天氣學基礎(chǔ)知識課程中范例的選取與設計

孟蕾　 桑友偉

摘 要：天氣學基礎(chǔ)知識課程中開展范例教學有重要意義，范例教學中范例的選取和設計是開展此類教學的重點內(nèi)容之一。結(jié)合天氣學基礎(chǔ)知識課程的教學目的和學員實際情況，詳細說明范例的選取和設計需要注意的事項，為氣象部門在職人員天氣學基礎(chǔ)知識課程范例教學提供良好的建議。

關(guān)鍵詞：范例教學；天氣學；在職培訓

Case selection and Design in Basic Synoptic Meteorology Course

MENG Lei SANG Youwei

CMA Training Center Hunan Branch Hunan Changsha 410125

Abstract：It is very significant to carry out the case teaching in the course of basic knowledge of synoptic meteorology. Considering the goal of synoptic meteorology teaching and the actual situation of students， we illustrate the selection and design of the case and provide good suggestions of case teaching for the meteorological department staff learning basic knowledge of synoptic meteorology.

Key words：case teaching；synoptic meteorology；onthejob training

天氣學基礎(chǔ)知識不僅是高等院校大氣科學專業(yè)及海洋專業(yè)必然要講授的內(nèi)容，也是中國氣象局針對每年非大氣科學專業(yè)的新入職人員進行大氣科學基礎(chǔ)知識培訓的重要內(nèi)容。高校大氣科學專業(yè)在授課過程中采用的教材對學生的數(shù)學物理基礎(chǔ)要求較高，如南京大學采用的《現(xiàn)代天氣學原理》[1]（伍榮生等編寫）通過物理分析及數(shù)學公式描述大氣熱力學、動力學基礎(chǔ)理論及基本天氣系統(tǒng)。南京信息工程大學采用的《天氣學原理與方法》[2]（朱乾根等編寫），雖然在講述“中國天氣”部分使用大量實例描述天氣過程，但在講解原理部分仍然側(cè)重于數(shù)理計算。中國氣象局組織的大氣科學基礎(chǔ)知識培訓時間僅三個月，只能學習幾門氣象專業(yè)主干課程，而對于熱力學、流體力學、概率統(tǒng)計等幾門高校大氣科學專業(yè)必修的基礎(chǔ)課程無法進行系統(tǒng)地學習，并且參加此類培訓的學員專業(yè)背景不一，數(shù)學和物理基礎(chǔ)不一，對現(xiàn)有高校教材接受程度不一，給實際教學帶來了較大的困難。針對大氣科學基礎(chǔ)知識培訓班學員的實際情況，建議在天氣學基礎(chǔ)知識課程中采用適當?shù)姆独M行教學活動，即進行范例教學。所謂范例教學指通過對教材中所包含的具有普遍性的典型事例和關(guān)鍵性問題的范例性講授和探究，讓學生從個別事物或現(xiàn)象到一般規(guī)律，帶動學生理解普遍性的問題，掌握教材結(jié)構(gòu)和知識點之間的聯(lián)系，讓學生獲得基礎(chǔ)性、基本性和范例性知識的一種教學模式，也稱示例性教學、典型性教學、個案分析教學[3]。現(xiàn)在，范例教學在中小學教學、高校教學、行業(yè)培訓中都收到了良好的效果[46]。而整個范例教學過程中，范例的選取和設計成為了最重要的第一步。

1 范例的選取

充分考慮天氣學基礎(chǔ)知識課程的特點，結(jié)合教學對象的實際情況，所選取的范例可分作兩大類：一類是歷史來由范例，一類是近期天氣事件范例。歷史來由類范例主要是為了讓數(shù)理基礎(chǔ)不一的學員了解知識點出現(xiàn)的歷史背景，通過追溯其根源的方式了解和掌握相關(guān)理論知識。選取近期天氣事件作為范例是因為天氣學基礎(chǔ)知識課程往往要求學員能在工作崗位上學以致用，會對實際的天氣形勢進行合理判斷，通過教師引導學員對近期天氣事件做出分析判斷，進而能學會分析判斷天氣形勢。因此，歷史來由類范例和近期天氣事件范例在天氣學的教學過程中都有比較重要的意義。

1.1 歷史來由類范例的意義

天氣學中模型與理論的誕生是為了解決天氣分析和天氣預報中所面臨的實際問題，天氣學理論模型的歷史來由往往是：問題的出現(xiàn)——理論模型初步建立——應用理論模型進行預報——發(fā)現(xiàn)新問題——反復修改理論模型——成熟的理論模型——實際業(yè)務應用，整個過程與通常人們生活經(jīng)驗的累積過程是一致的，將這個過程作為范例進行教學能引導學員加深思考，進一步理解理論的內(nèi)涵，這樣取得的教學效果遠比直接給出理論模型讓學員死記硬背要好得多。曾經(jīng)對中國氣象局氣象干部學院湖南分院的大氣科學專業(yè)基礎(chǔ)知識培訓班做過問卷調(diào)查，98%的學員認為在天氣學基礎(chǔ)知識的教學過程中，將知識點的歷史來由融入課堂作為范例有助于自己更好地理解理論知識。

我們現(xiàn)有的教材和傳統(tǒng)的教學方式中，雖然也有對相關(guān)歷史來由的簡要描述和介紹，如“天氣學發(fā)展簡史”，可是這部分內(nèi)容往往出現(xiàn)在全書的緒論部分，并且只做簡要描述，在隨后的按章節(jié)介紹的理論知識部分，則很少提及各個知識點的歷史來由。這樣的安排使得學員們對天氣學發(fā)展史上的重大事件和重要人物知之甚少，在這個領(lǐng)域無法建立起精神信仰，而對涉及到核心理論的知識點又覺得晦澀難懂，自然也就無法充滿熱愛。天氣學基礎(chǔ)知識的培訓是有時間限制的，不足以將天氣學所有知識全盤教授給學員，它的首要任務應該是激發(fā)起學員對這門學科的興趣，讓學員在以后的工作中能自主學習，否則很難真正培養(yǎng)學員在氣象領(lǐng)域里的能力。如果能在各個章節(jié)中穿插介紹知識點的歷史來由，既讓學員對天氣學更有興趣，增強學習動力，也因其更符合成人學習規(guī)律而更好地培訓學員自主學習的能力。

1.2 近期天氣事件類范例的意義

范例教學在高校天氣學教材中已有顯著體現(xiàn)，如在南京信息工程大學選取的教材《天氣學原理與方法》中，引入范例共100例[7]，無論是降水天氣過程、低緯天氣系統(tǒng)、強對流天氣都引入了不少的實例作為范例進行教學。但是因教材編寫年代問題，范例年代陳舊，所選個例多為發(fā)生在20世紀60和70年代的天氣過程。而近年來，全球氣候變化顯著，用20世紀60、70年代的范例作為佐證現(xiàn)在天氣氣候特征已不適合。而且，現(xiàn)在大氣科學基礎(chǔ)知識培訓班的學員90%以上為剛畢業(yè)新人，多為20世紀90年代生人，所選取范例若是年代久遠，學員完全沒有親歷過這些情況，腦海中連這些天氣過程的感性認識都很淡薄，很難建立起更深刻的理性認識。因此講課過程中最好結(jié)合最近三年熱門天氣事件作為范例進行教學活動。

所選范例最好是近三年中學員通過親身經(jīng)歷或閱讀新聞所知道的有重大影響的天氣事件。如2013年夏天的晴熱高溫天氣，2015年4月下?lián)舯┝髦隆皷|方之星”號沉船事件，2016年1月份的“世紀寒潮”，2016年夏季的長江中下游暴雨、2016年的江蘇阜寧龍卷風等，這些天氣事件有大家親身經(jīng)歷的，或者是媒體大量報道，大家耳熟能詳?shù)?。選取這樣的天氣事件作為范例，讓學員有較強的“體驗感”，學員雖然之前沒有氣象學知識，可是他們已經(jīng)有了初步的感性認識，即已經(jīng)知道“是什么”，再來由教師引導其了解“為什么”，對知識點的理解會更加透徹。選取的近期天氣事件范例除了要有代表性、切合知識要點、難度適中外，最好要讓學員有“體驗感”。

2 范例的設計

2.1 歷史來由類范例的設計

歷史來由類范例的主要在分章節(jié)介紹單個知識點時引入。大氣科學基礎(chǔ)知識培訓中的天氣學基礎(chǔ)知識課程內(nèi)容主要包括大氣環(huán)流、氣團和鋒、溫帶氣旋與反氣旋、西風帶大型擾動、強對流天氣系統(tǒng)、熱帶和副熱帶天氣系統(tǒng)、季風、中國暴雨天氣過程共八個部分，在歷史來由類范例的選取中可以每一個部分單獨選取一個范例。

范例并不是選取了拿來就用，而應該進行設計，即明確在課堂教學的哪個階段引入范例，引入范例是為了說明什么問題，引導學員有什么樣的思考。在設計范例時需要層層遞進，由簡單到復雜，由表象到內(nèi)里，由實際到抽象。

比如，大氣環(huán)流部分可在本章內(nèi)容最開始就選取“三圈環(huán)流”模型建立的歷史來由作為范例：航海技術(shù)的發(fā)展使得更多的船只往來進行海外貿(mào)易，人們在航海過程中開始對低緯海洋地區(qū)的大氣進行觀測和記錄，發(fā)現(xiàn)低緯海洋地區(qū)在特定的季節(jié)總是吹東北風，科學家們于是開始找尋其理由，天文學家哈雷給出的物理解釋奠定了“單圈環(huán)流”模型的基礎(chǔ)，可哈雷的模型只能解釋吹北風的理由，之后哈德來給出的環(huán)流模型能解釋吹東北風的理由，但此模型卻忽略 “絕對角動量守恒”這條定律，直到19世紀中期，美國氣象學家費雷爾給出了“三圈環(huán)流”模型才圓滿得解決了上述問題[8]，然而“三圈環(huán)流”模型還是存在著一個很大的缺憾，那就是它對中緯度高空風的描述被觀測事實證明是錯的，盡管如此，由于“三圈環(huán)流”較好地描述了低空大氣在假設下墊面均一時的運動情況，因此我們至今沿用此理論。

這樣的歷史來由范例的引入讓學員能深刻地理解“單圈環(huán)流”和“三圈環(huán)流”模型的假設條件、形成原理和優(yōu)缺點，更重要的是讓學員知道，“三圈環(huán)流”模型雖然解決了眾多問題，但它還只是模型，與實際情況有所不符。那么學員就會思考，真實的大氣運動究竟是怎樣的呢？與模型的區(qū)別在哪里？為什么會有這樣的區(qū)別？這樣為接下來介紹實際大氣在高低空的情況打下了良好的基礎(chǔ)。

歷史來由類范例往往是抽絲剝繭慢慢引導學員在“聽故事”中就理解了知識點。在“講故事”的過程中，授課教師通過在不同的節(jié)點進行設問，讓學員思考接下來的“故事情節(jié)”，既讓學員覺得有趣，也讓學員短時間內(nèi)對知識點有較深的認識。

2.2 近期天氣事件類范例的設計

近期天氣事件類范例的引入主要在講中國暴雨天氣過程、中國寒潮天氣過程和強對流天氣過程這三大部分。這三大部分將之前教師講授過的各大天氣系統(tǒng)囊括在內(nèi)，構(gòu)成一個整體。這時可以分別在這三大部分各引入幾個相關(guān)近期天氣事件作為范例進行設計。

比如，講中國暴雨天氣過程這部分時可引入2016年6月30日至7月6日長江中下游地區(qū)暴雨天氣過程。2016年為超強厄爾尼諾年的次年，在年初氣候預估時中央氣象臺就曾指出今年我國南方雨水將出現(xiàn)嚴重偏多的可能。此次暴雨過程發(fā)生正值2016年梅雨期，受江淮準靜止鋒、低渦切變、高空槽、北方弱冷空氣、西太平洋副高和西南季風共同配合作用，6月30日至7月6日長江中下游多地出現(xiàn)暴雨、大暴雨甚至是特大暴雨，并伴有強對流天氣過程。湖北省武漢市全城被淹，直至7月6日臺風“尼伯特”登陸福建，改變了環(huán)流形勢場，長江中下游地區(qū)雨情才暫時得到緩解。此次天氣事件影響范圍廣，影響力度大，學員或親身感受或通過媒體了解，早有很好的感性認識，選此事件作范例可激發(fā)學員的興趣，并且這次事件中涉及到厄爾尼諾、梅雨、江淮準靜止鋒、低渦切變、西風帶槽脊、西太平洋副高、西南季風和臺風等重要天氣系統(tǒng)，是天氣學基礎(chǔ)知識培訓中的重點。通過一個范例將之前所講的重要知識點串聯(lián)起來，是加深學員理解很好的方式，也讓學員自己通過思考歸納出中國暴雨天氣過程中環(huán)流形勢場的特點。

這樣的近期天氣事件類范例的設計起到了“承上啟下”的作用，既是對已學知識的鞏固，也加深了對新知識要點的理解。

3 小結(jié)

天氣學是數(shù)學和物理發(fā)展到一定程度后在大氣科學上的應用，是一門理論性和應用性都很強的課程。在天氣學基礎(chǔ)知識課程中開展范例教學有利于學員和學生對其理論知識深刻理解，進而更好地應用于實際工作中。近期天氣事件類范例和歷史來由類范例相結(jié)合，統(tǒng)一于這門課程中，讓學員在“追古溯今”中學到更多知識，有助于教師在學員數(shù)理基礎(chǔ)不一的情況下開展天氣學基礎(chǔ)知識培訓，并能取得良好的教學效果。

參考文獻：

[1]伍榮生.現(xiàn)代天氣學原理[M].高等教育出版社，1999.

[2]朱乾根，林錦瑞，壽紹文，等.天氣學原理和方法[M].北京：氣象出版社，2000.

[3]呂曉雷. 運用范例教學培養(yǎng)高中生地理推理能力的研究[D].福建師范大學，2013.析出文獻：李其龍.德國教學論流派[M].曲安：陜西人民教育出版社，1993.

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[8]John D. Cox. Storm Watcher： the Turbulent History of Weather Prediction from Franklins Kite to El Nino[M]. Hoboken： John Wiley & Sons， Inc， 2002：7380.

作者簡介：孟蕾（1985），女，湖南常德人，碩士，副科長，研究方向：大氣科學基礎(chǔ)理論研究及教學。