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理论与实践一体化教学模式在普通气象学课程中的应用

  • 教育论文
  • 2021-06-08

金赛花 尤伟 丁菊丽 卢伟 陈超辉

[摘 要]普通气象学课程是气象海洋类专业学生的基础理论核心课程。课程教学团队在多年教学经验的基础上,探索了理论与实践一体化教学模式。在实际教学过程中,重点聚焦一体化教学内容的设计、课堂的具体教学实施、课程考核模式的改革等方面。实践表明,一体化教学模式符合学情,有利于激发学生的学习兴趣,教学效果提升明显。

[关键词]理论与实践;一体化;普通气象学

[基金项目]2018年国防科技大学校级教育教学研究课题“士官《普通气象学》课程理论与实践一体化教学模式探讨”(U2018037)

[作者简介]金赛花(1983—),女,江苏启东人,工学硕士,国防科技大学气象海洋学院讲师,主要从事大气物理学与大气环境研究。

[中图分类号] P403[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324(2020)46-0-03[收稿日期] 2020-09-25

理论与实践一体化教学是从德国“双元制”职业教育模式逐步转化而来的。双元制教育模式是理论和实践的深度结合,在这种模式下培养的学生,既可学习到理论知识,又有能力顺利对接相应企业[1]。这种理念应用到我国的高校课堂就是理论与实践一体化教学模式,它是将理论知识与技能训练(实践)有机结合到一体的一种教学模式[2]。在教学过程中,教师负责理论的讲解和实践方面的指导,倡导以学生为中心和主体,学生边做(实践)边学完成某个教学目标或教学任务。这种教学模式既能激发学生的学习兴趣,让课堂变得生动起来,还能够突出学生应用能力的培养和专业技能的训练,让学生在实践中进一步理解、消化和吸收专业理论知识[3]。如今这种一体化教学模式受到职业院校、本科院校的青睐。一些工程技术类、电子技术类、通信类专业课程实施一体化教学后,取得了较好的教学效果[4-7]。深入探索研究一体化教学模式在专业课程中的应用,对于提高教学质量和夯实岗位任职基础具有重要意义。

一、普通气象学一体化模式的提出背景

普通气象学课程是为我院气象及海洋类专业大专班学生开设的基础理论核心课程。该专业兼具学历教育和职业技术教育的特点。学生主要来自基层,已经脱离课堂两年或两年以上。该课程是人才培養方案中设定的首门气象专业基础课程,其内容主要包括大气科学中各分支的基础理论,理论覆盖面广,涉及知识点多,学好本门课程能为后续的专业课学习及将来的任职奠定扎实的理论基础。根据多年课堂一线教学发现,该专业的学生动手实践积极性高,但对于纯理论学习兴趣不高。同学对基础原理、基本方程等觉得枯燥、晦涩难懂,也很难将这些理论和今后的专业任职真正联系起来,学生学习起来有点迷茫,运用传统的理论教学模式进行授课效果欠佳。为了提高教学质量,教研组针对这门课程一直进行改革[8],不断尝试更加适合学情的教学模式。经过多方调研、文献查阅、试讲论证等,教学团队提出将理论与实践一体化教学模式应用到普通气象学的课堂教学中,期望通过这种教学模式让学生在课堂上实施学与做的有机结合,在做中学、在学中做,让理论知识“形象化”,激发学生的学习兴趣,提高学习效率,打牢专业基础。同时希望通过一体化教学让学生在今后的工作实践中能联系理论支撑,使专业基础学习具有获得感与成就感。

二、一体化教学模式的具体应用

如何将一体化教学模式正确应用到理论性强的课程中去,这是普通气象学课程一体化教学模式研究的重点与难点。作为一门专业基础理论课程,普通气象学的知识体系较为庞大,主要涉及大气概述、大气辐射基础、大气动力学基础、大气热力学基础、云降水物理学基础、大气声光电等内容。是否所有的内容都适合一体化教学,怎样筛选合适的内容进行一体化教学,这些都是课程教学团队思考的核心问题。鉴于该课程知识点偏多,综合考虑学生将来的任职方向以及实践内容的可操作性等因素,先着手将本课程中约60%的教学内容设置实践环节,在课堂上采取理论与实践一体化模式进行教学。教学团队主要在一体化实践项目的设计、一体化教学模式的课堂实施以及课程考核模式的创新等方面进行探索实践。

(一)一体化实践项目设计

实践项目的设计论证在课程开课之前完成。根据课程重难点及一体化教学的可行性,主要规划了四大实践模块,分别为主要气象要素模块、辐射模块、热力学模块和综合实习模块。这四个模块覆盖了大气概述章节、大气辐射基础章节、大气热力学基础章节和大气动力学基础章节。每个模块中包含了章节绝大部分的重难点内容,每个模块又细分为不同的实践(实习)项目。例如在主要气象要素模块中,设计了大气湿度、地面风的观测、气象要素的自动观测与分析等实践项目;辐射模块设计了散射的分类、辐射观测、辐射数据分析等项目。在开课前,每个实践项目所用到的仪器(设备)、教具等都给予充分的保障。教学团队精心打磨设计每一节一体化课堂的教学方案。教师在课前会准备好每一个实践项目的指导手册或预习资料,让学生在课前对本项目的教学内容、教学目标及其难易程度等有初步的了解,为真正的课堂教学做准备。

(二)一体化教学的课堂实施

不同的教学内容匹配不同的实践方式。普通气象学的实践项目设计了人工观测、自动观测、软件模拟和作图分析四大类。在课堂上,根据不同的实践类型,一体化教学的具体实施手段也不同。

1.人工观测类。大气湿度、地面风等的观测属于这一类。比如在教学大气湿度这一节内容时,摒弃了老师讲,学生听的传统做法。课堂上融入了人工观测大气湿度实验,通过利用阿斯曼通风干湿球计测量大气中的湿度。教师可通过这一实验来引出和大气湿度关联的一系列概念及计算公式。在教学过程中教师先引导学生了解仪器、使用仪器,这样学生可以轻松掌握仪器的工作原理、操作规范、注意事项等。学生在了解原理的基础上进行分组实践,独立观测空气中的湿度(相对湿度),计算观测数据,并求算其他相关参量。相比于传统的课堂,一体化课堂的教学内容更丰富,学生需要动手做的更多,同伴之间的合作和交流更多。老师对一些概念不是停留在定义和性质上的讲解,学生对概念也有“形象化”的认知,比如可直观了解湿球温度、饱和水汽压的概念,同时可对露点温度、水汽压的概念作很好地区分,不易混淆。通过后续的参量计算,如计算比湿、水汽密度、虚温等参量,加深了各个湿度参量之间的联系。课堂上还会留有时间进行小组间交流,进一步巩固教学目标。这样的一体化课堂能把学、做、算、交流结合在一起,学生既能实测数据,又对理论知识印象深刻,教学效果好。

2.自动观测类。我国现代气象观测已全面推行自动化,为了贴近实际任职需要,设计了主要气象要素自动观测与分析、辐射观测与分析等实践项目。课堂上,学生在教师的指导下熟悉仪器(自动气象站等)观测原理、熟悉操作软件、正确获取观测数据,并进行数据处理与结果分析。学生在整个过程中尤其是仪器工作原理的悉知和实际数据读取与分析过程中,能加深对理论知识的理解和掌握。比如分析辐射特征量时,通过仪器测量原理的掌握可以较好地理解各种辐射特征量的含义;通过自动测量数据的分析验证,可以很好地理解总辐射的组成;通过与其他要素参量的相关分析,可以讨论影响各种辐射值变化的基本因素。在分析气象要素随时间变化时,可以利用自动观测到的连续数据让学生自行分析。学生们可以给出个性分析报告,进行同组交流、组间交流。这类的一体化教学模式下能够很好地培养学生的逻辑思维和综合分析能力。实践表明,这种类型的实践模式非常受学生的欢迎,学习交流氛围浓厚。

3.软件模拟类。在气象类实践中,适当运用一些软件模拟大气中的过程和现象,既直观又可节约经济成本,还可以重复操作。大气中光学现象的演示可以采用这种模拟操作。比如在辐射章节讲解有关大气散射分类的知识点时,在一体化课堂可借助单个粒子散射模拟软件,对大气散射类型进行分类展示。学生在熟悉软件界面的基础上,可以自行调节参数,得到图像和相关数据,即可直观地看到三维视图、剖面视图和统计图表等。这样学生能对不同散射(如瑞利散射、米散射)的图像表现和特性记忆深刻,重点内容掌握扎实;对一些抽象的概念如尺度参数、散射效率因子等能够理解正确;对大气中常见的散射能够做到正确区分类型。相比传统的纯讲授型课堂,加入模拟软件的一体化课堂更能让学生对抽象的知识举一反三、认识深刻。从学生课后整理的报告反馈可以看出,他们不仅能够掌握知识,还能正确分析实际任职中遇到的问题,这是一个重要的突破。

4.作图分析类。绘图一直是气象中常用的分析方法。比如热力学图解一直是分析热力学过程和大气稳定度最重要的手段之一。在讲解热力学章节时,紧密结合图解进行教学,重要的概念、过程都与图解结合起来。在热力学图中,每一根线条代表不同的过程,都有其物理意义,课堂上教师引导学生一起分析图,指导学生根据不同的过程独立作图,鼓励学生利用图解分析大气中不同的热力过程,给学生提供相互交流的平台。通过这种学与做的同步进行、理论知识和实践操作的高度融合,能让学生将热力学知识与图一一对应起来,不再是死记硬背一些概念,而是将作图原理、基本图形与理论过程相互对应,自然地印刻在脑海里。比如在分析焚风效应时,教学目标是通过图解熟练分析一次焚风实例。这是对前面干绝热过程、湿绝热过程和假绝热过程的综合应用。在课堂上采取边分析过程边作图的模式,大部分同学积极动手,积极提问、交流,在图纸上能思路清晰地正确描述并做出每一个过程,最终得到焚风过程中各个物理量的变化值,同时也理解了焚风“干而暖”特性的真正含义。这和之前的先理论后作图模式相比,课堂效果提高明显。在用不稳定能量分析厚气层的稳定度时,图解也是一种好方法。分析气层中不稳定能量时,以往用一连串的公式容易打击学生的信心,现在从讲解概念时就结合图解,将公式中的字母和符号转化成图上的线条和面积,降低了物理概念理解的难度,同时能直接判断能量的大小。学生在对知识充分理解的基础上,才能思考提问,对知识进行拓展和深入。利用图解化繁为简,学习效果较好。在热力学和稳定度分析的课堂上,学生勤学好问,师生高质量互动。

(三)一体化教学的考核模式

一体化教学的最终成绩不再是期末卷面考试成绩占主体,而是将过程性的考核成绩占比提高。一体化教学实施过程中的形成性考核成绩占课程总成绩50%以上。与传统的理论考核不同,形成性的考核主要在平时。每次实践,教师会对每一组、每一位成员进行综合评定。这部分成绩综合了学生平时在课堂上的所做所学,即课堂学习态度、实践操作的参与度和正确率,课堂交流情况、课后实践报告完成情况、相应的理论知识掌握程度等。形成性考核的评定项目较多,既包含了对知识掌握程度的评价,又注重能力的考核,这就对教师制定评分标准提出了新的要求。目前形成性考核中各项评分细化至相应的等级,根据各项等級再进行综合评价,给出最后得分。

三、总结与思考

一体化教学在普通气象学中的应用主要体现在一体化实践项目的设计、课堂一体化教学手段的具体实施、课程考核模式的转变等方面。经过具体的教学实践发现,在一体化的教学课堂,学生的学习积极性明显提高,师生之间的互动增多,课堂学习氛围好,教学效果较传统课堂明显提升。在这种教学模式下学生不仅锻炼了动手操作和分析能力,而且在实践中学知识,为实践找到理论支撑,做到了理论与实践的有机结合,不仅掌握基础理论知识,又将理论知识指导实践,服务于岗位任职。

行之有效的教学方法和教学模式要和教学对象、教学内容紧密相连,没有放之四海而皆准的教法。在普通气象学课程理论与实践一体化教学模式的提出、准备、逐步推进实施的过程中,教师和学生都面临着极大的挑战。首先对教师尤其专业基础课程老师提出了更高的要求。针对基础课程设计什么样的实践项目,才能满足一体化理念的需求,这是实施一体化教学的基础与核心;在课堂上如何紧扣理论与实际的关联点进行一体化教学,这是课堂教学的难点与重点;合理的课堂评价机制也是一体化教学中的重要组成部分,评分细则该如何制定,都需要教师费尽心思去解决。对于学生来说,学习不再只是听教师讲,而是自己真正当学习的主人,参与到实践项目中去,动手动脑缺一不可,学习变得更加灵活与实用。在一体化教学应用过程中,还有很多工作需要做,上述问题还需要进一步深入研究,具体的教学内容和方法需要与时俱进,要不断地反馈更新,才能形成良好的循环。

参考文献

[1]付亮.德国“双元制”教学模式本土化探索[J].机电教育创新,2020(4):145-146.

[2]范丹紅,严文清.创新教学模式—实现理论与实践一体化[J].中国高等教育,2013,42(12):42-44.

[3]马必学,刘晓欢.理论与实践一体化教学模式的改革与创新[J].教育与职业,2005(7):22-23.

[4]张泽武,卜小海,吴琼等.一体化教学在《复合材料性能学》课程中的应用[J].广州化工,2019,47(4):146-148.

[5]李建平,马宁,张冬丽.士官电类课程理实一体教学模式的实践[J].空军预警学院学报,2013,27(03):233-234.

[6]吴祖国,王江,王津.士官电子技术课程理论与实践一体化教学模式研究[J].军事电子教育,2016,15(3) :35-37.

[7]刘留,周涛,陶成.通信学科类研究生以科研为驱动的“理论实践一体化”教学研究[J].教育教学论坛,2019(14):239-240.

[8]金赛花,张瑜,王桂玲.目标教学法在普通气象学课程中的应用[J].教育教学论坛,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

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