徐蜜蜜

摘要：指出了天气学原理是气象学专业重要的专业核心课程，其特点是公式多、理论性强。总结了该课程教学实践中存在的问题，并针对这些问题从教学方法、教学手段和考核方式等方面提出了几点改进建议，以期提高教学质量，重点激发学生的学习兴趣，培养学生的科学思维、创新意识和理论与实践相联系的能力。

关键词：天气学原理；教学体会；教学质量

中图分类号：G642

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）17-0226-03

1 引言

天气学原理是研究不同尺度的天气系统和天气现象发生发展及其变化的基本规律，并利用这些规律来预测未来天气的学科。天气学原理课程是南京信息工程大学大气科学、大气物理、海洋科学、大气环境等专业本科生的重要专业主干课程之一，属于气象专业的核心课程。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。课程的主要目的是使学生掌握天气预报的基本原理、基本概念和基本分析方法，为今后从事业务与科研工作奠定必要的理论基础。此外，天气学原理也是学生在学习整个气象学知识体系的过程中所接触到的第一门专业课，是进一步学习后续气象专业课程（如“动力气象”、“中国天气”、“数值天气预报”、“典型天气过程分析”、“天气预报综合实习”等）的基础。南京信息工程大学享有“中国气象人才摇篮”之美誉，其大气科学学科一直在全国名列前茅，承担着为全国科研院校和气象、水文、海洋、环境等部门培养优秀人才的重任。因此，天气学原理课程教学质量的高低将直接影响到学校特色专业人才培养的质量。笔者将对于该课程教学实践中存在的问题进行初步总结，并针对具体问题从教学方法、教学手段以及考核方式等方面提出改进建议。

2 存在的问题

2.1 学习目标不甚明确，有功利化倾向

按照教学计划，该课程开展于大二下学期，处在此阶段的高校学生大部分还未能完全摆脱传统应试教育的影响，表现在不能适应主动学习、不具备积极探索求知的欲望和精神。尽管对于这门拥有较多学分的专业核心课程，学生能够明确地知道其重要性并能以比较认真的态度进行学习，但是笔者在教学过程中发现他们当中大部分人的学习目标并不明确，并且由此产生了两种错误倾向。一方面，“重结果，轻过程”、“重结论，轻方法”的想法相当普遍。对于所学的天气学基本概念和理论，他们更愿意直接记住结果，而对于为什么要引入这些概念以及结论的推导过程兴趣不大。一些同学以历年考试题库来指导学习，题目考到了哪些知识点就在教材和课件中找到对应的地方学习，力图在最短的时间内拿高分，导致对知识的理解“碎片化”严重。学生在学习过程中严重依赖PPT课件，究其原因，是因为相对于教科书和老师的讲授，课件对结论的展示更加简练、直观，为死记硬背打开了方便之门。另一方面，现今在台站业务预报中数值预报产品的应用越来越广泛深入，这就使得部分同学认为天气学方法已经过时，学习兴趣不高，甚至将大学当成了职业培训学校。

2.2 “入门难”，学习过程中存在畏难情绪

天气学是一门理论性较强的学科，需要学生在学习本课程前有较扎实的数理功底和一定的空间思维能力。课程中公式较多，如第三章中用于描述温带气旋理论的位势倾向方程和ω方程，以及第五章中高空形式预报方程等，其推导过程十分繁杂，这让不少同学感觉这门课难度大，自信心不高，学习自然没有积极性。此外，该课程中存在着大量对天气系统时空状态的描述。任何一个天气系统都是包含三维空间和时间序列的四维系统，如何理解四维气象场的物理概念及其数学描述往往让初学者很不适应。有学生反映最困难的是刚开始接触天气学模型和一些专业术语（如变压）时感觉发怵，不习惯将数学表达式和物理意义结合起来思考问题。然而经过前两章的训练，一旦习惯了天气学的思维方式，发现自己突然进入状态，就会感觉后面章节内容的难度并不大。

2.3 理论知识在实践中的应用存在欠缺

从天气学原理在今后业务工作中的重要性和教材内容的编排来看，该课程应该具有理论与实践并重的特点[1]。然而在实际教学过程中，由于这门课程的理论性强、公式多、抽象难懂，学生对于基础理论的理解大多局限于课本上，很难将理论概念和实际天气分析应用联系起来。根据后续实践课程（如“典型天气过程分析”、“天气预报综合实习”）的老师反映，学生普遍出现无法将天气学理论知识熟练运用于分析实际天气过程的问题。例如，尽管在本课程第二章中详细讲解了锋面的三维空间结构，以及锋面附近气温、气压、变压、湿度和云系等各种气象要素的分布特征，但是在实际天气个例中，由于受锋面两侧辐射条件不同、水汽条件不同以及垂直运动条件不同等诸多因素的共同影响，锋面两侧气象要素场的差异往往不如理论上那样明显，学生在确定地面天气图上锋面位置的时候常常感觉无从下手。此外，对于高空等压面图的分析也存在由于槽线和切变线概念混淆不清从而造成滥分析和漏分析的情况[2]。《天气学分析基础》课程可以看成是《天气学原理》的实习，按照目前的教学计划，大气物理、大气环境和海洋科学专业这两门课被分别安排在前后两个学期进行，更容易造成理论和实践脱钩。

2.4 思维的批判性和创新性不足

现代教育理论表明，在课堂教学中无论采用何种教学手段和方法，若要使其内容具有鲜活的生命力，就应当保持批判性。因为只有当参与者持有批判心态时，他们才会更多地听取别人的想法和观点，并加以询问和探究[3]。大学生对问题产生困惑并产生求解过程的强烈愿望是创造性教学的前提。然而笔者在教学过程中发现学生大多缺乏“问题意识”，一般不愿提問题也提不出什么问题，对所学内容不加思索地全盘接受，不注重思考与质疑，甚至在没有理解透彻的情况下强行记忆，当然就更谈不上锐意创新。这一方面是由于受传统文化中“崇尚权威、反对怀疑”的负面影响，另一方面也与该课程主要采用单一的“讲授法”教学，造成学生对知识的理解十分被动有很大的关系。

3 教学思考与建议

针对以上天气学原理课程教学实践中出现的问题，有以下几点教学改革建议。

3.1 针对学习目标不明确的问题

很多情况下，学生学习不得法是由于他们对课程的目的和要求不明确造成的。现代教学观认为教学过程是对学生知识体系构建的过程，因此在第一节课时首先应当介绍天气学原理的知识体系和结构，帮助学生理清各章节在整个知识体系中所占的地位和他们彼此之间的逻辑联系，使学生的学习更具系统性而不是孤立地学习各个知识点。在讲授每一章新课之前应先将本章重点和基本要求告知学生，以便于分清主次，有的放矢地进行学习。要让学生认识到学习过程中众多的分析、判断、推导能有效地促进思维的活跃与发展，学习天气学原理不仅要学习理论知识，更重要的是锻炼天气学思维能力。同时也要让学生认识到大学教育提供的不仅是立竿见影的谋生技能，而更多的是建立在精英文化层面的知识和素质。此外，现行的考核内容主要是从题库中抽题，期末考试占总评成绩的70%以上，这也让学生有机可乘，如平时不学习临近考试时复印题库死记硬背照样能得高分。在此建议减少期末考试成绩的比重，增加课堂问答、平时作业和期中成绩的比重；在考试内容上取消或减少名词解释题型的分值，更注重考核学生思维的灵活性和综合运用知识的能力。

3.2 针对“入门难”的问题

建构主义认为，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[3]。这就要求教师在备课时不仅要注重对天气学原理知识点的条理性和顺序性的编排，同时也要重视这门课程与流体力学、热力学这些先修课程的联系，在讲授时可根据具体内容对先导知识进行简单的回顾，使新知识建立在学生已有知识经验的基础之上，以增强学习的踏实感。例如，在讲解第一章连续方程之前，可先回顾一下流体力学中欧拉观点和拉格朗日观点的区别，再说明如何由这两种观点出发来理解大气质量守恒定律，以及推导出连续方程的两种形式，并由此引出质量通量散度的概念。其次，在教学手段上应当使多媒体教学与传统教学有机结合，既发挥多媒体生动形象、效率高的优点又发挥教师的主导作用。以温带气旋发展理论为例，描述该理论的位势倾向方程和ω方程的推导应以板书形式给出，同时讲明方程的前提假设以及需要用到哪些先前的知识点，以便使学生与老师的思维同步。而方程各项物理意义的讨论、温带气旋的生命史和方程在气旋发展各阶段的应用则适合利用多媒体技术，变抽象为形象，通过图片与动画将立体的锋面气旋及其发生、发展和消亡的过程直观地展现出来，帮助学生建立天气系统的三维概念模型。

3.3 针对理论知识无法与实践联系的问题

针对此问题，可将案例教学法与多媒体教学手段相结合以提高学生学以致用的能力。案例教学法是根据教学目标和教学内容的需要，通过设置一些具体案例引导学生参与分析、讨论的教学方法，其目的之一就在于使学生理论联系实际[4]。例如，在第二章讲解锋面理论时可充分利用网络资源查找素材，首先，给出锋的三度空间示意图和不同类型锋面的动画展示，使学生对锋的空间结构及锋面两侧气团性质的差异有鲜明地认识。然后，以一个具体的锋面天气过程为例，给出该个例的历史天气图，包括经预报员定好锋线的地面图和850hPa、700hPa、500hPa的高空图。通过分组讨论等方式引导学生对照高低空不同层次的温压场结构，总结出实际天气过程中高空锋区与地面锋线的对应关系，以及如何通过等压面上的冷暖平流确定锋的类型。最后，进一步介绍综合运用高空锋区、地面图上气象要素特征和单站探空资料进行锋面分析的方法。此外，为了缩短理论与实践的距离，在此建议《天气学原理》与《天气分析基础》同时开课，通过实习消化理论所包含的内容。

3.4 针对创新性不足的问题

认识主义学习理论认为，学习是一个认识过程，掌握学习的过程比掌握学习的结果更重要[3]。体现在课本中的众多概念、演绎和结论都是气象先辈们的科研成果，不应该要求学生死记在脑子里，而应该要求学生参与到认识过程中去，所以学习应该是积极主动地获得智慧的过程。但是如今这门课普遍采用传统“讲授法”教学。“讲授法”虽然能高效地传递信息，形成系统的知识体系，但也容易造成学生被动接受知识，不利于创新思维的培养。因此有必要改进教学方法，明确学生是学习的主体，教师不独占整个课堂时间。可根据具体章节内容适时采用PBL教学法（Problem-Based Learning，又称问题式学习[5]），实施启发式教学。在教学过程中创设问题情境，同时设计的问题要符合循序渐进的认识规律，侧重于发展学生思維的灵活性，帮助学生从不同角度分析和理解问题，不墨守成规。

4 结语

《天气学原理》作为气象类专业必修的专业基础和核心课程，在学生整个学习生涯和今后业务、科研工作中占有举足轻重的地位。因此，在实际教学过程中应以学生为中心，教师为主导。根据教学目标和内容，教师要灵活运用多种教学方法和教学手段、改变考核方式，激发学生的主观能动性，锻炼他们的批判性思维和创新意识，培养他们发现问题、分析问题和解决问题的能力。部分专业需要调整教学计划，使实践内容与理论讲解同步，以提高学生的应用能力。

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]王黎娟.《天气学分析》教学中的几点体会与思考[J].科技信息，2009（31）：5.

[3]谭顶良.高等教育心理学[M].南京：河海大学出版社，2006.

[4]巴 力，司马义.浅谈案例教学法在《应用气象学方法》实践教学中的应用[J].学术交流，2013（9）：1.

[5]姚素香.PBL教学法在《天气学分析》课程中的应用[J].绿色科技，2016（9）：228～229.