關(guān)于動力氣象學(xué)教學(xué)模式的探索

摘 要：在大氣科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)班的動力氣象學(xué)教學(xué)過程中，通過引入非傳統(tǒng)課堂講授式的教學(xué)模式，以達(dá)到提高學(xué)員學(xué)習(xí)主動性，提升教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量的目的。本文介紹了研討式教學(xué)、案例式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)三種教學(xué)方法的特點(diǎn)，并根據(jù)動力氣象學(xué)課程中知識點(diǎn)的不同特點(diǎn)構(gòu)建了相應(yīng)的教學(xué)模式，結(jié)合實(shí)例探討了這些教學(xué)模式在大氣科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)班教學(xué)中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：動力氣象學(xué);研討式教學(xué);案例式教學(xué);翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)

動力氣象學(xué)是大氣科學(xué)學(xué)科體系中的核心基礎(chǔ)課程之一，它是一門通過應(yīng)用物理學(xué)定律和數(shù)學(xué)方法來研究大氣運(yùn)動的動力和熱力過程，以及它們之間相互關(guān)系的學(xué)科，涉及到普通物理力學(xué)、分子物理學(xué)與熱力學(xué)、高等數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)物理方法、大氣物理學(xué)、氣象學(xué)、流體力學(xué)等多門學(xué)科領(lǐng)域，是大氣科學(xué)與物理學(xué)相互交叉的學(xué)科[1]。在大氣科學(xué)專業(yè)課體系中，不論對于教師還是對于學(xué)生來講這都是一門難度相當(dāng)大的課程。

在中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院所舉辦的大氣科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)班中，來自各地氣象部門的參訓(xùn)學(xué)員工作崗位多元化，大部分學(xué)員都是非氣象專業(yè)的本科學(xué)歷背景，從未系統(tǒng)學(xué)習(xí)過氣象專業(yè)理論知識，且在參加工作之后，對大學(xué)高等數(shù)學(xué)中學(xué)過的微積分基礎(chǔ)知識和一些基礎(chǔ)物理規(guī)律知識已遺忘不少，這給動力氣象學(xué)教學(xué)帶來相當(dāng)大的難度。參考高校優(yōu)秀教師[1-3]在大氣動力學(xué)課程教學(xué)與實(shí)踐方面的經(jīng)驗(yàn)，在大氣科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)班引入新的教學(xué)模式，以提高學(xué)員學(xué)習(xí)的主動性，提升教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

1 研討式教學(xué)

研討式教學(xué)是指圍繞某一教學(xué)主題，以提高學(xué)員理論聯(lián)系實(shí)際的能力、產(chǎn)生創(chuàng)造性思維或形成共識為目標(biāo)，以學(xué)員為主體，以教師為主導(dǎo)，以研討交流為形式的一種互動式教學(xué)方法[4]。研討式教學(xué)是近年來各級各類干部教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)大力倡導(dǎo)和推進(jìn)的一種教學(xué)方式，在干部教育培訓(xùn)實(shí)踐中也取得了較好的成效[5]。因此在大氣科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)班中，借鑒干部教育培訓(xùn)班研討式教學(xué)的模式[6]，構(gòu)建了一堂適用于動力氣象學(xué)的研討課程。

這堂研討式教學(xué)課程以中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院編寫的《動力氣象學(xué)》教材第三章“自由大氣中的平衡運(yùn)動”作為主要內(nèi)容，具體的流程如圖1所示。上課前一周，首先將學(xué)員分為四個小組，每個小組任命一名小組長，由小組長組織該小組成員對第三章進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，預(yù)習(xí)時間為一周。上課時，由小組長抽簽決定該小組所需要重點(diǎn)研討的小節(jié)，在小組長的帶領(lǐng)下，小組成員需要研討教師所提出的問題（具體問題如圖1所示），歸納該小節(jié)的知識點(diǎn)，詳細(xì)研討和拆解該小節(jié)的每個知識點(diǎn)，并選出明星學(xué)員代表小組將研討結(jié)果在全班發(fā)言，之后再由其他小組進(jìn)行提問，教師最后做歸納總結(jié)。由于這一章的內(nèi)容比較多，因此需要安排兩個半天進(jìn)行研討式教學(xué)，上課地點(diǎn)為案例教學(xué)教室。上課后，每個小組在小組長的帶領(lǐng)下，將研討所得出的結(jié)論，綜合其他小組的課堂提問和教師的綜合點(diǎn)評，總結(jié)并提交一份研討小結(jié)。

研討式教學(xué)將教師和學(xué)員的地位進(jìn)行了互換，重點(diǎn)是發(fā)揮學(xué)員的主體性，讓學(xué)員參與到教學(xué)前、中、后的所有環(huán)節(jié)之中，全方位的調(diào)動學(xué)員的積極性，極大的提升了學(xué)員對于知識點(diǎn)的理解和消化，提高了教師的教學(xué)效果。將研討式教學(xué)引入到大氣科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)班的專業(yè)課課堂教學(xué)中，不管在課堂研討問題的設(shè)置，研討流程的科學(xué)性，還是對研討課程的整體把控上都還存在許多進(jìn)步的空間。從課后學(xué)員的反饋來看（圖2），研討式教學(xué)還是比較成功的，因此這不失為一種動力氣象學(xué)課堂教學(xué)的新方法，值得更進(jìn)一步深入的創(chuàng)新性思考。

2 案例式教學(xué)

案例式教學(xué)是教師以教學(xué)案例為基礎(chǔ)，在課堂中幫助學(xué)習(xí)者達(dá)到特定學(xué)習(xí)目的的一整套教學(xué)方法及技巧，教學(xué)案例是一個描述或基于真實(shí)事件和情境而創(chuàng)作的故事[7]。這種教學(xué)方式同樣廣泛應(yīng)用于縣局長輪訓(xùn)培訓(xùn)班中[8]，但該班型使用的都是精細(xì)打造而成的龐大案例，這顯然對于動力氣象學(xué)的教學(xué)并非全盤適用，但可以將其核心思想借鑒到動力氣象學(xué)的教學(xué)中去。

動力氣象學(xué)是一門大氣科學(xué)基礎(chǔ)理論課程，如果只按照教材內(nèi)容進(jìn)行授課，就可能導(dǎo)致學(xué)員缺乏對實(shí)際天氣現(xiàn)象的解釋能力。在教學(xué)中，采取大案例和小案例相互穿插的方式進(jìn)行講解，著重介紹大氣動力學(xué)理論在解釋大氣現(xiàn)象、指導(dǎo)天氣分析和預(yù)報(bào)實(shí)踐中的應(yīng)用，這樣才能加強(qiáng)學(xué)員對于知識點(diǎn)與實(shí)際案例相互之間聯(lián)系和應(yīng)用的認(rèn)識。

首先，對于動力氣象學(xué)中每個概念的引入都從實(shí)際天氣或氣候的例子出發(fā)，通過這種由小案例而引入大概念的教學(xué)方式可以讓學(xué)員對學(xué)習(xí)目的有個清晰的認(rèn)識。此外，動力氣象學(xué)中每一個定理都有相應(yīng)的環(huán)流模型與之對應(yīng)，如果將這些抽象的數(shù)學(xué)公式變成直觀的圖像，則更容易加深學(xué)員對于該定理的理解和應(yīng)用。

其次，在教學(xué)中可適當(dāng)穿插介紹學(xué)科發(fā)展史和著名科學(xué)家（特別是我國學(xué)者）的貢獻(xiàn)。比如成都信息工程大學(xué)的李國平教授編撰的《動力氣象學(xué)發(fā)展、回顧與展望》就十分值得借鑒，這些知識內(nèi)容能讓學(xué)員感受、理解學(xué)科產(chǎn)生和發(fā)展的過程，了解學(xué)科的重要性，培養(yǎng)起學(xué)習(xí)興趣。另外，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容讓學(xué)員聯(lián)系近期發(fā)生的重大天氣事件，講述一定的科研新進(jìn)展，對于提升學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣和理論聯(lián)系實(shí)際能力有一定的幫助。

此外，在教學(xué)中加入了一節(jié)補(bǔ)充的大案例，案例的重點(diǎn)是介紹數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的歷史及發(fā)展歷程。通過此案例的講授，引入了數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的概念、原理及流程等基本知識點(diǎn)，并與《動力氣象學(xué)》教材第一章的內(nèi)容有機(jī)融合起來，通過教學(xué)引導(dǎo)學(xué)員充分認(rèn)識到大氣運(yùn)動方程組在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中所起的重要作用。每一章所使用的具體案例如圖3所示，從學(xué)員的課后反饋了解到，這種將實(shí)際案例融入到授課過程中的教學(xué)方式所起到的效果明顯要好得多。

3 翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)

翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)是指學(xué)員在課前完成知識的學(xué)習(xí)，而課堂則變成教師學(xué)員間、學(xué)員與學(xué)員間互動的場所，包括答疑解惑、知識的運(yùn)用等，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。目前全國許多高校均開始實(shí)踐并推廣翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)方法的應(yīng)用，并取得了較好的成效，因此這不失為動力氣象學(xué)教學(xué)方法創(chuàng)新的一種嘗試，圖4為該教學(xué)方式的基本思路。

翻轉(zhuǎn)課堂將傳統(tǒng)教學(xué)形式中“先教后學(xué)”改為“先學(xué)后教”。在翻轉(zhuǎn)課堂模式下，教師講“課程傳授”放到課外完成，而將“知識內(nèi)化”作為課堂教學(xué)的重點(diǎn)，教師在課堂內(nèi)組織學(xué)員協(xié)作完成對知識內(nèi)容的“闡述、傳授、嘗試、評估、質(zhì)疑、指導(dǎo)、互助”，從而使教學(xué)從傳統(tǒng)的以教師為中心，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)員為中心。

以下以中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院編寫的《動力氣象學(xué)》教材第一章“作用于大氣的力”“旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中”兩節(jié)作為主要內(nèi)容，設(shè)計(jì)了一堂翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)課程。

首先是課前學(xué)習(xí)部分。這是翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施的重要階段，教師需要為學(xué)員設(shè)計(jì)好學(xué)習(xí)任務(wù)清單。由于動力氣象學(xué)第一章關(guān)于作用于大氣的真實(shí)力和虛擬力這兩部分內(nèi)容在高中和大氣科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程中有所涉及，因此教師需要收集和整理相關(guān)學(xué)習(xí)材料，作為學(xué)員課前觀看、閱讀和學(xué)習(xí)的任務(wù)。這些學(xué)習(xí)材料包括：（1）高等數(shù)學(xué)微分基礎(chǔ)的相關(guān)微課視頻，以5—10分鐘為宜;（2）教師梳理的高等數(shù)學(xué)微分基礎(chǔ)的電子版相關(guān)知識點(diǎn);（3）涉及作用于大氣的力的相關(guān)微課視頻，以5—10分鐘為宜;（4）干部學(xué)院編寫的《氣象學(xué)》教材第六章“大氣運(yùn)動方程”小節(jié)紙質(zhì)版書籍。除了學(xué)習(xí)相關(guān)材料的任務(wù)之外，學(xué)員還需要就所學(xué)習(xí)的內(nèi)容提前梳理好疑難點(diǎn)，在規(guī)定時間內(nèi)由小組長收集整理并反饋給教師，這些疑難點(diǎn)是教師課堂授課的關(guān)鍵。

接下來是課堂學(xué)習(xí)部分。在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，教師針對學(xué)生產(chǎn)生的疑難點(diǎn)問題，采取合作交流、個性展示等方法，學(xué)生在團(tuán)隊(duì)協(xié)作中共同解決問題，整體思路是：梳理問題（教師提前完成）—解決問題（學(xué)員共同協(xié)作）—知識點(diǎn)整理—鞏固強(qiáng)化，具體的實(shí)施過程如下表所示。

翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)的效果是否顯著取決于課堂上的互動，學(xué)員通過課外學(xué)習(xí)，教師在課外跟進(jìn)了解學(xué)員的學(xué)習(xí)情況，從而能夠提前了解學(xué)員的學(xué)習(xí)困難，在課堂上給予有效的輔導(dǎo)，學(xué)員之間的相互交流更有助于學(xué)員知識的吸收內(nèi)化過程。

最后是課后反饋部分，教師通過發(fā)送問卷調(diào)查表了解學(xué)員學(xué)習(xí)后的收獲以及對本課程學(xué)習(xí)過程所提出不足之處與改進(jìn)建議，教師自身也需要反思本課中的優(yōu)缺點(diǎn)，制定優(yōu)化措施。

跟普通的課堂講授式教學(xué)相比，翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)在教學(xué)方式和教學(xué)流程上做了調(diào)整，重點(diǎn)在于調(diào)動學(xué)員的學(xué)習(xí)主動性，弱化課堂學(xué)習(xí)方式的枯燥性，提高學(xué)員和參與性，增強(qiáng)學(xué)員和教師的互動性。

跟研討式教學(xué)相比，同樣的“先學(xué)后教”，翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)對教師和學(xué)員提出更高的要求。課前，學(xué)員的相關(guān)學(xué)習(xí)材料由教師收集整理，這些材料包括視頻、文檔、PPT、音頻和教材等，而研討式教學(xué)課前學(xué)員的學(xué)習(xí)材料只有教材;課中，研討教學(xué)僅僅將學(xué)員分為幾個大組，分別對疑難問題研究討論，而翻轉(zhuǎn)課堂中，教師的教學(xué)方式不僅僅局限于小組研討，更多地是以不同的方式調(diào)動學(xué)員的互動交流積極性，從而達(dá)到共同解決疑難問題的目的。

4 結(jié)語

“動力氣象學(xué)”是大氣科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識培訓(xùn)班的主要課程之一，也是最難的一門課程，其教學(xué)效果對于學(xué)員提升大氣科學(xué)知識素養(yǎng)起到了至關(guān)重要的作用。本文在綜合高校經(jīng)驗(yàn)豐富的教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，引入了目前在成人教育、干部培訓(xùn)、遠(yuǎn)程教育中應(yīng)用較為突出的方法，包括研討式教學(xué)、案例式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)等，目的在于提升學(xué)員主動學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)員吸收知識的能力，最終能獲得較為出色的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

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作者簡介：柴波，男，氣候系統(tǒng)與全球變化專業(yè)碩士，中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院四川分院工程師，研究方向：氣象教育培訓(xùn)。