析等，掌握常規(guī)觀測(cè)儀器的使用方法，通過對(duì)海洋現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)海洋科學(xué)理論的理解，鍛煉意志，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)問題、分析解決問題的能力，為其今后更好地從事海洋研究、海洋管理、環(huán)境保護(hù)等工作打好基礎(chǔ)。實(shí)習(xí)內(nèi)容為常規(guī)海洋水文和氣象要素的觀測(cè)，包括儀器的使用、觀測(cè)步驟和注意事項(xiàng)。

整個(gè)實(shí)習(xí)包括外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩模塊。外業(yè)實(shí)習(xí)模塊分為船基、陸基及校內(nèi)實(shí)習(xí)三部分，具體內(nèi)容如下：

（1）船基實(shí)習(xí)：借助上海洋山港海事局船只，在洋山港附近相關(guān)水域設(shè)置若干站位，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)海洋水文氣象調(diào)查與觀測(cè)，具體內(nèi)容包括：8個(gè)常規(guī)氣象要素：氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、云量、云狀、天氣現(xiàn)象;9個(gè)水文要素：深度、表層水溫、表層以下標(biāo)準(zhǔn)層次水溫、鹽度、水色、透明度、波浪、海流、潮汐。

（2）陸基實(shí)習(xí)：組織學(xué)生分批前往蘆潮港海洋環(huán)境觀測(cè)站開展參觀實(shí)習(xí)活動(dòng)，通過觀測(cè)站工作人員現(xiàn)場(chǎng)講解、演示，了解觀測(cè)站常規(guī)海洋調(diào)查儀器的使用方法及注意事項(xiàng)，并參與觀測(cè)站常規(guī)數(shù)據(jù)觀測(cè)、記錄、整理等日常工作。

（3）校內(nèi)實(shí)習(xí)：分為①海水鹽度實(shí)驗(yàn)室分析，利用實(shí)驗(yàn)室鹽度儀對(duì)出海調(diào)查所采集的海水樣品進(jìn)行鹽度測(cè)定和分析;②學(xué)校自動(dòng)氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)收集、比測(cè)等。

內(nèi)業(yè)實(shí)習(xí)模塊包括數(shù)據(jù)分析、資料整理及實(shí)習(xí)報(bào)告撰寫與提交等。數(shù)據(jù)分析主要針對(duì)外業(yè)調(diào)查所收集的調(diào)查數(shù)據(jù)資料等進(jìn)行整理和分析，繪制成各種空間分布和時(shí)間變化圖，根據(jù)數(shù)據(jù)、分布圖及所學(xué)海洋科學(xué)理論進(jìn)行定性或定量分析，了解和掌握海洋要素分布、變化及海水運(yùn)動(dòng)規(guī)律等，在此基礎(chǔ)上完成并提交實(shí)習(xí)報(bào)告一份。

1.2 調(diào)整實(shí)習(xí)計(jì)劃

結(jié)合在線教學(xué)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件，將實(shí)習(xí)內(nèi)容調(diào)整為三個(gè)模塊，包括錄制儀器操作、目視觀測(cè)和觀測(cè)注意事項(xiàng)介紹視頻，上傳至泛雅平臺(tái)供學(xué)生在線學(xué)習(xí);虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件學(xué)習(xí)及考核;海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)畫圖分析、實(shí)習(xí)報(bào)告。

實(shí)習(xí)具體方式包括：教師直播介紹實(shí)習(xí)情況，給出實(shí)習(xí)要求與任務(wù);學(xué)生在線學(xué)習(xí)錄播實(shí)習(xí)內(nèi)容;學(xué)生登錄上海海洋大學(xué)虛擬仿真綜合管理平臺(tái)，學(xué)習(xí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件及考核;教師在線（微信群）協(xié)助答疑、指導(dǎo)。所有資料上傳泛雅平臺(tái)。

1.3 召開線上實(shí)習(xí)動(dòng)員大會(huì)

實(shí)習(xí)開始前利用騰訊會(huì)議在線軟件召開實(shí)習(xí)動(dòng)員大會(huì)，向同學(xué)們講解實(shí)習(xí)內(nèi)容、實(shí)習(xí)安排和實(shí)習(xí)注意事項(xiàng)，重點(diǎn)介紹海上安全注意事項(xiàng)。雖然今年無法出海觀測(cè)實(shí)習(xí)，但是出海的注意事項(xiàng)仍然需要介紹，讓學(xué)生知道海上環(huán)境的瞬息萬變和觀測(cè)操作的難度。

1.4 錄制實(shí)習(xí)操作在線教學(xué)視頻

為了方便學(xué)生可以反復(fù)觀看學(xué)習(xí)，因此采用錄制視頻而不是直播的方式實(shí)施實(shí)習(xí)的在線教學(xué)部分。學(xué)校內(nèi)部有豐富的河流資源，因此錄制地點(diǎn)選取在河流上的小橋邊，模仿海洋環(huán)境，可以將儀器放入水中進(jìn)行操作。實(shí)習(xí)中使用到的海洋調(diào)查觀測(cè)儀器包括表面溫度計(jì)、小型溫鹽深測(cè)量儀、透明度盤、水色計(jì)、采水器。氣象要素觀測(cè)儀器包括三杯風(fēng)速風(fēng)向表、干濕溫度表和空盒氣壓表。目視觀測(cè)項(xiàng)目包括海浪、天氣現(xiàn)象、云量和能見度。

實(shí)習(xí)教師需要講解每一個(gè)觀測(cè)儀器的功能結(jié)構(gòu)，邊操作邊重點(diǎn)介紹觀測(cè)操作步驟、目視項(xiàng)目觀測(cè)步驟以及調(diào)查觀測(cè)注意事項(xiàng)，并使用設(shè)備拍攝，整理后上傳至泛雅平臺(tái)。

以小型溫鹽深測(cè)量儀為例，首先介紹其整體結(jié)構(gòu)和面板顯示圖標(biāo)，讓學(xué)生了解每一個(gè)圖標(biāo)的內(nèi)容和含義，在測(cè)量中如何選擇、如何設(shè)置、如何操作以及如何查看結(jié)果。然后，介紹下放觀測(cè)步驟，選擇相應(yīng)的圖標(biāo)功能后，等待設(shè)備與GPS衛(wèi)星連接，確定其位置。之后，啟動(dòng)觀測(cè)程序，并開始下放儀器，在水面處停留半分鐘等待儀器適應(yīng)海水溫度環(huán)境，之后繼續(xù)勻速下放，儀器探底或繩索完全放出后立即勻速收回，結(jié)束觀測(cè)。選擇相應(yīng)圖標(biāo)，可以查看剛才的測(cè)量結(jié)果，包括海水溫度、鹽度和深度，確定其趨勢(shì)是否正確。

1.5 學(xué)習(xí)操作虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件

在學(xué)習(xí)完成第一部分視頻內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進(jìn)行兩個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件的學(xué)習(xí)及考核：“淞航號(hào)”海洋水文觀測(cè)系統(tǒng)虛擬仿真和海洋水文氣象調(diào)查與觀測(cè)實(shí)習(xí)虛擬仿真，并指出兩個(gè)教學(xué)軟件的問題。兩個(gè)課件均包含練習(xí)模式和考核模式，學(xué)生練習(xí)熟練后可以進(jìn)行考核。

“淞航號(hào)”海洋水文觀測(cè)系統(tǒng)虛擬仿真包含了“淞航號(hào)”科考船上裝備的溫鹽深測(cè)量儀和聲學(xué)多普勒海流剖面儀兩個(gè)儀器的操作觀測(cè)步驟和注意事項(xiàng)。這兩個(gè)儀器是視頻講解中缺失的，因此本虛擬仿真課件是整個(gè)實(shí)習(xí)的有效補(bǔ)充。學(xué)生通過學(xué)習(xí)可以掌握兩個(gè)儀器的操作步驟和注意事項(xiàng)。

海洋水文氣象調(diào)查與觀測(cè)實(shí)習(xí)虛擬仿真課件包含除了上述視頻錄制的內(nèi)容外，還有實(shí)驗(yàn)室鹽度計(jì)的操作步驟和注意事項(xiàng)。視頻介紹只有教師在操作講解，學(xué)生沒有機(jī)會(huì)接觸儀器并進(jìn)行操作。雖然虛擬仿真課件同樣無法讓學(xué)生接觸到真實(shí)儀器，但能夠讓學(xué)生在軟件中學(xué)習(xí)如何操作儀器，掌握步驟過程，以后接觸到真實(shí)儀器，達(dá)到能夠無障礙操作的目的。

由于兩個(gè)虛擬仿真教學(xué)課件都是第一次使用，難免存在問題，因此學(xué)生需要在學(xué)習(xí)使用中發(fā)現(xiàn)并提出意見和建議，以幫助改進(jìn)課件。

1.6 處理數(shù)據(jù)、提交實(shí)習(xí)報(bào)告

此部分包括數(shù)據(jù)分析、資料整理及實(shí)習(xí)報(bào)告撰寫與提交等。數(shù)據(jù)分析主要針對(duì)去年海上調(diào)查所收集的調(diào)查數(shù)據(jù)資料等進(jìn)行整理和分析，繪制成各種空間分布和時(shí)間變化圖，根據(jù)數(shù)據(jù)、分布圖及所學(xué)海洋科學(xué)理論進(jìn)行定性或定量分析，了解和掌握海洋要素分布、變化及海水運(yùn)動(dòng)規(guī)律等，在此基礎(chǔ)上完成并提交實(shí)習(xí)報(bào)告一份。

2 經(jīng)驗(yàn)探討

本實(shí)習(xí)課程第一次開展在線教學(xué)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合，因此有一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，但主要是探索。在調(diào)整教學(xué)計(jì)劃初期思路中，僅包括利用虛擬仿真教學(xué)課件實(shí)行實(shí)習(xí)任務(wù)，但后面發(fā)現(xiàn)形式單一且不能覆蓋整個(gè)實(shí)習(xí)時(shí)間。再者，虛擬仿真教學(xué)應(yīng)該作為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的補(bǔ)充，而不是主要手段。因此，需要其他的方式來完善本次實(shí)習(xí)，經(jīng)過課程組教師討論，覺得可以采取教師現(xiàn)場(chǎng)操作講解儀器，將過程進(jìn)行錄制，放到在線教學(xué)平臺(tái)上讓學(xué)生觀看學(xué)習(xí)，雖然同樣無法跟現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)效果相比，最低限度讓學(xué)生通過教師的講解能夠掌握一部分知識(shí)。

在實(shí)施過程中，難點(diǎn)之一是學(xué)生學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果的監(jiān)督，這也是所有在線課程教學(xué)的難點(diǎn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分，因?yàn)檎n件有過程記錄，如錯(cuò)誤較多的知識(shí)點(diǎn)等，因此可以較好地把握學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和知識(shí)掌握程度。

通過實(shí)習(xí)中間過程和最后的實(shí)習(xí)報(bào)告可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生知識(shí)和技能的掌握情況較好，基本達(dá)到實(shí)習(xí)目標(biāo)。在線教學(xué)和虛擬仿真相結(jié)合的方式在以后的實(shí)習(xí)中仍然可以發(fā)揮各自的作用，因此本次的嘗試為以后的探索提供了有效的經(jīng)驗(yàn)借鑒。

本文由上海海洋大學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目：“物理海洋學(xué)虛擬仿真教學(xué)團(tuán)隊(duì)”資助（A1-2005-20-300329）

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