理論與實踐一體化教學模式在普通氣象學課程中的應用

金賽花 尤偉 丁菊麗 盧偉 陳超輝

[摘 要]普通氣象學課程是氣象海洋類專業學生的基礎理論核心課程。課程教學團隊在多年教學經驗的基礎上，探索了理論與實踐一體化教學模式。在實際教學過程中，重點聚焦一體化教學內容的設計、課堂的具體教學實施、課程考核模式的改革等方面。實踐表明，一體化教學模式符合學情，有利于激發學生的學習興趣，教學效果提升明顯。

[關鍵詞]理論與實踐;一體化;普通氣象學

[基金項目]2018年國防科技大學校級教育教學研究課題“士官《普通氣象學》課程理論與實踐一體化教學模式探討”（U2018037）

[作者簡介]金賽花（1983—），女，江蘇啟東人，工學碩士，國防科技大學氣象海洋學院講師，主要從事大氣物理學與大氣環境研究。

[中圖分類號] P403[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）46-0-03[收稿日期] 2020-09-25

理論與實踐一體化教學是從德國“雙元制”職業教育模式逐步轉化而來的。雙元制教育模式是理論和實踐的深度結合，在這種模式下培養的學生，既可學習到理論知識，又有能力順利對接相應企業[1]。這種理念應用到我國的高校課堂就是理論與實踐一體化教學模式，它是將理論知識與技能訓練（實踐）有機結合到一體的一種教學模式[2]。在教學過程中，教師負責理論的講解和實踐方面的指導，倡導以學生為中心和主體，學生邊做（實踐）邊學完成某個教學目標或教學任務。這種教學模式既能激發學生的學習興趣，讓課堂變得生動起來，還能夠突出學生應用能力的培養和專業技能的訓練，讓學生在實踐中進一步理解、消化和吸收專業理論知識[3]。如今這種一體化教學模式受到職業院校、本科院校的青睞。一些工程技術類、電子技術類、通信類專業課程實施一體化教學后，取得了較好的教學效果[4-7]。深入探索研究一體化教學模式在專業課程中的應用，對于提高教學質量和夯實崗位任職基礎具有重要意義。

一、普通氣象學一體化模式的提出背景

普通氣象學課程是為我院氣象及海洋類專業大專班學生開設的基礎理論核心課程。該專業兼具學歷教育和職業技術教育的特點。學生主要來自基層，已經脫離課堂兩年或兩年以上。該課程是人才培養方案中設定的首門氣象專業基礎課程，其內容主要包括大氣科學中各分支的基礎理論，理論覆蓋面廣，涉及知識點多，學好本門課程能為后續的專業課學習及將來的任職奠定扎實的理論基礎。根據多年課堂一線教學發現，該專業的學生動手實踐積極性高，但對于純理論學習興趣不高。同學對基礎原理、基本方程等覺得枯燥、晦澀難懂，也很難將這些理論和今后的專業任職真正聯系起來，學生學習起來有點迷茫，運用傳統的理論教學模式進行授課效果欠佳。為了提高教學質量，教研組針對這門課程一直進行改革[8]，不斷嘗試更加適合學情的教學模式。經過多方調研、文獻查閱、試講論證等，教學團隊提出將理論與實踐一體化教學模式應用到普通氣象學的課堂教學中，期望通過這種教學模式讓學生在課堂上實施學與做的有機結合，在做中學、在學中做，讓理論知識“形象化”，激發學生的學習興趣，提高學習效率，打牢專業基礎。同時希望通過一體化教學讓學生在今后的工作實踐中能聯系理論支撐，使專業基礎學習具有獲得感與成就感。

二、一體化教學模式的具體應用

如何將一體化教學模式正確應用到理論性強的課程中去，這是普通氣象學課程一體化教學模式研究的重點與難點。作為一門專業基礎理論課程，普通氣象學的知識體系較為龐大，主要涉及大氣概述、大氣輻射基礎、大氣動力學基礎、大氣熱力學基礎、云降水物理學基礎、大氣聲光電等內容。是否所有的內容都適合一體化教學，怎樣篩選合適的內容進行一體化教學，這些都是課程教學團隊思考的核心問題。鑒于該課程知識點偏多，綜合考慮學生將來的任職方向以及實踐內容的可操作性等因素，先著手將本課程中約60%的教學內容設置實踐環節，在課堂上采取理論與實踐一體化模式進行教學。教學團隊主要在一體化實踐項目的設計、一體化教學模式的課堂實施以及課程考核模式的創新等方面進行探索實踐。

（一）一體化實踐項目設計

實踐項目的設計論證在課程開課之前完成。根據課程重難點及一體化教學的可行性，主要規劃了四大實踐模塊，分別為主要氣象要素模塊、輻射模塊、熱力學模塊和綜合實習模塊。這四個模塊覆蓋了大氣概述章節、大氣輻射基礎章節、大氣熱力學基礎章節和大氣動力學基礎章節。每個模塊中包含了章節絕大部分的重難點內容，每個模塊又細分為不同的實踐（實習）項目。例如在主要氣象要素模塊中，設計了大氣濕度、地面風的觀測、氣象要素的自動觀測與分析等實踐項目;輻射模塊設計了散射的分類、輻射觀測、輻射數據分析等項目。在開課前，每個實踐項目所用到的儀器（設備）、教具等都給予充分的保障。教學團隊精心打磨設計每一節一體化課堂的教學方案。教師在課前會準備好每一個實踐項目的指導手冊或預習資料，讓學生在課前對本項目的教學內容、教學目標及其難易程度等有初步的了解，為真正的課堂教學做準備。

（二）一體化教學的課堂實施

不同的教學內容匹配不同的實踐方式。普通氣象學的實踐項目設計了人工觀測、自動觀測、軟件模擬和作圖分析四大類。在課堂上，根據不同的實踐類型，一體化教學的具體實施手段也不同。

1.人工觀測類。大氣濕度、地面風等的觀測屬于這一類。比如在教學大氣濕度這一節內容時，摒棄了老師講，學生聽的傳統做法。課堂上融入了人工觀測大氣濕度實驗，通過利用阿斯曼通風干濕球計測量大氣中的濕度。教師可通過這一實驗來引出和大氣濕度關聯的一系列概念及計算公式。在教學過程中教師先引導學生了解儀器、使用儀器，這樣學生可以輕松掌握儀器的工作原理、操作規范、注意事項等。學生在了解原理的基礎上進行分組實踐，獨立觀測空氣中的濕度（相對濕度），計算觀測數據，并求算其他相關參量。相比于傳統的課堂，一體化課堂的教學內容更豐富，學生需要動手做的更多，同伴之間的合作和交流更多。老師對一些概念不是停留在定義和性質上的講解，學生對概念也有“形象化”的認知，比如可直觀了解濕球溫度、飽和水汽壓的概念，同時可對露點溫度、水汽壓的概念作很好地區分，不易混淆。通過后續的參量計算，如計算比濕、水汽密度、虛溫等參量，加深了各個濕度參量之間的聯系。課堂上還會留有時間進行小組間交流，進一步鞏固教學目標。這樣的一體化課堂能把學、做、算、交流結合在一起，學生既能實測數據，又對理論知識印象深刻，教學效果好。

2.自動觀測類。我國現代氣象觀測已全面推行自動化，為了貼近實際任職需要，設計了主要氣象要素自動觀測與分析、輻射觀測與分析等實踐項目。課堂上，學生在教師的指導下熟悉儀器（自動氣象站等）觀測原理、熟悉操作軟件、正確獲取觀測數據，并進行數據處理與結果分析。學生在整個過程中尤其是儀器工作原理的悉知和實際數據讀取與分析過程中，能加深對理論知識的理解和掌握。比如分析輻射特征量時，通過儀器測量原理的掌握可以較好地理解各種輻射特征量的含義;通過自動測量數據的分析驗證，可以很好地理解總輻射的組成;通過與其他要素參量的相關分析，可以討論影響各種輻射值變化的基本因素。在分析氣象要素隨時間變化時，可以利用自動觀測到的連續數據讓學生自行分析。學生們可以給出個性分析報告，進行同組交流、組間交流。這類的一體化教學模式下能夠很好地培養學生的邏輯思維和綜合分析能力。實踐表明，這種類型的實踐模式非常受學生的歡迎，學習交流氛圍濃厚。

3.軟件模擬類。在氣象類實踐中，適當運用一些軟件模擬大氣中的過程和現象，既直觀又可節約經濟成本，還可以重復操作。大氣中光學現象的演示可以采用這種模擬操作。比如在輻射章節講解有關大氣散射分類的知識點時，在一體化課堂可借助單個粒子散射模擬軟件，對大氣散射類型進行分類展示。學生在熟悉軟件界面的基礎上，可以自行調節參數，得到圖像和相關數據，即可直觀地看到三維視圖、剖面視圖和統計圖表等。這樣學生能對不同散射（如瑞利散射、米散射）的圖像表現和特性記憶深刻，重點內容掌握扎實;對一些抽象的概念如尺度參數、散射效率因子等能夠理解正確;對大氣中常見的散射能夠做到正確區分類型。相比傳統的純講授型課堂，加入模擬軟件的一體化課堂更能讓學生對抽象的知識舉一反三、認識深刻。從學生課后整理的報告反饋可以看出，他們不僅能夠掌握知識，還能正確分析實際任職中遇到的問題，這是一個重要的突破。

4.作圖分析類。繪圖一直是氣象中常用的分析方法。比如熱力學圖解一直是分析熱力學過程和大氣穩定度最重要的手段之一。在講解熱力學章節時，緊密結合圖解進行教學，重要的概念、過程都與圖解結合起來。在熱力學圖中，每一根線條代表不同的過程，都有其物理意義，課堂上教師引導學生一起分析圖，指導學生根據不同的過程獨立作圖，鼓勵學生利用圖解分析大氣中不同的熱力過程，給學生提供相互交流的平臺。通過這種學與做的同步進行、理論知識和實踐操作的高度融合，能讓學生將熱力學知識與圖一一對應起來，不再是死記硬背一些概念，而是將作圖原理、基本圖形與理論過程相互對應，自然地印刻在腦海里。比如在分析焚風效應時，教學目標是通過圖解熟練分析一次焚風實例。這是對前面干絕熱過程、濕絕熱過程和假絕熱過程的綜合應用。在課堂上采取邊分析過程邊作圖的模式，大部分同學積極動手，積極提問、交流，在圖紙上能思路清晰地正確描述并做出每一個過程，最終得到焚風過程中各個物理量的變化值，同時也理解了焚風“干而暖”特性的真正含義。這和之前的先理論后作圖模式相比，課堂效果提高明顯。在用不穩定能量分析厚氣層的穩定度時，圖解也是一種好方法。分析氣層中不穩定能量時，以往用一連串的公式容易打擊學生的信心，現在從講解概念時就結合圖解，將公式中的字母和符號轉化成圖上的線條和面積，降低了物理概念理解的難度，同時能直接判斷能量的大小。學生在對知識充分理解的基礎上，才能思考提問，對知識進行拓展和深入。利用圖解化繁為簡，學習效果較好。在熱力學和穩定度分析的課堂上，學生勤學好問，師生高質量互動。

（三）一體化教學的考核模式

一體化教學的最終成績不再是期末卷面考試成績占主體，而是將過程性的考核成績占比提高。一體化教學實施過程中的形成性考核成績占課程總成績50%以上。與傳統的理論考核不同，形成性的考核主要在平時。每次實踐，教師會對每一組、每一位成員進行綜合評定。這部分成績綜合了學生平時在課堂上的所做所學，即課堂學習態度、實踐操作的參與度和正確率，課堂交流情況、課后實踐報告完成情況、相應的理論知識掌握程度等。形成性考核的評定項目較多，既包含了對知識掌握程度的評價，又注重能力的考核，這就對教師制定評分標準提出了新的要求。目前形成性考核中各項評分細化至相應的等級，根據各項等級再進行綜合評價，給出最后得分。

三、總結與思考

一體化教學在普通氣象學中的應用主要體現在一體化實踐項目的設計、課堂一體化教學手段的具體實施、課程考核模式的轉變等方面。經過具體的教學實踐發現，在一體化的教學課堂，學生的學習積極性明顯提高，師生之間的互動增多，課堂學習氛圍好，教學效果較傳統課堂明顯提升。在這種教學模式下學生不僅鍛煉了動手操作和分析能力，而且在實踐中學知識，為實踐找到理論支撐，做到了理論與實踐的有機結合，不僅掌握基礎理論知識，又將理論知識指導實踐，服務于崗位任職。

行之有效的教學方法和教學模式要和教學對象、教學內容緊密相連，沒有放之四海而皆準的教法。在普通氣象學課程理論與實踐一體化教學模式的提出、準備、逐步推進實施的過程中，教師和學生都面臨著極大的挑戰。首先對教師尤其專業基礎課程老師提出了更高的要求。針對基礎課程設計什么樣的實踐項目，才能滿足一體化理念的需求，這是實施一體化教學的基礎與核心;在課堂上如何緊扣理論與實際的關聯點進行一體化教學，這是課堂教學的難點與重點;合理的課堂評價機制也是一體化教學中的重要組成部分，評分細則該如何制定，都需要教師費盡心思去解決。對于學生來說，學習不再只是聽教師講，而是自己真正當學習的主人，參與到實踐項目中去，動手動腦缺一不可，學習變得更加靈活與實用。在一體化教學應用過程中，還有很多工作需要做，上述問題還需要進一步深入研究，具體的教學內容和方法需要與時俱進，要不斷地反饋更新，才能形成良好的循環。

參考文獻

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[8]金賽花，張瑜，王桂玲.目標教學法在普通氣象學課程中的應用[J].教育教學論壇，2016（26）：191-192.

Abstract： General Meteorology is a basic theoretical core course for students majoring in meteorology and oceanography. Based on many years of teaching experiences， the course teaching team explores the integrated teaching model of theory and practice for General Meteorology course. In the actual teaching process， we focus on the design of integrated teaching content， the implementation of classroom teaching， the reform of course assessment model and so on. Teaching practice shows that the integrated teaching model accords with the learning situation and is helpful to stimulate students' interest in learning， and the teaching effect has been significantly improved.

Key words： theory and practice： integration： General Meteorology