关于动力气象学教学模式的探索

    

    

    

    摘 要：在大气科学专业基础知识培训班的动力气象学教学过程中，通过引入非传统课堂讲授式的教学模式，以达到提高学员学习主动性，提升教学效果和教学质量的目的。本文介绍了研讨式教学、案例式教学、翻转课堂式教学三种教学方法的特点，并根据动力气象学课程中知识点的不同特点构建了相应的教学模式，结合实例探讨了这些教学模式在大气科学专业基础知识培训班教学中的运用。

    关键词：动力气象学;研讨式教学;案例式教学;翻转课堂式教学

    动力气象学是大气科学学科体系中的核心基础课程之一，它是一门通过应用物理学定律和数学方法来研究大气运动的动力和热力过程，以及它们之间相互关系的学科，涉及到普通物理力学、分子物理学与热力学、高等数学、数学物理方法、大气物理学、气象学、流体力学等多门学科领域，是大气科学与物理学相互交叉的学科[1]。在大气科学专业课体系中，不论对于教师还是对于学生来讲这都是一门难度相当大的课程。

    在中国气象局气象干部培训学院所举办的大气科学专业基础知识培训班中，来自各地气象部门的参训学员工作岗位多元化，大部分学员都是非气象专业的本科学历背景，从未系统学习过气象专业理论知识，且在参加工作之后，对大学高等数学中学过的微积分基础知识和一些基础物理规律知识已遗忘不少，这给动力气象学教学带来相当大的难度。参考高校优秀教师[1-3]在大气动力学课程教學与实践方面的经验，在大气科学专业基础知识培训班引入新的教学模式，以提高学员学习的主动性，提升教学效果和教学质量。

    1 研讨式教学

    研讨式教学是指围绕某一教学主题，以提高学员理论联系实际的能力、产生创造性思维或形成共识为目标，以学员为主体，以教师为主导，以研讨交流为形式的一种互动式教学方法[4]。研讨式教学是近年来各级各类干部教育培训机构大力倡导和推进的一种教学方式，在干部教育培训实践中也取得了较好的成效[5]。因此在大气科学专业基础知识培训班中，借鉴干部教育培训班研讨式教学的模式[6]，构建了一堂适用于动力气象学的研讨课程。

    这堂研讨式教学课程以中国气象局气象干部培训学院编写的《动力气象学》教材第三章“自由大气中的平衡运动”作为主要内容，具体的流程如图1所示。上课前一周，首先将学员分为四个小组，每个小组任命一名小组长，由小组长组织该小组成员对第三章进行课前预习，预习时间为一周。上课时，由小组长抽签决定该小组所需要重点研讨的小节，在小组长的带领下，小组成员需要研讨教师所提出的问题（具体问题如图1所示），归纳该小节的知识点，详细研讨和拆解该小节的每个知识点，并选出明星学员代表小组将研讨结果在全班发言，之后再由其他小组进行提问，教师最后做归纳总结。由于这一章的内容比较多，因此需要安排两个半天进行研讨式教学，上课地点为案例教学教室。上课后，每个小组在小组长的带领下，将研讨所得出的结论，综合其他小组的课堂提问和教师的综合点评，总结并提交一份研讨小结。

    研讨式教学将教师和学员的地位进行了互换，重点是发挥学员的主体性，让学员参与到教学前、中、后的所有环节之中，全方位的调动学员的积极性，极大的提升了学员对于知识点的理解和消化，提高了教师的教学效果。将研讨式教学引入到大气科学专业基础知识培训班的专业课课堂教学中，不管在课堂研讨问题的设置，研讨流程的科学性，还是对研讨课程的整体把控上都还存在许多进步的空间。从课后学员的反馈来看（图2），研讨式教学还是比较成功的，因此这不失为一种动力气象学课堂教学的新方法，值得更进一步深入的创新性思考。

    2 案例式教学

    案例式教学是教师以教学案例为基础，在课堂中帮助学习者达到特定学习目的的一整套教学方法及技巧，教学案例是一个描述或基于真实事件和情境而创作的故事[7]。这种教学方式同样广泛应用于县局长轮训培训班中[8]，但该班型使用的都是精细打造而成的庞大案例，这显然对于动力气象学的教学并非全盘适用，但可以将其核心思想借鉴到动力气象学的教学中去。

    动力气象学是一门大气科学基础理论课程，如果只按照教材内容进行授课，就可能导致学员缺乏对实际天气现象的解释能力。在教学中，采取大案例和小案例相互穿插的方式进行讲解，着重介绍大气动力学理论在解释大气现象、指导天气分析和预报实践中的应用，这样才能加强学员对于知识点与实际案例相互之间联系和应用的认识。

    首先，对于动力气象学中每个概念的引入都从实际天气或气候的例子出发，通过这种由小案例而引入大概念的教学方式可以让学员对学习目的有个清晰的认识。此外，动力气象学中每一个定理都有相应的环流模型与之对应，如果将这些抽象的数学公式变成直观的图像，则更容易加深学员对于该定理的理解和应用。

    其次，在教学中可适当穿插介绍学科发展史和著名科学家（特别是我国学者）的贡献。比如成都信息工程大学的李国平教授编撰的《动力气象学发展、回顾与展望》就十分值得借鉴，这些知识内容能让学员感受、理解学科产生和发展的过程，了解学科的重要性，培养起学习兴趣。另外，根据教学内容让学员联系近期发生的重大天气事件，讲述一定的科研新进展，对于提升学员的学习兴趣和理论联系实际能力有一定的帮助。

    此外，在教学中加入了一节补充的大案例，案例的重点是介绍数值天气预报的历史及发展历程。通过此案例的讲授，引入了数值天气预报的概念、原理及流程等基本知识点，并与《动力气象学》教材第一章的内容有机融合起来，通过教学引导学员充分认识到大气运动方程组在数值天气预报中所起的重要作用。每一章所使用的具体案例如图3所示，从学员的课后反馈了解到，这种将实际案例融入到授课过程中的教学方式所起到的效果明显要好得多。

    3 翻转课堂式教学

    翻转课堂式教学是指学员在课前完成知识的学习，而课堂则变成教师学员间、学员与学员间互动的场所，包括答疑解惑、知识的运用等，从而达到更好的教学效果。目前全国许多高校均开始实践并推广翻转课堂式教学方法的应用，并取得了较好的成效，因此这不失为动力气象学教学方法创新的一种尝试，图4为该教学方式的基本思路。

    翻转课堂将传统教学形式中“先教后学”改为“先学后教”。在翻转课堂模式下，教师讲“课程传授”放到课外完成，而将“知识内化”作为课堂教学的重点，教师在课堂内组织学员协作完成对知识内容的“阐述、传授、尝试、评估、质疑、指导、互助”，从而使教学从传统的以教师为中心，转变为以学员为中心。

    以下以中国气象局气象干部培训学院编写的《动力气象学》教材第一章“作用于大气的力”“旋转坐标系中”两节作为主要内容，设计了一堂翻转课堂式教学课程。

    首先是课前学习部分。这是翻转课堂实施的重要阶段，教师需要为学员设计好学习任务清单。由于动力气象学第一章关于作用于大气的真实力和虚拟力这两部分内容在高中和大气科学专业基础课程中有所涉及，因此教师需要收集和整理相关学习材料，作为学员课前观看、阅读和学习的任务。这些学习材料包括：（1）高等数学微分基础的相关微课视频，以5—10分钟为宜;（2）教师梳理的高等数学微分基础的电子版相关知识点;（3）涉及作用于大气的力的相关微课视频，以5—10分钟为宜;（4）干部学院编写的《气象学》教材第六章“大气运动方程”小节纸质版书籍。除了学习相关材料的任务之外，学员还需要就所学习的内容提前梳理好疑难点，在规定时间内由小组长收集整理并反馈给教师，这些疑难点是教师课堂授课的关键。

    接下来是课堂学习部分。在课堂教学环节，教师针对学生产生的疑难点问题，采取合作交流、个性展示等方法，学生在团队协作中共同解决问题，整体思路是：梳理问题（教师提前完成）—解决问题（学员共同协作）—知识点整理—巩固强化，具体的实施过程如下表所示。

    翻转课堂式教学的效果是否显著取决于课堂上的互动，学员通过课外学习，教师在课外跟进了解学员的学习情况，从而能够提前了解学员的学习困难，在课堂上给予有效的辅导，学员之间的相互交流更有助于学员知识的吸收内化过程。

    最后是课后反馈部分，教师通过发送问卷调查表了解学员学习后的收获以及对本课程学习过程所提出不足之处与改进建议，教师自身也需要反思本课中的优缺点，制定优化措施。

    跟普通的课堂讲授式教学相比，翻转课堂式教学在教学方式和教学流程上做了调整，重点在于调动学员的学习主动性，弱化课堂学习方式的枯燥性，提高学员和参与性，增强学员和教师的互动性。

    跟研讨式教学相比，同样的“先学后教”，翻转课堂式教学对教师和学员提出更高的要求。课前，学员的相关学习材料由教师收集整理，这些材料包括视频、文档、PPT、音频和教材等，而研讨式教学课前学员的学习材料只有教材;课中，研讨教学仅仅将学员分为几个大组，分别对疑难问题研究讨论，而翻转课堂中，教师的教学方式不仅仅局限于小组研讨，更多地是以不同的方式調动学员的互动交流积极性，从而达到共同解决疑难问题的目的。

    4 结语

    “动力气象学”是大气科学专业基础知识培训班的主要课程之一，也是最难的一门课程，其教学效果对于学员提升大气科学知识素养起到了至关重要的作用。本文在综合高校经验丰富的教师教学经验基础上，引入了目前在成人教育、干部培训、远程教育中应用较为突出的方法，包括研讨式教学、案例式教学、翻转课堂式教学等，目的在于提升学员主动学习的积极性，提高学员吸收知识的能力，最终能获得较为出色的教学效果和教学质量。

    参考文献：

    [1]郭世昌，常有礼.“大气动力学基础”课程教学经验谈[J].高等理科教育，2009，2：112-114.

    [2]伍荣生.大气科学教学改革势在必行[J].中国大学教学，2002，1：19-20.

    [3]王文，蔡晓军，李栋梁.研究型教学模式在《动力气象学》中的应用[J].德育教育研究，2014，44：138-139.

    [4]聂清凯，杨佳木.论干部教育培训研讨式教学[J].中国浦东干部学院学报，2010，2：86-90.

    [5]相清平.干部教育培训论域中的研讨式教学论析[J].贵阳市委党校学报，2012，5（126）：58-61.

    [6]田燕.研究式教学在干部教育培训中的应用[J].气象软科学，2007，2：129-133.

    [7]小劳伦斯·E·列恩.公共管理案例教学指南[M].北京：中国人民大学出版社，2001，3.

    [8]刘伟.案例教学在县气象局长培训中的运用[J].气象软科学，2009，2：125-129.

    作者简介：柴波，男，气候系统与全球变化专业硕士，中国气象局气象干部培训学院四川分院工程师，研究方向：气象教育培训。