青少年气象科技在线教育实现路径探究
欧善国
摘 要：“互联网+教育”将成为新的重要教学模式已成为当下业界的共识。目前对在线教育的研究大多数是基于教育部门管理者、教师或课外培训机构视角，对于气象这类非必修学科的课外科技教育研究很少。文章基于对学生的心理特点、学业情况以及国家对人才培养的要求、气象科技教育特点、新媒体技术比较等分析，深入研究了青少年气象科技在线教育平台的构建策略，并以“风云之战”微信小程序作为实践应用案例开展相关活动。实践证明，深入探讨课外教育平台、教育资源、活动方式、激励学习策略等问题，对开展青少年在线教育具有现实意义。
关键词：气象;青少年;在线教育;微信小程序;应用研究
中图分类号：P49;TP393 ? ? ? ? 文献标志码：A ? ? ? ? 文章编号：1673-8454（2021）02-0071-07
一、引言
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》提出“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须高度重视”，要求“强化信息技术应用。提高教师应用信息技术水平，更新教学观念，改进教学方法，提高教学效果。鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习，增强运用信息技术分析解决问题的能力”，强调了信息技术对教育的重要性。《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》提出“充分发挥现代信息技术独特优势”“深化信息技术与教育教学的融合发展”，指明信息技术在教育领域的应用策略。《教育信息化“十三五”规划》提出“构建网络化、数字化、个性化、终身化的教育体系，建设‘人人皆学、处处能学、时时可学的学习型社会，培养大批创新人才”，阐明了教育信息化的目标。
2020年受新冠肺炎疫情的影响，全国大部分学校在延期开学期间实施“停课不停学”策略，开展各种在线教育活动，让教育界充分认识到在线教育的重要性，普遍认为“互联网+教育”将成为新的重要教学模式，也引发了众多学者对在线教育的研究[1-3]。这些研究大多数是基于教育部门管理者、教师或课外培训机构视角，但对于气象这类非必修学科的课外科技教育研究很少。
近年来，全国众多中小学校都非常重视开展气象科技教育活动，主要原因是气象知识与中小学科学、地理、生物、信息技术、综合实践等学科知识融合[4-6]，气象与学生日常生活息息相关，中小学生都比较熟悉各种天气现象，气象可作为发展学生核心素养、开展情境式教学的重要资源[7-9];气象防灾避灾知识又是学校安全教育的重要内容。
以广州市气象科普教育基地近三年（2018—2020年）为例，中小学气象科普线上线下活动共140次，学生科普直接受众人数共31.2万人次，开展活动年均46.6次，学生科普受众人数年均10.4万人次。但是，目前气象科技传播方式和手段普遍比较传统滞后，活动形式主要是参观、听科普讲座、举办知识竞赛或绘画比赛等，缺少创新性、互动性、持续性，影响范围存在局限性。
另外，宣传内容大多数是从气象部门开展防灾减灾的宣传角度考虑，很少关注学生用户的需求，为其提供有利于气象与学科知识融合、提高学生实践能力和创新能力、提升学生核心素养的内容。因此，深入探讨气象科技教育建立什么平台、提供什么教育资源、采取什么活动方式、如何激励学习等问题具有现实意义。
本文基于对学生的心理特点、学业情况以及国家对人才培养的要求、气象科技教育特点、新媒体技术比较等分析，深入研究了青少年气象科技在线教育平台构建策略，并以“風云之战”微信小程序作为实践应用案例开展相关活动，以期为课外教育工作者提供新思路。
二、平台选择策略研究
选择何种现代信息技术构建在线教育平台，实现“发挥优势”“融合发展”，是开展气象科技在线教育首要考虑的问题。随着数字技术、信息技术的飞速发展，人类社会的发展进入了新媒体时代。
2018年9月18日，中国科协对外发布第十次中国公民科学素质调查结果，调查显示互联网成为与电视同等重要的公民获取科技信息主渠道[10]。公民更愿意、更频繁地通过四种主流互联网渠道：微信;腾讯网、新浪网、新华网等门户网站;百度、搜狐等搜索引擎;果壳网、科学网、百度百科等专门网站来获取科技信息，使用的比例分别为95.8%、82.6%、79.6% 和67.6%。由此可见，“轻应用”新媒体技术已成为一种新兴时尚的教育模式。
当前“轻应用”主要有微博、微信、微信小程序、App，而目前全国气象部门科普宣传所采用的渠道主要为“双微”，即微博和微信。2018年，广州气象部门通过广州市气象学会网站开展了广州市中小学校园气象科普活动问卷调查，共收到2319份问卷，调查结果如下：
1.微博
调查发现微博具有信息传播速度快、范围广、互动性强等优势，所以粉丝量大，特别是出现天气热点时，粉丝量会剧增，但微博信息刷屏更新快，需要及时关注才能了解，中小学生因为学校不允许上学期间进行手机阅读，教师也很少有时间持续追踪热点信息，所以微博不是校园气象科普宣传的主要渠道。
2.微信
微信推送的气象科普文章具有很强的可读性和时效性，但微信有平台规则限制，栏目板块设置有限，在开展科普宣传方面缺乏系统性，互动性比较弱，文章搜索功能较差，所以尽管微信越来越成为公众阅读的重要载体，但对青少年的吸引力有限。
3.App
App尽管功能强大，但存在几个突出问题：一是应用占用内存较大;二是每次更新都要重新安装，用户体验不好;三是开发成本高。
4.微信小程序
2017年1月9日，微信小程序正式上线。微信小程序是依附于微信无须安装、触手可及、用完即走、无须卸载的应用[11]，作为在线学习平台的开发难度和开发成本都相对较低。微信小程序后台具有手机用户访问数据分析功能，有利于教育工作者进行深度的科技教育策略研究。同时，微信小程序是基于微信平台开发，以微信作为入口，因此可以凭借微信巨大的用户量进行推广。学习者首次使用微信账号关联小程序后，即可实现账户有效的持续性，无需重复登录，更不用单独注册。另外，微信小程序具有许多流量入口，如线上入口有搜索引擎、App客户端、微信公众号、社交群等，线下入口有扫码和支付功能[12]。
2020年1月9日发布的《2019微信年度数据报告》显示：2019年微信月活跃账户数超过11亿[13]。截止2020年1月，微信小程序总量已达100万，累计用户数已经突破6亿。由此可见，微信小程序已成为一个重要的服务平台。微信公众号的内容属性较强，而对于小程序而言，它的工具属性更突出，适用于构建寓教于乐的移动学习平台[14]。
气象知识尽管与中小学多学科知识融合，但气象知识学习平台相对于中小学的主科，属于使用频次较低的非刚需的学习工具。按照用户需求的重要程度与频率分析图来看，开发面向青少年自主学习的气象知识学习平台宜选用微信小程序（见图1）[15]。
综上分析，微信小程序作为气象这类非必修学科的在线科技教育平台，是一个比较好的选择。
三、资源选择策略研究
平台既然是面向青少年的在线教育平台，那么提供的资源应当与国家对人才培养的需求相一致，与中小学基础教程相融合。党的十九大报告提出，要“发展素质教育”“培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人”。素质教育是指一种以提高受教育者诸方面素质为目标的教育模式。2016年9月，《中国学生发展核心素养》总体框架正式发布，提出要“发展核心素养”。教育部《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》明确指出，核心素养的内涵为“学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”。
素质教育的提出为我国的教育改革与发展指明了方向，引领我国教育改革，包括课程改革在内的各个领域的改革[16]。而核心素养的提出是对素质教育进行的翔实诠释和具体操作，使素质教育得到了深化和细化。所以，核心素养既是学校人才培养的基本要求，也是党的教育方针的具体化，是连接宏观教育理念、培养目标与具体教育教学实践的中间环节[17]。
核心素养作为一个宏观概念，必须分解为学科素养，才能落地生根。2018年1月，教育部印发了《普通高中课程方案和语文等学科课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）。各学科凝练提出了本学科的核心素养，明确了学生学习该学科课程后应形成的正确价值观念、必备品格和关键能力，并围绕学科核心素养的落实，精选、重组教学内容，设计教学活动，提出考试评价的建议，目的是切实引导各学科教学在传授学科知识的过程中，更加关注学科思想、思维方式，克服重教书轻育人的倾向，把立德树人的根本任务落到实处。
1.以发展核心素养为目标
气象科技资源应从“知识导向”转向“素养导向”，也就是不局限于气象科普宣传，更应为学生核心素养的培养服务。选取的资源内容应该既要与学科知识融合，又要对学科知识进行拓展延伸，更要让学生认识已掌握的学科知识如何在实践中应用与创新，明白知识既是学习的目标，也是实践创新的手段，在实践中探索、在探索中学习、在学习中实践，促进学生的智慧、能力和价值观的成长，促进学生核心素养的形成。
2.以学科核心素养为依据
以《课程标准》为依据，分析气象与各学科课程标准的融合点，选取相关气象科技教育资源，激发学生探究气象科学奥秘的兴趣，开阔学生视野，拓宽学生知识面。以《普通高中地理课程标准（2017年版）》为例，高中地理学科核心素养包括人地协调观、综合思维、区域认知和地理实践力等四个要素，课程分为必修、选择性必修和选修三类课程。
（1）必修课程
在必修课程《地理1》中，内容包含“运用示意图等，说明大气受热过程与热力环流原理，并解释相关现象”“运用资料，说明常见自然灾害的成因，了解避灾、防灾的措施”。
在必修课程《地理2》中，内容包含“运用资料，归纳人类面临的主要环境问题，说明协调人地关系和可持续发展的主要途径及其缘由”。
（2）选择性必修课程
在选择必修1中，内容包含“运用示意图，分析锋、低压（气旋）、高压（反气旋）等天气系统，并运用简易天气图，解释常见天气现象的成因”“运用示意图，说明气压带、风带的分布，并分析气压带、风带对气候形成的作用以及气候对自然地理景观形成的影响”“运用图表，分析海—气相互作用对全球水热平衡的影响，解释厄尔尼诺、拉尼娜现象对全球气候和人类活动的影响”。
在选择性必修2中，内容包括“结合实例，从地理环境整体性和区域关联的角度，比较不同区域发展的异同，说明因地制宜对于区域发展的重要意义”。
（3）选修课程
在选修2中，内容包括“解释海洋与大气的相互作用关系，运用图表说明其对全球水循环和水热平衡的影响”“举例说明主要的海洋灾害及其成因以及相应的减灾举措”。
在选修3中，内容包括“分析台风、寒潮、干旱、洪涝、风暴潮等气象灾害的成因与危害”“结合实例，说明我国自然灾害多发区的环境特点”“说明地理信息技术在自然灾害预测、灾情监测和评估中的运用”。
在选修4中，内容包括“结合实例，说明全球变暖对生态环境的影响”等。
由此可见，气象与高中地理知识高度融合，平台资源可选取融合拓展知识点。如“地理信息技术在自然灾害预测、灾情监测和评估中的运用”知识点，可以选取介绍农业气象服务如何利用地理信息技术开展气候资源区划、气象灾害风险区划，指导农业生产的内容;“分析台风、寒潮、干旱、洪涝、风暴潮等气象灾害的成因与危害”知识点，比如可以选取2018年第22号超强台风“山竹”案例，介绍热带气旋是在什么天气形势下在西北太平洋洋面上生成，随后受哪些系统的影响强度不断增强，移入南海，最终在广东台山登陆。整个过程大风、强降水出现在哪个区、出现前后顺序、最大值位置以及致灾情况等等。
3.突出“微学习”特点
當前学生学习任务重，学生课外自我学习存在时间和空间有限的问题。因此，平台提供的学习内容和学习方式，都要体现“微学习”特点，实现“人人皆学、处处能学、时时可学”。如气象科普文章不宜选择综合性的长文，宜选择介绍一个知识点的短文。提供的知识竞赛题目不宜选择太复杂的题目，题目内容宜聚焦基本概念、基本原理、高频考点和易错题。对于较复杂的知识点要进行拆分，发挥查漏补缺的作用，以利于学生碎片化学习，不增加课外学习的心理负担。
四、学习方式策略研究
根据学生的学业情况、心理特点，平台宜提供给学生动静相结合的学习模式。
1.寓教于乐模式
学业带来的沉重压力，一定程度上会令学生对课外学习有一定的抗拒性。实践证明，游戏化学习对学生学习效果具有积极的影响，特别是数字化教育游戏注重体验和学习沉浸，是一种独特的教育资源。因此，平台宜在学习环境设计上，提供图、文、声、像并茂的多种感官综合刺激，强化互动体验，创设多种互动方式，鼓励创意发挥、交流分享，推行游戏化学习。
另外，平台在设计上应注意设计简洁直观的界面，清晰明确的导航，简单易懂的操作功能，跳转页面、操作键位以及其他辅助功能要具有流畅性，这是保障学习过程顺利的必要手段，也是延长用户驻留小程序时间的关键。
2.深度学习模式
当学生在游戏中发现自己不足的时候，就会激发学习的欲望。所以，平台要设置科普文章栏目，让学生通过阅读，深度学习气象知识。科普文章结尾最好设置相关问题，鼓励学生思考，进一步探究未知的领域。
五、激励方式策略研究与教育评估策略研究
当前教育大力倡导对学生创新能力的培养，平台需设置“用武之地”让学生可以发挥创意，如鼓励学生进行气象知识竞赛题的创作和分享，对各种天气现象的有趣描述等。还可以创设“互问互答”栏目，鼓励青少年互相提问和回复，在互动交流中共同进步。同时，各栏目及平台分享均设置积分奖励，通过积分排行榜激励学习者持续使用平台。
此外，平台管理系统要设计系统数据监控与分析功能，除了要充分利用微信小程序后台已有的手机用户访问分享功能外，平台管理模块要设置答题正确率等各种大数据分析，多维度分析评估气象科技教育质量，为气象科普工作者和学校提供重要参考。还要设置学习者画像研究功能，提取学习者的历史学习记录，分析其学业水平、学习行为特征和习惯偏好，形成学习者的个性特征，精准推送个性化学习资源。
六、“风云之战”小程序介绍
2019年，广州市气象科普教育基地开发了一个面向青少年随时随地开展自主学习的微信小程序。该平台提供图、文、声、像并茂的多种感官综合刺激，强化互动体验，为中小学生营造快乐的学习环境，激发学生持续学习的兴趣。该平台既有刺激的互动练习，又有大量科普文章进行深度学习，目的是帮助学生通过自主学习，巩固和拓展各学科知识，发展核心素养，提升综合科学素质，培养创新能力。
平台以学生为中心，设计在线互动智能管理、知识服务智能管理、多维持续激励机制、后台系统智能管理等四个模块，实现互动、学习、激励、评估功能，如图2所示。
1.在线互动智能管理
在线互动是平台最重要的功能，用于激发学生学习兴趣和持续使用平台，实现学生“玩中学”的目标。平台包括竞赛活动、创意发挥和交流分享三大功能，如图3所示。
（1）竞赛活动
竞赛活动包括擂台赛、组队赛、个人赛、团体赛。
擂台赛中设定平台积分最高用户为擂主。擂台赛开始前，用户须先选择本次擂台挑战赛题目的难易程度，难易程度由易到难分为1级、2级、3级三个级别，分别对应与小学、初中、高中科学、地理、生物等学科融合的气象安全与科技教育知识。当用户发起擂台挑战赛时，系统从题库中随机抽取设定5道题目，作为本轮擂台赛的题目。用户胜多负少则挑战成功，否则挑战失败。挑战期间，系统自动跟踪记录学生的答题情况，在游戏结束后会自动推送与答错题相关的气象科普文章给攻擂者学习，只要学习就可以得到积分。因此，擂台赛游戏可以帮助学生及时精准地查漏补缺，开展有针对性的自我补习。游戏的积分排行榜对学生自我学习有很大的鼓励作用。
组队赛用于微信好友之间组队参赛。每次比赛共5轮，每轮比赛按答对、答题时间、最后答题等维度计算出得分，将所有队员的得分相加即为该队伍的总得分。5轮过后，总得分高者为获胜一方，总得分相等则为平局。其中每答对1题奖励1个积分，获胜队伍每人额外奖励5个积分。该功能模块可促进平台的人际传播。
个人赛用于在线用户之间的多人答题PK，系统会随机分配参与活动的4—8人进入比赛空间，参加个人PK战。每次比赛5轮，每轮10秒钟，参与用户以抢答的方式完成答题，前两名队员抢答成功后直接进入下一题抢答，其中每轮回答正确且速度最快的前两名队员分别获得2个和1个积分。
团体赛主要面向学校或科普基地组织的大型知识竞赛而设计。系统管理员通过平台后台，从系统题库中选取N道题作为本次活动的题库，同时为了避免某个用户答完题后，将题目答案泄露给其他用户，在活动创建时设置从活动题库中随机抽取指定数量的题目给到该用户作答。学生登录比赛界面，通过下拉菜单选择学校名称、年级和班名，输入比赛密码，就可以参加活动。答题时长可以设定为限时或非限时，参赛者可以在竞赛举办期间自行选择时间参加。所有竞赛活动的题目均采用简短的单选题，有利于用户“微互动”“微学习”。
（2）创意发挥
创意发挥包括我要出题、趣说气象两项活动。“我要出题”提供入口给用户上传自创或搜索得来的创新题目。只要题目不与题库题目重复、没有知识错误、紧扣气象主题，就可以通过系统管理员的审核，收编入题库，系统记录成功出题数目，并进行出题排名。出题功能无疑为用户提供了展示自己知识水平的平台，提高了用户的荣誉感，鼓励众创。“趣说气象”提供入口给用户分享自己對天气现象的有趣描述，如用“衫穷水浸”趣说“回南天”天气现象等。
（3）交流分享
交流分享包括文章阅读分享、互问互答、科普文章分享、小程序分享、科普基地分享、科普网站分享、建议反馈等。
“阅读分享”给用户提供入口，分享科普文章的读后感。用户需录入原文题目、原文链接地址、读后感标题、图片和文字。该功能可促进学生进行深度学习，知识迁移，鼓励学习交流。
“互问互答”给用户提供入口，针对学习平台上的学习内容发起提问。由平台的气象科技教育工作者提供专业解答，或者让其他学习者进行解答，促进互动交流学习。
“科普文章分享”“小程序分享”鼓励用户资源分享。“科普基地分享”“科普网站分享”与用户分享更多气象实体资源、线上资源。“建议反馈”加强用户交流，收集平台使用反馈意见，不断完善提升平台建设。
2.知识服务智能管理
“玩”是为了“学”，平台的科普文章栏目提供丰富的气象科普文章给用户学习气象知识，栏目下设科普知识、气象人文、物候知识等子栏目，如图4所示。
其中，科普知识栏目提供与各学科重点知识关联或公众关注的科普文章，让用户深度学习气象科普知识;气象人文栏目提供与气象有关的人文典故、气象谚语、气象成语等，提高用户的人文修养;物候知识栏目提供各种花卉、农作物等物候知识，激发用户观察自然、探究自然的兴趣。
文章注重图文并茂，加强热点分析、案例分析，促进学生情境式学习。文章设置思考问题，让学生通过思考，帮助知识生成，促进深度理解。总之，用户通过“玩”发现学习的不足，通过“学”巩固和拓展学科知识，通过“思”构建个性化的知识体系。
3.多维持续激励机制
激励机制是通过体力值与积分制实施的，如图5所示。
用户需要一定的体力值才能参加各种竞赛活动。初始体力为10，每10分钟自动增加1个体力值，每个用户最多15个体力值。擂台赛、组队赛每次PK消耗1个体力值，个人赛、团体赛不消耗体力值，每次分享平台给好友可获得3个体力值，每阅读一篇科普文章可获得1个体力值。设置体力规则是鼓励用户持续使用和分享推广平台。设置积分排行榜，包括好友排行、世界排行、活动排行、出题排行、趣说排行。积分可通过参加各种竞赛活动以及“我要出题”“趣说气象”活动获得，为用户提供分享荣誉的平台，增强用户活动的积极性，增加对平台的粘附度。
4.后台系统智能管理
后台系统智能管理，包括后台编辑审核智能管理和后台数据智能分析两个模块，如图6所示。
（1）后台编辑审核智能管理
该模块用于实现活动管理、题库管理、趣说气象、互问互答、科普文章、学习管理、学校管理、阅读分享、兑奖管理等多项后台管理功能。
活动管理用于根据学校的需求，组织开展大型气象知识竞答活动，实现活动的组织发起、过程管理和效果评价等全流程管理。学生通过输入名字、选取学校和年级、输入活动代码就可以参加竞赛活动。
题库管理具有系统题库、用户题库、出题排行等功能。系统题库给系统管理员提供入口录入竞赛试题，选择设计1级、2级、3级三个级别，分别对应与小学、初中、高中相关学科融合的气象安全与科技教育知识。每道题目允许系统管理员在后台绑定1—3篇关联的科普文章，便于用户错题补习。用户题库是系统管理员审核用户出题模块，凡审核通过的题目均纳入系统题库，审核通过与否均通过微信发送审核消息给出题用户。出题排行按照审核通过题目数量给用户进行自动排序。
趣说气象是系统管理员审核用户以趣说方式描述某个天气现象。凡审核通过，均在“趣说气象”栏目与用户分享。互问互答是系统管理员回答用户的学习问题，或审核其他用户的解答，以此营造互动学习交流氛围。科普文章给系统管理员提供入口，上传图片、编辑文字制作科普文章。
（2）后台数据智能分析
系统题库的每道题均根据用户答题情况智能计算答题正确率，根据系统管理员的气象知识体系，通过大数据分析，有利于对整体或某个知识点进行教育质量的评估，方便科普工作者和学校及时发现教育不足，调整教育策略和教学方式。
依据“我要出题”“趣说气象”的各项统计数据，帮助分析学生对气象知识理解能力、迁移能力，提升对气象互动参与的积极性。微信官方小程序数据助手平台的数据概览、访问分析、页面实时统计、用户画像等，为系统管理员分析平台使用趋势、用户行为与习惯、用户来源等提供了数据支撑。
5.平台应用情况
平台目前用户数达32000 多个，总访问次数18.1万次，用户范围覆盖全国。中国气象学会利用该平台于2020年3月16日—23日成功举办“风云之战”气象知识有奖竞答活动，这是首个全国性线上气象知识竞赛，活动包括面向学生的校园巅峰赛（团体赛）、面向公众的个人赛和组队赛。全国31个省市的164支队伍参加了校园巅峰战，活动期间平台访问次数共达126万次，个人赛共19万场次，作为练习的擂台赛共有3.25万场次，几乎每天有近3万场的PK，战况激烈。教师们反映活动非常有趣刺激，同时“趣说气象”也收获了公众408条创意，“我要出题”收到213道题目。
2020年5月19日—23日，北京市氣象局利用平台举办“第十五届北京市中小学生气象知识竞赛”活动，118支团队共708名学生参加了校园巅峰赛，比赛期间平台总访问次数达39万次，个人赛共4.6万场次。
在疫情期间，这两项活动的成功举办，为气象部门开展气象科普活动提供了技术支持。平台已部署在广东省气象局停课铃App“缤纷微天气”栏目上，广东省气象局、广州市气象局计划通过系列线上活动全力推广宣传平台，充分发挥平台在线教育的社会效益。
七、结语
实践证明，开发“风云之战”小程序是气象科技在线教育的一次创新尝试。平台能方便用户随时随地学习气象知识，提高气象知识认知度，又可以通过答题互动及时发现自己的认知不足。平台组织大型竞赛活动功能，发挥大众传播作用，提高公众对气象知识认知的覆盖率。平台可开放或复制应用于全国各地气象部门开展气象科普在线教育活动，还可以应用于其他行业、学科举办在线教育活动，具有良好的拓展性，是在线科技教育的一种新模式。
未来平台在知识结构上将结合建构主义等教育理论开发系统知识树功能，通过知识树链接各气象知识点，并提供相关互动内容，帮助学生更好地把握知识结构和逻辑线索，深入系统地学习气象知识;还增设了用户自行添加知识树分枝等功能，提高学生自我学习的积极性，促进学生创新能力的提高。在内容上，要引入更多最新的气象现代化建设业务成果和科研成果介绍，让学生充分认识到所学到的课本理论知识在实践中的创新应用。
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（编辑：李晓萍）
