天氣學(xué)原理課程教學(xué)的思考

徐蜜蜜

摘要：指出了天氣學(xué)原理是氣象學(xué)專業(yè)重要的專業(yè)核心課程，其特點是公式多、理論性強。總結(jié)了該課程教學(xué)實踐中存在的問題，并針對這些問題從教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方式等方面提出了幾點改進建議，以期提高教學(xué)質(zhì)量，重點激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、創(chuàng)新意識和理論與實踐相聯(lián)系的能力。

關(guān)鍵詞：天氣學(xué)原理；教學(xué)體會；教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）17-0226-03

1 引言

天氣學(xué)原理是研究不同尺度的天氣系統(tǒng)和天氣現(xiàn)象發(fā)生發(fā)展及其變化的基本規(guī)律，并利用這些規(guī)律來預(yù)測未來天氣的學(xué)科。天氣學(xué)原理課程是南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)、大氣物理、海洋科學(xué)、大氣環(huán)境等專業(yè)本科生的重要專業(yè)主干課程之一，屬于氣象專業(yè)的核心課程。該課程側(cè)重于理論教學(xué)，主要介紹天氣學(xué)經(jīng)典理論，其內(nèi)容包括五章，依次為：大氣運動的基本特征、鋒面理論、氣旋與反氣旋、大氣環(huán)流概論以及天氣系統(tǒng)和天氣形勢的天氣學(xué)預(yù)報方法。課程的主要目的是使學(xué)生掌握天氣預(yù)報的基本原理、基本概念和基本分析方法，為今后從事業(yè)務(wù)與科研工作奠定必要的理論基礎(chǔ)。此外，天氣學(xué)原理也是學(xué)生在學(xué)習(xí)整個氣象學(xué)知識體系的過程中所接觸到的第一門專業(yè)課，是進一步學(xué)習(xí)后續(xù)氣象專業(yè)課程（如“動力氣象”、“中國天氣”、“數(shù)值天氣預(yù)報”、“典型天氣過程分析”、“天氣預(yù)報綜合實習(xí)”等）的基礎(chǔ)。南京信息工程大學(xué)享有“中國氣象人才搖籃”之美譽，其大氣科學(xué)學(xué)科一直在全國名列前茅，承擔著為全國科研院校和氣象、水文、海洋、環(huán)境等部門培養(yǎng)優(yōu)秀人才的重任。因此，天氣學(xué)原理課程教學(xué)質(zhì)量的高低將直接影響到學(xué)校特色專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。筆者將對于該課程教學(xué)實踐中存在的問題進行初步總結(jié)，并針對具體問題從教學(xué)方法、教學(xué)手段以及考核方式等方面提出改進建議。

2 存在的問題

2.1 學(xué)習(xí)目標不甚明確，有功利化傾向

按照教學(xué)計劃，該課程開展于大二下學(xué)期，處在此階段的高校學(xué)生大部分還未能完全擺脫傳統(tǒng)應(yīng)試教育的影響，表現(xiàn)在不能適應(yīng)主動學(xué)習(xí)、不具備積極探索求知的欲望和精神。盡管對于這門擁有較多學(xué)分的專業(yè)核心課程，學(xué)生能夠明確地知道其重要性并能以比較認真的態(tài)度進行學(xué)習(xí)，但是筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)他們當中大部分人的學(xué)習(xí)目標并不明確，并且由此產(chǎn)生了兩種錯誤傾向。一方面，“重結(jié)果，輕過程”、“重結(jié)論，輕方法”的想法相當普遍。對于所學(xué)的天氣學(xué)基本概念和理論，他們更愿意直接記住結(jié)果，而對于為什么要引入這些概念以及結(jié)論的推導(dǎo)過程興趣不大。一些同學(xué)以歷年考試題庫來指導(dǎo)學(xué)習(xí)，題目考到了哪些知識點就在教材和課件中找到對應(yīng)的地方學(xué)習(xí)，力圖在最短的時間內(nèi)拿高分，導(dǎo)致對知識的理解“碎片化”嚴重。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中嚴重依賴PPT課件，究其原因，是因為相對于教科書和老師的講授，課件對結(jié)論的展示更加簡練、直觀，為死記硬背打開了方便之門。另一方面，現(xiàn)今在臺站業(yè)務(wù)預(yù)報中數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛深入，這就使得部分同學(xué)認為天氣學(xué)方法已經(jīng)過時，學(xué)習(xí)興趣不高，甚至將大學(xué)當成了職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校。

2.2 “入門難”，學(xué)習(xí)過程中存在畏難情緒

天氣學(xué)是一門理論性較強的學(xué)科，需要學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程前有較扎實的數(shù)理功底和一定的空間思維能力。課程中公式較多，如第三章中用于描述溫帶氣旋理論的位勢傾向方程和ω方程，以及第五章中高空形式預(yù)報方程等，其推導(dǎo)過程十分繁雜，這讓不少同學(xué)感覺這門課難度大，自信心不高，學(xué)習(xí)自然沒有積極性。此外，該課程中存在著大量對天氣系統(tǒng)時空狀態(tài)的描述。任何一個天氣系統(tǒng)都是包含三維空間和時間序列的四維系統(tǒng)，如何理解四維氣象場的物理概念及其數(shù)學(xué)描述往往讓初學(xué)者很不適應(yīng)。有學(xué)生反映最困難的是剛開始接觸天氣學(xué)模型和一些專業(yè)術(shù)語（如變壓）時感覺發(fā)怵，不習(xí)慣將數(shù)學(xué)表達式和物理意義結(jié)合起來思考問題。然而經(jīng)過前兩章的訓(xùn)練，一旦習(xí)慣了天氣學(xué)的思維方式，發(fā)現(xiàn)自己突然進入狀態(tài)，就會感覺后面章節(jié)內(nèi)容的難度并不大。

2.3 理論知識在實踐中的應(yīng)用存在欠缺

從天氣學(xué)原理在今后業(yè)務(wù)工作中的重要性和教材內(nèi)容的編排來看，該課程應(yīng)該具有理論與實踐并重的特點[1]。然而在實際教學(xué)過程中，由于這門課程的理論性強、公式多、抽象難懂，學(xué)生對于基礎(chǔ)理論的理解大多局限于課本上，很難將理論概念和實際天氣分析應(yīng)用聯(lián)系起來。根據(jù)后續(xù)實踐課程（如“典型天氣過程分析”、“天氣預(yù)報綜合實習(xí)”）的老師反映，學(xué)生普遍出現(xiàn)無法將天氣學(xué)理論知識熟練運用于分析實際天氣過程的問題。例如，盡管在本課程第二章中詳細講解了鋒面的三維空間結(jié)構(gòu)，以及鋒面附近氣溫、氣壓、變壓、濕度和云系等各種氣象要素的分布特征，但是在實際天氣個例中，由于受鋒面兩側(cè)輻射條件不同、水汽條件不同以及垂直運動條件不同等諸多因素的共同影響，鋒面兩側(cè)氣象要素場的差異往往不如理論上那樣明顯，學(xué)生在確定地面天氣圖上鋒面位置的時候常常感覺無從下手。此外，對于高空等壓面圖的分析也存在由于槽線和切變線概念混淆不清從而造成濫分析和漏分析的情況[2]。《天氣學(xué)分析基礎(chǔ)》課程可以看成是《天氣學(xué)原理》的實習(xí)，按照目前的教學(xué)計劃，大氣物理、大氣環(huán)境和海洋科學(xué)專業(yè)這兩門課被分別安排在前后兩個學(xué)期進行，更容易造成理論和實踐脫鉤。

2.4 思維的批判性和創(chuàng)新性不足

現(xiàn)代教育理論表明，在課堂教學(xué)中無論采用何種教學(xué)手段和方法，若要使其內(nèi)容具有鮮活的生命力，就應(yīng)當保持批判性。因為只有當參與者持有批判心態(tài)時，他們才會更多地聽取別人的想法和觀點，并加以詢問和探究[3]。大學(xué)生對問題產(chǎn)生困惑并產(chǎn)生求解過程的強烈愿望是創(chuàng)造性教學(xué)的前提。然而筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生大多缺乏“問題意識”，一般不愿提問題也提不出什么問題，對所學(xué)內(nèi)容不加思索地全盤接受，不注重思考與質(zhì)疑，甚至在沒有理解透徹的情況下強行記憶，當然就更談不上銳意創(chuàng)新。這一方面是由于受傳統(tǒng)文化中“崇尚權(quán)威、反對懷疑”的負面影響，另一方面也與該課程主要采用單一的“講授法”教學(xué)，造成學(xué)生對知識的理解十分被動有很大的關(guān)系。

3 教學(xué)思考與建議

針對以上天氣學(xué)原理課程教學(xué)實踐中出現(xiàn)的問題，有以下幾點教學(xué)改革建議。

3.1 針對學(xué)習(xí)目標不明確的問題

很多情況下，學(xué)生學(xué)習(xí)不得法是由于他們對課程的目的和要求不明確造成的。現(xiàn)代教學(xué)觀認為教學(xué)過程是對學(xué)生知識體系構(gòu)建的過程，因此在第一節(jié)課時首先應(yīng)當介紹天氣學(xué)原理的知識體系和結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生理清各章節(jié)在整個知識體系中所占的地位和他們彼此之間的邏輯聯(lián)系，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更具系統(tǒng)性而不是孤立地學(xué)習(xí)各個知識點。在講授每一章新課之前應(yīng)先將本章重點和基本要求告知學(xué)生，以便于分清主次，有的放矢地進行學(xué)習(xí)。要讓學(xué)生認識到學(xué)習(xí)過程中眾多的分析、判斷、推導(dǎo)能有效地促進思維的活躍與發(fā)展，學(xué)習(xí)天氣學(xué)原理不僅要學(xué)習(xí)理論知識，更重要的是鍛煉天氣學(xué)思維能力。同時也要讓學(xué)生認識到大學(xué)教育提供的不僅是立竿見影的謀生技能，而更多的是建立在精英文化層面的知識和素質(zhì)。此外，現(xiàn)行的考核內(nèi)容主要是從題庫中抽題，期末考試占總評成績的70%以上，這也讓學(xué)生有機可乘，如平時不學(xué)習(xí)臨近考試時復(fù)印題庫死記硬背照樣能得高分。在此建議減少期末考試成績的比重，增加課堂問答、平時作業(yè)和期中成績的比重；在考試內(nèi)容上取消或減少名詞解釋題型的分值，更注重考核學(xué)生思維的靈活性和綜合運用知識的能力。

3.2 針對“入門難”的問題

建構(gòu)主義認為，學(xué)習(xí)不是把知識從外界搬到記憶中來，而是以學(xué)習(xí)者已有的知識經(jīng)驗為基礎(chǔ)，通過與外界的相互作用來建構(gòu)新的理解[3]。這就要求教師在備課時不僅要注重對天氣學(xué)原理知識點的條理性和順序性的編排，同時也要重視這門課程與流體力學(xué)、熱力學(xué)這些先修課程的聯(lián)系，在講授時可根據(jù)具體內(nèi)容對先導(dǎo)知識進行簡單的回顧，使新知識建立在學(xué)生已有知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)之上，以增強學(xué)習(xí)的踏實感。例如，在講解第一章連續(xù)方程之前，可先回顧一下流體力學(xué)中歐拉觀點和拉格朗日觀點的區(qū)別，再說明如何由這兩種觀點出發(fā)來理解大氣質(zhì)量守恒定律，以及推導(dǎo)出連續(xù)方程的兩種形式，并由此引出質(zhì)量通量散度的概念。其次，在教學(xué)手段上應(yīng)當使多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有機結(jié)合，既發(fā)揮多媒體生動形象、效率高的優(yōu)點又發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用。以溫帶氣旋發(fā)展理論為例，描述該理論的位勢傾向方程和ω方程的推導(dǎo)應(yīng)以板書形式給出，同時講明方程的前提假設(shè)以及需要用到哪些先前的知識點，以便使學(xué)生與老師的思維同步。而方程各項物理意義的討論、溫帶氣旋的生命史和方程在氣旋發(fā)展各階段的應(yīng)用則適合利用多媒體技術(shù)，變抽象為形象，通過圖片與動畫將立體的鋒面氣旋及其發(fā)生、發(fā)展和消亡的過程直觀地展現(xiàn)出來，幫助學(xué)生建立天氣系統(tǒng)的三維概念模型。

3.3 針對理論知識無法與實踐聯(lián)系的問題

針對此問題，可將案例教學(xué)法與多媒體教學(xué)手段相結(jié)合以提高學(xué)生學(xué)以致用的能力。案例教學(xué)法是根據(jù)教學(xué)目標和教學(xué)內(nèi)容的需要，通過設(shè)置一些具體案例引導(dǎo)學(xué)生參與分析、討論的教學(xué)方法，其目的之一就在于使學(xué)生理論聯(lián)系實際[4]。例如，在第二章講解鋒面理論時可充分利用網(wǎng)絡(luò)資源查找素材，首先，給出鋒的三度空間示意圖和不同類型鋒面的動畫展示，使學(xué)生對鋒的空間結(jié)構(gòu)及鋒面兩側(cè)氣團性質(zhì)的差異有鮮明地認識。然后，以一個具體的鋒面天氣過程為例，給出該個例的歷史天氣圖，包括經(jīng)預(yù)報員定好鋒線的地面圖和850hPa、700hPa、500hPa的高空圖。通過分組討論等方式引導(dǎo)學(xué)生對照高低空不同層次的溫壓場結(jié)構(gòu)，總結(jié)出實際天氣過程中高空鋒區(qū)與地面鋒線的對應(yīng)關(guān)系，以及如何通過等壓面上的冷暖平流確定鋒的類型。最后，進一步介紹綜合運用高空鋒區(qū)、地面圖上氣象要素特征和單站探空資料進行鋒面分析的方法。此外，為了縮短理論與實踐的距離，在此建議《天氣學(xué)原理》與《天氣分析基礎(chǔ)》同時開課，通過實習(xí)消化理論所包含的內(nèi)容。

3.4 針對創(chuàng)新性不足的問題

認識主義學(xué)習(xí)理論認為，學(xué)習(xí)是一個認識過程，掌握學(xué)習(xí)的過程比掌握學(xué)習(xí)的結(jié)果更重要[3]。體現(xiàn)在課本中的眾多概念、演繹和結(jié)論都是氣象先輩們的科研成果，不應(yīng)該要求學(xué)生死記在腦子里，而應(yīng)該要求學(xué)生參與到認識過程中去，所以學(xué)習(xí)應(yīng)該是積極主動地獲得智慧的過程。但是如今這門課普遍采用傳統(tǒng)“講授法”教學(xué)。“講授法”雖然能高效地傳遞信息，形成系統(tǒng)的知識體系，但也容易造成學(xué)生被動接受知識，不利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。因此有必要改進教學(xué)方法，明確學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師不獨占整個課堂時間。可根據(jù)具體章節(jié)內(nèi)容適時采用PBL教學(xué)法（Problem-Based Learning，又稱問題式學(xué)習(xí)[5]），實施啟發(fā)式教學(xué)。在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)問題情境，同時設(shè)計的問題要符合循序漸進的認識規(guī)律，側(cè)重于發(fā)展學(xué)生思維的靈活性，幫助學(xué)生從不同角度分析和理解問題，不墨守成規(guī)。

4 結(jié)語

《天氣學(xué)原理》作為氣象類專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)和核心課程，在學(xué)生整個學(xué)習(xí)生涯和今后業(yè)務(wù)、科研工作中占有舉足輕重的地位。因此，在實際教學(xué)過程中應(yīng)以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)。根據(jù)教學(xué)目標和內(nèi)容，教師要靈活運用多種教學(xué)方法和教學(xué)手段、改變考核方式，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，鍛煉他們的批判性思維和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。部分專業(yè)需要調(diào)整教學(xué)計劃，使實踐內(nèi)容與理論講解同步，以提高學(xué)生的應(yīng)用能力。

參考文獻：

[1]杜寧珠，王麗娟.“天氣學(xué)原理”教學(xué)中的體會與思考[J].江蘇科技信息，2016（35）：44～46.

[2]王黎娟.《天氣學(xué)分析》教學(xué)中的幾點體會與思考[J].科技信息，2009（31）：5.

[3]譚頂良.高等教育心理學(xué)[M].南京：河海大學(xué)出版社，2006.

[4]巴 力，司馬義.淺談案例教學(xué)法在《應(yīng)用氣象學(xué)方法》實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].學(xué)術(shù)交流，2013（9）：1.

[5]姚素香.PBL教學(xué)法在《天氣學(xué)分析》課程中的應(yīng)用[J].綠色科技，2016（9）：228～229.