PBL教学法在《天气学原理》课程中的应用
摘要：本文针对气象学专业核心课程《天气学原理》教学实践中存在的问题，分析了在本课程中使用PBL教学法（以问题为导向的教学方法）的必要性，并给出了PBL教学法在课程中的应用实例。重在发挥教师的主导作用，以问题为核心锻炼学生的实践应用能力和批判性思维，以期提高课堂教学质量。
关键词：PBL教学法；教学实践；天气学原理
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）50-0182-02
一、引言
《天气学原理》是南京信息工程大学气象、海洋、环境专业的基础必修课，属于专业核心课程，能够为学生学习后续气象类专业课以及今后业务预报和科研工作奠定重要的理论基础。该课程侧重于理论教学，主要介绍天气学经典理论，其内容包括五章，依次为：大气运动的基本特征、锋面理论、气旋与反气旋、大气环流概论以及天气系统和天气形势的天气学预报方法。根据该课程在本校大气科?W专业的教学现状调研，发现学生对课程中重点和难点的掌握情况不佳，并且在实践中运用理论知识的能力欠缺[1]。教学方法是课堂教学的核心，也是联系教师、学生和教学内容三者的桥梁。因此，针对《天气学原理》教学实践中存在的问题，有必要对教学方法进行改革。如何采用更有效的教学方法以提高课堂教学质量是教师需要深入思考的问题。
PBL（Problem-Based Learning，简称PBL）教学法也称作问题式学习，是指基于问题开展的教学活动。最早起源于20世纪50年代的医学教育，是基于现实世界的以学生为中心的教育方式[2]。PBL教学是在现代构建主义理论下发展起来的教学观，认为教学的过程实际上是对学生知识体系的构建过程。该教学方法的特点主要在于发展学生的思维能力，使学生更灵活地运用基础知识来解决实际问题。研究表明，PBL教学能够提高高校学生的专业应用能力，已成为现阶段高校教育改革的趋势[3]。相比传统的讲授法，在《天气学原理》课程中适时、适当地采用PBL教学将发挥相当大的优势。本文将探讨PBL教学法在该课程中的具体应用情况及其优势。
二、《天气学原理》课程中使用PBL教学法的必要性分析
现阶段《天气学原理》课程普遍采用讲授法进行教学。讲授法是典型的“传递―接受式”教学方法，其优点是能使学生在短时间内接受大量的信息，有利于形成系统的知识体系；缺点是该方法以教师为主导，使学生在短时间内被动地接受大量知识，不利于学生对重、难点知识及时有效地掌握[4]。在该课程的实际教学过程中，学生普遍反映出以下两方面的问题：一是由于课程的理论性强，公式相对较多，抽象难懂，学生对理论知识的理解大多局限于课本上，很难将所学理论与实际天气分析应用联系起来。例如，课程第二章详细介绍了锋面的三维空间结构以及锋面附近气温、气压、变压等各种气象要素场的分布特征。但是在实践课《天气学分析基础》的课堂上，当要求学生根据实际的高空和地面天气图确定锋面位置时，发现许多学生出现无从下手的情况。其次，由于在课堂教学中大量采用讲授法进行“满堂灌”，学生已习惯于被动地接受知识，对所学内容不假思索地全盘接受，不注重思考与质疑，大多数学生思维的灵活性和批判性严重不足。而PBL教学法着眼于学生思维能力的锻炼，能够促使学生主动、灵活地运用基础知识解决问题，相比于传统讲授法更能有效激发学生的学习兴趣，实现理论联系实际的教学目标。
三、PBL教学法在《天气学原理》课程中的应用
PBL教学法的核心在于创设有价值的问题情境。实施PBL教学对教师提出了更高的要求。现代构建主义学习观认为，学习不是把知识从外界搬到记忆中来，而是以学习者已有的知识经验为基础，通过与外界的相互作用来建构新的理解[5]。所以教师在设计问题时不仅要熟悉教材的结构，了解各知识点之间的内在联系，而且还要充分了解学生已有的认识结构状态，使新的学习内容建筑在已有知识的基础之上。同时，设计的问题还要满足以下要求：首先，问题要与教学目标紧密联系，能够有效涵盖教学内容的重、难点知识；其次，问题要小而具体，表述清晰，富有启发性。
这里以锋面和热成风为例介绍PBL教学法的应用。锋面理论是天气学中最经典的概念，也是《天气学原理》的重点和难点内容。在介绍完锋面的基本概念之后，首先提问：为什么要分析锋面？同时给出距上课时间最近一次锋面天气过程的地面图（可从中央气象台网址下载到经预报员定好锋线的天气图），引导学生将此次过程的天气现象与锋的移动和发展联系起来，从而认识到锋面是中纬度很重要的天气系统，也是日常天气预报的重要分析内容，加强学生对此内容的重视。实践表明，选取实时或近期的天气过程来讲解可以使学生的代入感增强，激发其学习兴趣。之后充分利用多媒体教学手段，以图片和动画等方式生动形象地介绍锋的三维空间结构、锋面坡度和锋的类型。第3节锋面附近气象要素场的分布特征是本章最难的部分，其内容包含大量的公式推导，但结论却较简单明确，用一两句话即可描述每种要素场的特点。因此，可找一个各要素分布都很典型的锋面天气图，让学生根据天气图上的气象记录思考冷锋、暖锋两侧气温、气压、风、露点和变压有什么差别？为什么会有这些差别？学生根据前2节的内容可分析出导致气温和露点差异的原因，注意在此过程中引导学生将高空图上等温线密集带与地面锋线的位置和走向联系起来，以及将高空锋区中冷暖平流与锋的类型相联系。而气压、风场、变压的内容则需要通过示意图和板书推导相结合进行原理分析，加深对结论的理解。实际天气过程中受局地诸多因素的影响，地面图上锋线两侧气象要素的差异往往不如理论上那样明显（可用第一次提问时的地面天气图举例）。如理论上冷锋后的气温应明显低于锋前，但有时图上锋线两侧的温差并不大，甚至可能出现冷锋后的温度反而更高的情况。这时结合第一章学过的热流量方程让学生思考出现这种现象的原因可能有哪些？通过分析讨论认识到影响局地温度变化的因子除了冷暖平流以外，还有非绝热加热或冷却、大气稳定度等。这些因素都会影响锋面两侧气温的分布。
?对创新性不足的问题，同样可以用PBL教学法引导学生从不同角度思考问题。例如，第一章热成风部分教材上得出结论：热成风的性质为“背风而立，高温在右”。其与温度平流的关系为：地转风随高度逆转，此气层有冷平流；地转风随高度顺转，此气层有暖平流。这里很容易让人误解为由于风向的旋转导致了冷暖平流，但实际上是冷（暖）平流引起风向逆（顺）转。此处可结合示意图和热成风的定义让学生思考两者的因果关系，然后进一步提问：上述结论在南半球也成立吗？为什么？引导学生从热成风的成因、表达式和物理意义几方面进行思考。虽然教材上没有说明，但通过分析可以得出南半球应有“背风而立，高温在左”的结论，风的旋转方向与冷暖平流的关系也与北半球相反。通过提问引导学生去解决问题，使他们在解决问题的过程中既能更深刻地理解热成风的概念，也能培养其批判性思维。
四、结语
《天气学原理》作为气象类专业必修的基础核心课程，对于后续专业课程的学习有重要意义，同时也是本科生毕业后走上预报岗位的基础。该课程教学过程中普遍存在理论与天气分析实践不能有效结合，以及学生思维创新性不足的问题。针对以上问题，提出了在课堂教学中应充分体现学生的主体地位，通过采用PBL教学法激发学生的主观能动性，让学生在解决问题的过程中将理论知识与实践运用相联系，并发展学生思维的灵活性和批判性。
参考文献：
[1]杜宁珠，王丽娟.“天气学原理”教学中的体会与思考[J].江苏科技信息，2016，（35）：44-46.
[2]Diana F Wood.ABC of learning and teaching in medicine：Problem based learning[J].BMJ，2003，（326）：328-330.
[3]张文靖.PBL教学法与我国高校教学现实适用情况探讨[J].教学研究，2017，（333）：186.
[4]傅树京.高等教育学[M].北京：首都师范大学出版社，2007.
[5]谭顶良.高等教育心理学[M].南京：河海大学出版社，2006.
Abstract：This study introduces the PBL（Problem-Based Learning） teaching method into the \"Principle of Synoptic Meteorology\"，which is a profeional major course of meteorology.To solve the problems in the teaching proce，the neceity 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 meteorology
