线上线下混合式教学的SV2QR 方法及实践

王澄海，张飞民，杨 毅，杨凯

（兰州大学 大气科学学院 兰州大学大气科学实验教学中心，兰州 730000）

随着“互联网+教育”的发展，MOOC（Massive Open Online Course，大规模在线开放课程）等形式的现代化教学手段广泛应用于教学。在促进教育教学改革创新，发展高质量高等教育，加强教育资源共享等方面发挥了重要的作用。传统教学以“教材+粉笔+黑板”的课堂教学模式为主，学生被动参与，不能很好地融入数学教学过程。对数理基础要求高的课程，往往具有较强抽象性、逻辑性，学生掌握起来存在较大难度，而单一的线上教学效果由于缺少线下课程的氛围、课堂互动和教师的有效引导，教学效果往往不理想。如何将传统课堂的板书推演和线上教学有机结合，线上线下混合式的教学方法是一个比较好的选择。然而，线上线下混合式教学在实践过程中也存在一些问题。

一是数理类课程，由多媒体展示出来的知识点在逻辑分析和推导的中间环节繁简很难掌握，视频推演过于复杂会导致学生容易视觉疲劳、精力不集中及视频观看效率低，出现和传统课堂一样的弊端；铺垫信息过量则会使学生接收的信息会产生虚假的“超载”，易导致学生对知识理解形态的固化，难以调动学习的兴趣点，从而影响创新意识的培养。二是教学中教师讲解和学生学习的重、难点不对称。三是MOOC 等形式教学平台的视频资源中的讲授-学习模式，教与学互动的生态环境需要改善。四是对学生掌握知识的考核和学习能力评价之间不平衡，考核环节如何实现全方位、多层次及多角度的客观评价，从而达到有效的督促和激励，激发学生学习的内生动力，达到最优的教学效果。

基于上述问题，如何设计传统实体课堂与线上课堂有机结合的线上线下混合式课堂模式，相应的教学理念、教学方法和教学手段如何转变、调整和优化，以达到教学的最优效果，是混合式教学面临的新挑战。

从2015 年开始，笔者开始思考和设计线上线下混合式教学的改革和创新方法，探索并总结出了线上线下混合式教学的SV2QR 方法，并应用于大气科学专业的核心课程——数值天气预报的教学，解决了该课程由于数理基础要求高，单一线上课程学生满意度低，而线下课程在疫情和未来课程教学新形态背景下难以为继的问题，实现了传统教学与网络教学的有机融合。几年的教学实践表明，该方法有效提高了教学效果。

一、混合式教学改革SV2QR 教学法的主要内容

线上线下教学的SV2QR 混合式教学法的目的和内容：解决线上线下教学交融效果的最优化和科学有序的教学进程，确立了线上学习发现问题、线下解决问题并强化和提升基础的SV2QR 混合式教学思路。即：纵览预习（Survey）—视频学习（Video）—问题及解答（Question）—研读（Read）—作业测验（Quiz）—复习巩固提升（Review），简称SV2QR 方法，如图1 所示。

从图1 中可以看出，SV2QR 数学法以最大限度地掌握课程内容，达到教学效果显著提升为目的，以讲清基本概念、掌握基本理论、熟练基本技能为主线，设计了四个环路。其中，前两个环路主要以线上学习为主，后两个环路线上线下结合，第二、第三环路之间互通进阶，从而使教与学相结合形成一个完整的教学过程。四个环路的具体内容是。

图1 线上线下教学的SV2QR 混合式教学法示意图

（1）在第一个环路中，学生完成指定章节内容的预习，包括知识点视频学习、教材章节内容的学习、章节测试和线上作业的完成；教师基于线上平台反映的数据，通过签到、教学预警和通知等手段，及时督促学生完成课程内容的学习。这一阶段也是寻求如何向自主学习转化的环节和过程，需要耐心细致。

（2）针对学生学习过程中产生的问题教师在线上及时解答学生，在讨论区中参与问题的交流和观察，根据章节内容发布一些思考题，引导学生思考、讨论；教师引导学生回看视频和相关参考教材、文献，使学生进一步理解相关内容。

（3）根据第一、第二环路学生线上学习状况，有的放矢地制定线下课堂教学内容，实现第二、三环路的进阶并完成其他学习环节：总结线上学生学习过程中的共性问题，据此归纳总结出难点所在；通过解析难点、板书推演数学公式、物理过程的动画演示和示意图，达到化解难点的目的。从而使传统“猜”的经验型寻找难点，转变为根据学生学习过程自动显现难点的准确定位。

（4）第三个环路中，对章节内容进行总结性串讲和回顾，对难点内容部分进行扩展提问，提出一些开放性问题，学生进行分组讨论，并随机抽取和分组推举学生代表进行讲解，组间讨论思辨，教师点评讲解，实现对难点知识的深入理解和提高。在此基础上，引导学生研读相关参考教材和文献，拓宽学习视野。这既是激发学生自主学习兴趣和动力的关键环节，也是完成被动学习向主动学习的关键环节，需要教师把自己融入到学生的互动过程中。

（5）第四个环路则侧重学习内容的巩固和提高，通过开展基于问题的学习（PBL，Problem-Based Learning）活动，基于开放性问题的难题解答，达到对已学内容的复习巩固；通过引导文献阅读和开放性问题的非闭合性的回答，达到拓展提升的目的。通过全方位、多角度的测试，促进对学习内容的完全掌握。

二、SV2QR 教学法的实践及检验

为检验SV2QR 的教学效果，从2015 年至今，我们将该方法应用于兰州大学大气科学学院数值天气预报课程线上线下混合式教学中。

数值天气预报是大气科学专业本科生的主干课程，也是大气科学应用性最广泛的课程，是学生毕业后从事天气预报和气候预测及相关工作所必须掌握的课程。该课程对数理基础要求高，先修课程有大量的数学和物理专业课程；大气科学专业课程也需要借助图像对数学物理概念、模型进行诠释。该课程具有数学公式多、物理过程抽象的特点，例如大气运动方程的差分格式及其稳定性问题，物理过程如何参数化等需要学生熟练掌握且深刻理解。但是，受目前学程变短、学生在校的学习时间紧、任务繁重及实践活动多等因素影响，仅仅依赖传统课堂教学已无法满足该课程教学，亟待创新提高教学效果的新途径。

基于上述问题和需求，我们将SV2QR 教学法运用于教学，进行了三年的检验，每期教学结束后向学生发放问卷调查，总结教学效果，受到了良好的评价，教学效果得到了显著提升。SV2QR 教学法的特点、主要应用过程和效果如下。

（一）对课程内容的全部讲解变为对知识点的讲析，重构了课程形态

针对本课程学科交叉性强、数理公式推演多、物理过程复杂，以及部分学生存在畏难情绪，导致学习入门难、学习主动性不强，习惯“满堂灌”的被动学习问题。在大纲范围内，按各自的研究方向、研究内容和研究特长精心设计教学内容，剖析教学内容的重、难点知识。在保证基础理论和知识讲解透彻的前提下，将基础知识和大气科学研究的前沿热点问题及一线业务领域的需求进行了有机融合，打破了学生对知识理解的固化，实现对知识的拓展理解，根据上述理念，建成了MOOC 教学平台，作为线上线下混合式教学的线上教学和互动平台，以及SV2QR 教学法实施的依托平台。

（二）实现“教师为主”向“学生为主”教学过程的转变，创新了混合式课程教学途径

传统课堂教学以教师讲授为主，辅之以作业熟悉和考核督促等环节，学生处于被动接受状态，学生参与度较低。通过加强SV2QR 前两个环路中的视频观看时间长短的监督、线上侧重每章重点的若干数学公式推导和物理过程解释的提问、强化教师和学生之间、学生之间回答问题的频次，及时掌握学生学习的动态，将课程内容根据学习进度设置为闯关模式，对视频观看时间足够、章节作业完成后，才能进入下一章节的观看学习；对视频学习时间达不到要求的同学，不按时完成学习任务的同学，教学平台设置了自动发出教学预警等措施，保证前两个环路学习的硬性条件。

（三）改进教、学模式，促进了教学相长

通过学生线上学习中的提问频次、集中度、问题解答满意程度、学生相互讨论出现的偏差率及作业对错率等的简单分析，教师能够快速掌握学生学习的难点和共性问题，从而准确把握学生学习的难、重点问题；并在线下进行详细讲析得到彻底解决，从而高效准确地解决课程中的难点，突出重点，提高教学效果。

开展探究性和基于问题的学习（PBL）教学，将学生分组对课后的思考问题、总结的难点问题进行讨论、教师点评；将与数值模式理论和技术发展相关前沿的、具有开放性的问题作为拓展训练，培养学生的创造性和批判性思维能力，教师在线下专注于精讲共性、难点问题，辅之以串讲课程章节内容。设计第二个环路的一个功能是，课外随时通过线上提问，辅之以定时答疑，达到巩固提高的目的。第三个环路则是在形成“学为中心”的初步基础上，教师在教学中发挥指导、启发及督促作用，通过讨论、PBL 活动和开放性问题，促进师生之间对问题的共振、情感共鸣和智慧共生，诱发学生学习的主动性、积极性和创造性，促使学生逻辑素养和批判性思维的产生。

（四）丰富教学资源，与国际前沿和业务需求对接

随着近年来气象预报业务的飞速发展，实践检验课程内容增多，教学和社会需求脱节。为满足学生学习愿望，一是在SV2QR 教学法的第四个环路中，在教学平台上提供了世界一流院校的教学视频片段和课程内容相关的专题报告；二是循讲清基本概念、熟悉基本理论和掌握基本技能的理念，对教材内容进行了重组，编写了进阶式的教材2 部，《数值天气预报基础》侧重基础知识及数值模式前沿动态的讲解，配套应用于混合式教学中；修订的《大气数值模式及模拟》则作为高阶参考教材，侧重介绍数值预报最新的理论和方法，形成了不同层次学生选择性学习的模式，保证了教学内容和前沿发展、实际业务的对接。

（五）改善学生自主学习的氛围和教学生态环境，营造开放互动、视野开阔的良好学习平台

为最大限度拓宽学生视野、培养其创新意识，我们在两个方面进行了学习环境的创新建设。一是建设了基于慕课和微信的教学平台。慕课平台主要用于开展混合式教学，而微信平台则成为校内、校际学生和业务人员学习交流、分享数值预报技术的热门平台。通过平台之间的有机融合和相互支撑，使教与学的时间地点不受限、成本降低、方式多样化。二是将课程积累的优质教学资源（如教学视频、教案、课件和练习题等）以一定的结构关系通过慕课、微信平台进行高效整合和优化，实现了优质教学资源的优化与深度融合。通过上述两个途径，为师生的教与学营造了开放交互、良性互动及相互促进的生态环境，既丰富了教学内容、也为学生提供了形式多样、喜闻乐见和视野开阔的优质课程资源，激活了学生学习的内生力与好学乐学的意识。

（六）借助SV2QR 教学法建立全方位的考核方式，促生学生的学习内动力

SV2QR 教学法不仅注重专业理论的学习，还注重思辨及理论创新的引导。一是把回答问题、PBL、课堂互动和线上问答作为教学的主要内容和环节。二是一改“一考”定结果的传统考核方式，转变为线上周考和课堂活动结合的多方位、多层次、多形式的考核方式，线上考核对作业、签到、课程音、视频学习、章节测验、PBL、讨论和考试给出不同权重；线下也对分组讨论讲解、质疑思辨、作业、编程、课堂互动、测验和考试给以不同权重。线上、线下成绩占比分别为55%和45%，目标评价和能力测评结合确定最终成绩。通过这些多方位、多层次和多形式的测评，改变了单一固化的方法，增强了教学的有效性。

几年来的教学实践表明，将SV2QR 教学法辅之以现代化手段设计形象生动的数学物理过程推演，既可以提高学生对课程学习的兴趣，也能通过对难点部分反复观看和及时的师生互动解惑，提高了学习效率，促进了学生学习积极性。

三、推广应用情况

SV2QR 应用以来，学生自主学习能力得到了提升，学习效果显著，标志性成果稳步增加。通过MOOC 平台、全国性教学交流会议多种形式进行了推广，在大气科学行业教学中起到了良好的示范作用。推广应用情况如下。

（1）SV2QR 教学法借助线上教学课程资源已被国内包括“双一流”高校在内的多所大气科学相关院校采用，应用率高。慕课课程已在“学银在线”运行了4 学期，并在兰州大学网络与继续教育学院推广。截至目前，被“双一流”高校在内的多所开设大气科学专业的院校选用。在新冠肺炎疫情期间，多所高校选择我们的MOOC和教材资源作为教学平台并应用本方法进行教学，教学效果受到好评。

微信平台已运行4 年，成为校内、校际学生和业务专业人员学习交流、分享数值预报技术的热门平台。目前，微信平台总访问突破3 000 人，单篇内容阅读次数最高可达500 余次。

（2）应用SV2QR 教学法后，教学效果改善，互动率提升，学生的学习热情得到了显著提高。在混合式课程改革前后的问卷调查表明（图2），混合式课程开展后，学生到课率、互动率、及格率和平均成绩分别提高了18%、80%、15%和10 分，教学效果显著改善；学生对混合式课程的满意度除应用第一年下降外（学生刚开始接触的习惯阶段），随后，满意度逐年提升并稳定在95%以上。

图2 混改前后的教学效果对比及学生满意度变化图

（3）教学方法自应用以来，本科论文及课外实践中使用本课程理论和技能出现“三多”：课外活动获奖增多，发表论文逐年增多，毕业设计应用增多。由国内“双一流”高校教授组成的专家组对本成果做了积极的评价，一线教师对本成果给予了积极的评价和推荐。认为SV2QR 教学法是数理类课程线上线下结合教学的成功探索，课程资源丰富，师生互动交流多，教学效果好。