PBL教學(xué)法在《天氣學(xué)原理》課程中的應(yīng)用

徐蜜蜜

摘要：本文針對(duì)氣象學(xué)專業(yè)核心課程《天氣學(xué)原理》教學(xué)實(shí)踐中存在的問題，分析了在本課程中使用PBL教學(xué)法（以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法）的必要性，并給出了PBL教學(xué)法在課程中的應(yīng)用實(shí)例。重在發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，以問題為核心鍛煉學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和批判性思維，以期提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：PBL教學(xué)法；教學(xué)實(shí)踐；天氣學(xué)原理

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）50-0182-02

一、引言

《天氣學(xué)原理》是南京信息工程大學(xué)氣象、海洋、環(huán)境專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，屬于專業(yè)核心課程，能夠?yàn)閷W(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)氣象類專業(yè)課以及今后業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)和科研工作奠定重要的理論基礎(chǔ)。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(yùn)動(dòng)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(shì)的天氣學(xué)預(yù)報(bào)方法。根據(jù)該課程在本校大氣科學(xué)專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)研，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)課程中重點(diǎn)和難點(diǎn)的掌握情況不佳，并且在實(shí)踐中運(yùn)用理論知識(shí)的能力欠缺[1]。教學(xué)方法是課堂教學(xué)的核心，也是聯(lián)系教師、學(xué)生和教學(xué)內(nèi)容三者的橋梁。因此，針對(duì)《天氣學(xué)原理》教學(xué)實(shí)踐中存在的問題，有必要對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行改革。如何采用更有效的教學(xué)方法以提高課堂教學(xué)質(zhì)量是教師需要深入思考的問題。

PBL（Problem-Based Learning，簡(jiǎn)稱PBL）教學(xué)法也稱作問題式學(xué)習(xí)，是指基于問題開展的教學(xué)活動(dòng)。最早起源于20世紀(jì)50年代的醫(yī)學(xué)教育，是基于現(xiàn)實(shí)世界的以學(xué)生為中心的教育方式[2]。PBL教學(xué)是在現(xiàn)代構(gòu)建主義理論下發(fā)展起來的教學(xué)觀，認(rèn)為教學(xué)的過程實(shí)際上是對(duì)學(xué)生知識(shí)體系的構(gòu)建過程。該教學(xué)方法的特點(diǎn)主要在于發(fā)展學(xué)生的思維能力，使學(xué)生更靈活地運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)來解決實(shí)際問題。研究表明，PBL教學(xué)能夠提高高校學(xué)生的專業(yè)應(yīng)用能力，已成為現(xiàn)階段高校教育改革的趨勢(shì)[3]。相比傳統(tǒng)的講授法，在《天氣學(xué)原理》課程中適時(shí)、適當(dāng)?shù)夭捎肞BL教學(xué)將發(fā)揮相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。本文將探討PBL教學(xué)法在該課程中的具體應(yīng)用情況及其優(yōu)勢(shì)。

二、《天氣學(xué)原理》課程中使用PBL教學(xué)法的必要性分析

現(xiàn)階段《天氣學(xué)原理》課程普遍采用講授法進(jìn)行教學(xué)。講授法是典型的“傳遞—接受式”教學(xué)方法，其優(yōu)點(diǎn)是能使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)接受大量的信息，有利于形成系統(tǒng)的知識(shí)體系；缺點(diǎn)是該方法以教師為主導(dǎo)，使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)被動(dòng)地接受大量知識(shí)，不利于學(xué)生對(duì)重、難點(diǎn)知識(shí)及時(shí)有效地掌握[4]。在該課程的實(shí)際教學(xué)過程中，學(xué)生普遍反映出以下兩方面的問題：一是由于課程的理論性強(qiáng)，公式相對(duì)較多，抽象難懂，學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解大多局限于課本上，很難將所學(xué)理論與實(shí)際天氣分析應(yīng)用聯(lián)系起來。例如，課程第二章詳細(xì)介紹了鋒面的三維空間結(jié)構(gòu)以及鋒面附近氣溫、氣壓、變壓等各種氣象要素場(chǎng)的分布特征。但是在實(shí)踐課《天氣學(xué)分析基礎(chǔ)》的課堂上，當(dāng)要求學(xué)生根據(jù)實(shí)際的高空和地面天氣圖確定鋒面位置時(shí)，發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生出現(xiàn)無從下手的情況。其次，由于在課堂教學(xué)中大量采用講授法進(jìn)行“滿堂灌”，學(xué)生已習(xí)慣于被動(dòng)地接受知識(shí)，對(duì)所學(xué)內(nèi)容不假思索地全盤接受，不注重思考與質(zhì)疑，大多數(shù)學(xué)生思維的靈活性和批判性嚴(yán)重不足。而PBL教學(xué)法著眼于學(xué)生思維能力的鍛煉，能夠促使學(xué)生主動(dòng)、靈活地運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)解決問題，相比于傳統(tǒng)講授法更能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)目標(biāo)。

三、PBL教學(xué)法在《天氣學(xué)原理》課程中的應(yīng)用

PBL教學(xué)法的核心在于創(chuàng)設(shè)有價(jià)值的問題情境。實(shí)施PBL教學(xué)對(duì)教師提出了更高的要求。現(xiàn)代構(gòu)建主義學(xué)習(xí)觀認(rèn)為，學(xué)習(xí)不是把知識(shí)從外界搬到記憶中來，而是以學(xué)習(xí)者已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過與外界的相互作用來建構(gòu)新的理解[5]。所以教師在設(shè)計(jì)問題時(shí)不僅要熟悉教材的結(jié)構(gòu)，了解各知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，而且還要充分了解學(xué)生已有的認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使新的學(xué)習(xí)內(nèi)容建筑在已有知識(shí)的基礎(chǔ)之上。同時(shí)，設(shè)計(jì)的問題還要滿足以下要求：首先，問題要與教學(xué)目標(biāo)緊密聯(lián)系，能夠有效涵蓋教學(xué)內(nèi)容的重、難點(diǎn)知識(shí)；其次，問題要小而具體，表述清晰，富有啟發(fā)性。

這里以鋒面和熱成風(fēng)為例介紹PBL教學(xué)法的應(yīng)用。鋒面理論是天氣學(xué)中最經(jīng)典的概念，也是《天氣學(xué)原理》的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。在介紹完鋒面的基本概念之后，首先提問：為什么要分析鋒面？同時(shí)給出距上課時(shí)間最近一次鋒面天氣過程的地面圖（可從中央氣象臺(tái)網(wǎng)址下載到經(jīng)預(yù)報(bào)員定好鋒線的天氣圖），引導(dǎo)學(xué)生將此次過程的天氣現(xiàn)象與鋒的移動(dòng)和發(fā)展聯(lián)系起來，從而認(rèn)識(shí)到鋒面是中緯度很重要的天氣系統(tǒng)，也是日常天氣預(yù)報(bào)的重要分析內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)此內(nèi)容的重視。實(shí)踐表明，選取實(shí)時(shí)或近期的天氣過程來講解可以使學(xué)生的代入感增強(qiáng)，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。之后充分利用多媒體教學(xué)手段，以圖片和動(dòng)畫等方式生動(dòng)形象地介紹鋒的三維空間結(jié)構(gòu)、鋒面坡度和鋒的類型。第3節(jié)鋒面附近氣象要素場(chǎng)的分布特征是本章最難的部分，其內(nèi)容包含大量的公式推導(dǎo)，但結(jié)論卻較簡(jiǎn)單明確，用一兩句話即可描述每種要素場(chǎng)的特點(diǎn)。因此，可找一個(gè)各要素分布都很典型的鋒面天氣圖，讓學(xué)生根據(jù)天氣圖上的氣象記錄思考冷鋒、暖鋒兩側(cè)氣溫、氣壓、風(fēng)、露點(diǎn)和變壓有什么差別？為什么會(huì)有這些差別？學(xué)生根據(jù)前2節(jié)的內(nèi)容可分析出導(dǎo)致氣溫和露點(diǎn)差異的原因，注意在此過程中引導(dǎo)學(xué)生將高空?qǐng)D上等溫線密集帶與地面鋒線的位置和走向聯(lián)系起來，以及將高空鋒區(qū)中冷暖平流與鋒的類型相聯(lián)系。而氣壓、風(fēng)場(chǎng)、變壓的內(nèi)容則需要通過示意圖和板書推導(dǎo)相結(jié)合進(jìn)行原理分析，加深對(duì)結(jié)論的理解。實(shí)際天氣過程中受局地諸多因素的影響，地面圖上鋒線兩側(cè)氣象要素的差異往往不如理論上那樣明顯（可用第一次提問時(shí)的地面天氣圖舉例）。如理論上冷鋒后的氣溫應(yīng)明顯低于鋒前，但有時(shí)圖上鋒線兩側(cè)的溫差并不大，甚至可能出現(xiàn)冷鋒后的溫度反而更高的情況。這時(shí)結(jié)合第一章學(xué)過的熱流量方程讓學(xué)生思考出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能有哪些？通過分析討論認(rèn)識(shí)到影響局地溫度變化的因子除了冷暖平流以外，還有非絕熱加熱或冷卻、大氣穩(wěn)定度等。這些因素都會(huì)影響鋒面兩側(cè)氣溫的分布。endprint

針對(duì)創(chuàng)新性不足的問題，同樣可以用PBL教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生從不同角度思考問題。例如，第一章熱成風(fēng)部分教材上得出結(jié)論：熱成風(fēng)的性質(zhì)為“背風(fēng)而立，高溫在右”。其與溫度平流的關(guān)系為：地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度逆轉(zhuǎn)，此氣層有冷平流；地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，此氣層有暖平流。這里很容易讓人誤解為由于風(fēng)向的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致了冷暖平流，但實(shí)際上是冷（暖）平流引起風(fēng)向逆（順）轉(zhuǎn)。此處可結(jié)合示意圖和熱成風(fēng)的定義讓學(xué)生思考兩者的因果關(guān)系，然后進(jìn)一步提問：上述結(jié)論在南半球也成立嗎？為什么？引導(dǎo)學(xué)生從熱成風(fēng)的成因、表達(dá)式和物理意義幾方面進(jìn)行思考。雖然教材上沒有說明，但通過分析可以得出南半球應(yīng)有“背風(fēng)而立，高溫在左”的結(jié)論，風(fēng)的旋轉(zhuǎn)方向與冷暖平流的關(guān)系也與北半球相反。通過提問引導(dǎo)學(xué)生去解決問題，使他們?cè)诮鉀Q問題的過程中既能更深刻地理解熱成風(fēng)的概念，也能培養(yǎng)其批判性思維。

四、結(jié)語

《天氣學(xué)原理》作為氣象類專業(yè)必修的基礎(chǔ)核心課程，對(duì)于后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)有重要意義，同時(shí)也是本科生畢業(yè)后走上預(yù)報(bào)崗位的基礎(chǔ)。該課程教學(xué)過程中普遍存在理論與天氣分析實(shí)踐不能有效結(jié)合，以及學(xué)生思維創(chuàng)新性不足的問題。針對(duì)以上問題，提出了在課堂教學(xué)中應(yīng)充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，通過采用PBL教學(xué)法激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生在解決問題的過程中將理論知識(shí)與實(shí)踐運(yùn)用相聯(lián)系，并發(fā)展學(xué)生思維的靈活性和批判性。

參考文獻(xiàn)：

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Abstract：This study introduces the PBL（Problem-Based Learning） teaching method into the "Principle of Synoptic Meteorology"，which is a professional major course of meteorology. To solve the problems in the teaching process，the necessity of adopting PBL method has been analyzed and several examples of this method has been presented，with the emphasis on the leading role of teachers and the learning mood which is based on tasks to practice the application and critical thinking still of the students.

Key words：PBL teaching method；teaching practice；principle of synoptic meteorologyendprint