案例教学法在“海洋数据收集与处理”课程中的应用
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作者:赵辉
摘要：目前，国内高等院校“海洋数据收集与处理”的教育教学中存在着诸多问题，案例教学法通过颠覆传统的教学方式，让学生主动学习，增强实际的经验，在国内外的教学中都取得了很好的效果。文章将案例分析法引入“海洋数据收集与处理”课程中来，结合涉海专业特点，阐述案例准备、案例分析、案例巩固和课程考核的具体过程。
关键词：案例教学;海洋数据;高等教育
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）42-0183-02
一、“海洋数据收集与处理”教育教学中存在的问题
1.学生基础薄弱。海洋资源与环境专业的学生在海洋生物、海洋环境等方面的基础比较好，但是数理基础比较差，尤其是计算机方面的先修知识，这直接导致大部分学生数据处理能力比较差，学习起来比较吃力。比如在科研教学广泛应用的MATLAB软件环境下，讲授数据的分析处理，学生普遍听不懂，但是不懂的原因不是软件本身太难，而是学生线性代数以及高等数学等课程学得太浅，导致不明白操作命令的含义，因此，有时需要穿插教授一些数理方面的知识。所以，如果老师在授课的过程中还是采取传统的以教师为主的教学方法，很难激发学生的学习兴趣，久而久之学生就会产生厌学心理。
2.相关课程缺乏衔接。老师尤其是专业相关度高的专业老师间缺乏充分交流互动，各专业授课侧重点及目标关联度较低，导致学生前面所学的课程知识不能很好地为后面要学的课程服务，进而使得学生课业压力学习难度增加。高等数学及统计学是数据处理及编程的基础，但是老师或者学生对这些课程的重视程度不够，而且开课时间不在同一学年，导致学生理解不够深刻，难以学以致用。
3.缺乏合适的教材。目前数据处理方面的教材很多，但是没有一本专门的教材是讲解海洋数据收集与处理的，大多数教材是关于信号处理、图像处理以及仿真技术等内容，同时对于目前流行的数据格式鲜有涉及，在课程内容安排方面容易走偏，对本科生而言，难度相对较大。授课老师只能是选用一本相关的软件教材，这一方面很考验教师的阅历与水平，特别是年轻老师很难驾驭，另一方面对于部分基础较差的学生来说，不好理解消化。此外，受授课学时及实验学时所限，老师难以把握授课重点、难点和要点。
4.传统的“填鸭式”教育方式根深蒂固。新的课程改革要求教师改变传统的灌输式的讲课，让学生主动参与到教学的过程中，共同构建课堂。但在实际课堂中很多教师摆脱不了传统教育方式的影响，依然采用以教师为主的填鸭式教育方式。这种方式的后果就是互动差，教师可能认为自己投入大量的精力在讲授知识了，但是却激发不起学生的兴趣。被动的学习当然枯燥无味，教学效果可想而知。
二、案例教学法在“海洋数据收集与处理”教学中的应用
1.案例教学法。案例教学法是指教学者使用案例，以学习者为中心的合作学习，该方法强化学习者的主动参与，引发其省思，增强实际练习的经验（张民杰，2006;靳玉乐，2003）。我国《教育大辞典》中案例教学法的定义是：通过教师呈现案例、学生提出问题，教师组织学生分析探讨案例，进而解决案例所涉及的问题，在此基础上提高学生的理论水平及学习能力的教学方法（顾明远，1998）。案例教学法在20世纪80年代就被引入我国，于20世纪90年代开始应用，并迅速在各个学科和领域得到广泛应用（王青梅，赵革，2009）。其优势是利用教材和现实生活中的案例让学生迅速进入教学氛围中，激发学生的兴趣与积极主动性，自主学习，提高课堂效率。该方法不仅有利于提高学生的参与率，帮助学生掌握基本原理，提高学生解决问题的能力，而且能激励教师更新观念，促进教师的成长。
2.案例教学法在“海洋数据收集与处理”教学中的应用。（1）案例准备。案例教学法围绕案例开展，因此案例的选择非常重要，既要有意义又要有代表性。案例准备阶段确切来说是课前准备阶段，首先教师必须积极参与海洋数据收集处理相关的科研项目。科研与教学是相辅相成的，科研是教学的基础，教学是科研成果的传播。教师只有不断提高自身的科研水平，不断更新自己的知识面，才能在课堂中给学生传授更前沿的知识。随着科学技术的发展，海洋数据的收集手段和技术也必须不断发展和更新，处理技术随之需要更新。因此，教师必须积极参与科研，提高自身的专业水平。还有目前广泛应用的卫星遥感数据，遥感技术发展日新月异，教师必须紧跟发展，了解卫星数据的发展动态，掌握最先进的数据读取和处理技术并引入课堂中。鼓励学生参与到案例准备阶段中来。比如“假期夏令营”和“优秀本科生进实验室”活动就是一个非常好的平台，学生参与教师的科研实验，不仅仅培养了动手能力，对科研动态也能有很好的理解。学生主动准备案例，这对他们深入了解课堂内容帮助非常大，能起到事半功倍的效果。还可以在课程设置上做一些灵活安排，如学期中段时组织学生出海实习，让学生近距离接触大海，对海洋产生兴趣，亲自进行海洋数据的收集，自发性地想要寻求海洋数据处理的办法。将实习安排在学期中段一方面学生可以缓解由于长期坐在课堂所带来的疲劳感，转而兴奋起来;另一方面学生通过出海实习自发地找到案例，引发数据处理的需求，从而在后面的课程学习中会更积极主动。学生通过学习这门课程发现可以解决自己实际遇到的问题，这有助于提高他们的成就感。（2）案例分析。案例分析阶段是根据准备阶段的案例，对应教学大纲的进度安排，精选合适的案例在课堂上进行分析。本课程主要是利用Matlab、ENVI等软件，将处理后的海洋数据实现可视化。比如在学习图像投影的时候，可以找一张南海水温分布的图片进行投影，因为南海是我们熟悉的区域，控制点的选择也相对容易，水温又是经常分析的内容，处理起来也相当有趣。比如在处理风场数据的时候，可以做成月平均分布的图进行分析，这样的话东亚季风的特点一览无余，风场的变化就很容易掌握，出错也很容易找到原因。有些同学在刚刚接触数据处理的时候，不知道自己做出来的结果是否合适，这就可以选择自己熟悉的数据进行处理。比如叶绿素浓度的分布，典型的特点是近岸高，离岸低，如果处理出来的结果不符合这个规律，那就说明处理过程有误了，就可以有针对性地找到错误。（3）案例巩固。俗话说温故而知新，数据的收集和处理也是如此，特别是软件的学习是有期限性的，几天不温习可能所有的步骤和代码都忘记了。所以，在学习了一个新的案例后，必须在课后或者下节课抽时间进行巩固。大部分学生可能会忽略知识的巩固过程，认为学完就万事大吉。因此，任课老师必须跟进监督，可以通过课后作业或者练习的方式巩固案例，也可以在下节课的课堂上通过提问来加深理解和记忆，或者可以通过实习和实践活动来巩固。对于案例巩固阶段来说，实验和实践是最有效的一种方式。“海洋数据收集与处理”课程的实验主要是海洋数据读取、整理和处理，以及数据可视化的上机操作。数据读取的案例是利用Fotran对于ASCII码、二进制、NetCDF格式数据进行读取及转换。数据整理的案例是用UltraEdit-32对转换后的海洋数据进行整理。数据处理的案例是以matlab为平台对整理好的海洋數据进行简单计算处理。可视化的案例则是用Excel、Grapher、Surfer、GrADS、Ferret和matlab进行数据分析处理和绘图。通过这些典型案例的实验实践，学生加深了对课程内容的掌握，取得了很好的效果。实践活动则是争取合适的机会让学生参与教师的科研项目，学以致用。“海洋数据收集与处理”课程的实践活动主要包括两部分：一是学生出海采集数据，这个过程不仅仅让学生把理论变成实践，更锻炼了学生的动手能力，也是对数据处理结果的一个反馈过程;二是参与国内外相关的科研会议以及教学报告会，这个过程让学生有机会跟外校同学或专家学者进行交流，提升自己的认知水平，加深对所学知识的理解和应用。（4）考核和反馈。考核是衡量教师的教学质量和检验学生学习效果的必要过程。“海洋数据收集与处理”课程的考核方式包括三部分，一是理论部分，主要是考查学生对理论知识的把握，二是上机操作部分，考查学生处理和分析数据的能力，三是平时成绩，考查学生平时学习的态度以及参与科研实验的情况。
参考文献：
[1]张民杰.案例教学法——理论与实务[M].北京：九州出版社，2006.
[2]靳玉乐.案例教学原理[M].重庆：西南师范大学出版社，2003.
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