王麗娟，唐衛(wèi)亞，江燕如，陳旭紅，王 妍，朱素行，譚桂容，杜寧珠

（1.南京信息工程大學(xué)大氣與環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，江蘇 南京210044；2.南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京210044）

實(shí)踐教學(xué)是大學(xué)教學(xué)中與理論教學(xué)相對(duì)應(yīng)的重要教學(xué)方式，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的核心教學(xué)環(huán)節(jié)。和理論教學(xué)的主要側(cè)重點(diǎn)不同，實(shí)踐教學(xué)注重以學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到解決實(shí)際問題上，從而提高學(xué)生動(dòng)手能力和解決問題的能力。如果實(shí)踐教學(xué)效果理想，則有利于學(xué)生畢業(yè)進(jìn)入工作崗位后能更快地適應(yīng)用人單位的需求。因此，加強(qiáng)實(shí)踐課程的教學(xué)是保證人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效手段。

近年來，隨著中國氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化進(jìn)程加速發(fā)展，中國各級(jí)氣象臺(tái)站廣泛使用了多種國內(nèi)外數(shù)值天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品和客觀定量化的預(yù)報(bào)方法，與此同時(shí)，中國氣象局進(jìn)一步意識(shí)到必須高度重視預(yù)報(bào)員的主觀分析和預(yù)報(bào)技能，在全國新任預(yù)報(bào)員上崗培訓(xùn)中明確要求需熟練掌握天氣分析技術(shù)。這就要求大氣科學(xué)類專業(yè)學(xué)生不僅要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還需具備較強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用能力。為提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，不斷致力于實(shí)踐教學(xué)環(huán)境的升級(jí)[1]、實(shí)踐教學(xué)與方法的研究和創(chuàng)新[2-3]，以大氣科學(xué)類專業(yè)學(xué)生必修的“天氣預(yù)報(bào)綜合實(shí)習(xí)”課程為試點(diǎn)，根據(jù)課程特點(diǎn)，針對(duì)實(shí)踐教學(xué)改革進(jìn)行了大膽的嘗試，以期為其他大氣科學(xué)實(shí)踐類課程的改革提供參考。

1 課程現(xiàn)狀及存在的問題

“天氣預(yù)報(bào)綜合實(shí)習(xí)”是大氣科學(xué)類專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)實(shí)踐課之一，學(xué)生通過實(shí)踐學(xué)習(xí)進(jìn)一步理解和鞏固“天氣學(xué)原理”和“中國天氣”等課程的理論知識(shí)，更加熟練掌握天氣分析方法和各項(xiàng)技術(shù)要求，進(jìn)一步理解各類重要天氣分析的著眼點(diǎn)，初步建立單站未來24 h的晴雨天空狀況，最高、最低溫度和風(fēng)向風(fēng)速的短期天氣預(yù)報(bào)思路，為后續(xù)“臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)”課程[4]的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，“天氣預(yù)報(bào)綜合實(shí)習(xí)”課程的教學(xué)過程存在以下幾個(gè)方面的問題。

1.1 學(xué)生對(duì)實(shí)踐課的認(rèn)識(shí)不夠

很多學(xué)生對(duì)實(shí)踐課的重要性缺乏認(rèn)識(shí)，一直重理論輕實(shí)踐，認(rèn)為實(shí)踐課是理論課的附屬品，沒有真正認(rèn)識(shí)到實(shí)踐課的重要性。很多學(xué)生認(rèn)為該課程可學(xué)可不學(xué)，經(jīng)常應(yīng)付了事，長(zhǎng)期以來的觀念誤區(qū)導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力與用人單位的要求有一定的差距。因此，調(diào)整思想觀念，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，增強(qiáng)對(duì)實(shí)踐課重要性的認(rèn)識(shí)迫在眉睫。

1.2 課程內(nèi)容的拓展性需進(jìn)一步加強(qiáng)

在授課的過程中，經(jīng)常用實(shí)時(shí)的多源氣象資料講解當(dāng)日、當(dāng)?shù)氐奶鞖鈱?shí)況及未來24 h的公眾要素預(yù)報(bào)，此舉是為了讓學(xué)生切身感受到天氣與各類氣象要素的配置關(guān)系，存在一定的局限性，使得一旦遇到其他天氣或者預(yù)報(bào)其他站點(diǎn)的天氣時(shí)，學(xué)生會(huì)覺得無從下手。

2 改革措施探索

針對(duì)“天氣預(yù)報(bào)綜合實(shí)習(xí)”課程目前存在的問題，結(jié)合課程的專業(yè)特色，從教學(xué)理念、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容等方面作出相應(yīng)的改革探索。

2.1 強(qiáng)化教學(xué)理念

部分學(xué)生對(duì)整個(gè)專業(yè)課程設(shè)置的脈絡(luò)不清楚，只為順利拿到學(xué)分，不知道這門課程的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，在學(xué)習(xí)中漫不經(jīng)心，對(duì)所學(xué)知識(shí)不能融會(huì)貫通，重知識(shí)記憶而忽略學(xué)習(xí)方法的掌握和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。因此，授課之初向?qū)W生傳遞該課程的開設(shè)理念尤為重要，強(qiáng)調(diào)該課程不是一個(gè)單獨(dú)的環(huán)節(jié)，而是一個(gè)承上啟下的重要環(huán)節(jié)，既是對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的梳理、應(yīng)用，又是為后期課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。此外，需要跟學(xué)生強(qiáng)調(diào)的是，通過將理論應(yīng)用到實(shí)際問題解決過程中，可將理論與實(shí)際融為一體，更好地加深對(duì)理論知識(shí)的理解。在教學(xué)中，結(jié)合各類天氣可能帶來的災(zāi)害以及由于天氣預(yù)報(bào)重大失誤造成嚴(yán)重?fù)p失的案例，讓學(xué)生樹立起“防災(zāi)減災(zāi)，氣象先行”的理念，培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)精神，將立德樹人融入教育教學(xué)全過程，將氣象人的社會(huì)責(zé)任、職業(yè)道德等要素植入課程教學(xué)。

2.2 改革教學(xué)方法

教學(xué)活動(dòng)因教師、學(xué)生和教材的存在成為了可能，因教學(xué)方法的選擇和應(yīng)用成為了現(xiàn)實(shí)，教學(xué)方法直接影響到教學(xué)質(zhì)量。傳統(tǒng)教學(xué)[4]僅注重教學(xué)過程中教師的單向傳授，改革著眼于將教師單向傳遞的信息有效被學(xué)生吸收、內(nèi)化，從而使課堂成為師生互動(dòng)、同學(xué)協(xié)作和交流的課堂。

2.2.1 虛擬仿真將“無形”化為“有形”

虛擬仿真技術(shù)（Virtual Reality）是在20世紀(jì)80年代新崛起的一種綜合集成技術(shù)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)至少需具備兩個(gè)特征：沉浸性和交互性[6]。大氣科學(xué)以大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律、天氣氣候事件成因、預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)與評(píng)估、服務(wù)技術(shù)為研究對(duì)象的一門學(xué)科。其研究對(duì)象主要是覆蓋地球的大氣圈以及太陽大氣層系其他行星的大氣。大氣環(huán)流的演變及分析過程在實(shí)驗(yàn)室不可真實(shí)實(shí)現(xiàn)，依靠真實(shí)實(shí)驗(yàn)無法達(dá)成系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)目的，基于計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，化“無形”為“有形”，增加了過去無法展現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容。實(shí)現(xiàn)了基本原理形象再現(xiàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)可操作，使基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚋鶕?jù)課程需要設(shè)置，使真實(shí)實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)相互補(bǔ)充，形成了“基礎(chǔ)—技能—?jiǎng)?chuàng)新”三層次完整的實(shí)踐教學(xué)體系，適應(yīng)現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)需求的高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生對(duì)于各類天氣有了更直觀感性的認(rèn)識(shí)，基于信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)獲取、分析和處理氣象數(shù)據(jù)的能力得到了大幅提升。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)化抽象為具體，有效地激發(fā)了學(xué)生的想象力，促進(jìn)了實(shí)踐創(chuàng)新，提升了學(xué)生的信息化應(yīng)用能力。

2.2.2 會(huì)商式教學(xué)激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性

學(xué)生開展天氣會(huì)商討論如圖1所示。

圖1 學(xué)生在課堂上圍繞當(dāng)日的主題開展天氣會(huì)商討論

天氣現(xiàn)象的產(chǎn)生是一個(gè)復(fù)雜的過程，每一次天氣過程都有其特殊性，不重復(fù)出現(xiàn)。它既受大尺度環(huán)流形勢(shì)的控制，又可能有中小尺度天氣系統(tǒng)的影響；既有日變化的影響，也有可能受地形條件的制約；有時(shí)會(huì)各種因素相互關(guān)聯(lián)，盤根錯(cuò)節(jié)。但具體某一次天氣過程究竟受哪幾種因子影響、何種因子起主導(dǎo)作用，有時(shí)是很難把握的。由于每個(gè)學(xué)生的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、掌握到的方法存在差異，因而天氣過程分析中主觀性、隨意性、經(jīng)驗(yàn)性占很大成分，其結(jié)果必然與分析的質(zhì)量密切相關(guān)。從多年的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，如果把天氣會(huì)商這一環(huán)節(jié)重視起來，則可以把每個(gè)學(xué)生的分析觀點(diǎn)綜合起來，使對(duì)天氣過程的演變規(guī)律的認(rèn)識(shí)更全面、深入，起到集思廣益的作用，作出更準(zhǔn)確、更符合實(shí)際情況的天氣過程分析。會(huì)商式教學(xué)法既有利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力，又有利于培養(yǎng)學(xué)生的語言表達(dá)能力，在會(huì)商的過程中取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高對(duì)天氣過程演變的認(rèn)識(shí)。

2.3 拓展教學(xué)內(nèi)容

各類天氣過程都有其共性，但具體到某一次天氣過程又有其特性，課堂教學(xué)中，由于課時(shí)有限，學(xué)生接觸的實(shí)例較少，當(dāng)面對(duì)一個(gè)新的天氣個(gè)例時(shí)，無法將所學(xué)知識(shí)與當(dāng)前個(gè)例聯(lián)系起來。針對(duì)這一問題，可采用歷史氣象資料建立各類天氣過程中公眾氣象要素預(yù)報(bào)分析的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生利用課余時(shí)間在平臺(tái)上進(jìn)行個(gè)例拓展學(xué)習(xí)[7]，增加自己的專業(yè)見識(shí)，提高常規(guī)氣象資料和非常規(guī)氣象資料的應(yīng)用能力，鍛煉分析問題、解決問題的實(shí)踐能力。

實(shí)踐平臺(tái)以“學(xué)—練—測(cè)—評(píng)”為主線，功能設(shè)計(jì)主要包括三大模塊，分別為用戶管理模塊、基礎(chǔ)知識(shí)功能模塊和模擬實(shí)踐功能模塊，具體如圖2所示。

圖2 天氣預(yù)報(bào)綜合實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

2.3.1 用戶管理模塊

此平臺(tái)的用戶包括管理者、教師和學(xué)生三類，用戶在平臺(tái)上填寫真實(shí)信息注冊(cè)后，管理者針對(duì)用戶的級(jí)別設(shè)置相應(yīng)的權(quán)限、分配相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。管理者對(duì)各類信息資料進(jìn)行管理和匹配后，教師和學(xué)生 在登錄后會(huì)看到各自的任務(wù)提示，學(xué)生看到的是本課程需要學(xué)習(xí)、掌握的內(nèi)容，在學(xué)生提交實(shí)習(xí)成果后，教師登錄系統(tǒng)后就有相應(yīng)的提示，提醒老師批閱學(xué)生的實(shí)習(xí)成果，有助于老師了解學(xué)生掌握課程知識(shí)的程度，以便于更好地對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。

2.3.2 基礎(chǔ)知識(shí)功能模塊

這個(gè)模塊主要是模擬在線教學(xué)模塊，包括常見各類天氣的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)、各氣象要素預(yù)報(bào)的重點(diǎn)難點(diǎn)及課外知識(shí)拓展和課堂練習(xí)，學(xué)生在線學(xué)習(xí)完理論知識(shí)后，進(jìn)入課堂練習(xí)模塊，可以考查學(xué)生是否已掌握相關(guān)的理論知識(shí)。

其中，基礎(chǔ)理論知識(shí)部分主要功能是“學(xué)”，教師在平臺(tái)上提供教學(xué)的PPT、文檔、圖片、動(dòng)畫、視頻等輔助教學(xué)資源，學(xué)生在課前學(xué)習(xí)了平臺(tái)上的相關(guān)資源后，可以利用課堂時(shí)間，教師集中解決學(xué)生在平臺(tái)上學(xué)習(xí)時(shí)所產(chǎn)生的困惑和疑問。需要注意的是，平臺(tái)會(huì)記錄學(xué)生在平臺(tái)上學(xué)習(xí)各模塊用到的時(shí)間及瀏覽記錄，防止學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)出現(xiàn)走過場(chǎng)、應(yīng)付式的學(xué)習(xí)等情況，切實(shí)提高學(xué)生課前預(yù)習(xí)的質(zhì)量。

在重點(diǎn)、難點(diǎn)部分主要是采用虛擬仿真的方式，模擬各類天氣演變的整個(gè)過程，以啟發(fā)式教學(xué)法讓學(xué)生通過實(shí)際調(diào)節(jié)各參數(shù)指標(biāo)，觀察天氣過程的演變，有利于學(xué)生對(duì)相應(yīng)天氣發(fā)生發(fā)展的條件有更直觀的感受，方便學(xué)生更好地理解基礎(chǔ)理論中涉及的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

課外知識(shí)拓展部分是對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)內(nèi)容的補(bǔ)充，學(xué)生根據(jù)自身能力進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)，課堂上，教師采用的是“會(huì)商式”教學(xué)方法。教師課前根據(jù)平臺(tái)上學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，將學(xué)生合理分組，安排適合各組學(xué)生難度的討論主題，引導(dǎo)學(xué)生圍繞主題組織會(huì)商討論，并要求學(xué)生在課堂結(jié)束時(shí)進(jìn)行會(huì)商發(fā)言，既能促進(jìn)學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)又能避免出現(xiàn)浮于表面的討論，提高課堂效率。

課堂練習(xí)部分主要是采用互動(dòng)教學(xué)方法，將基礎(chǔ)理論知識(shí)點(diǎn)作為主要考查內(nèi)容，通過學(xué)生在平臺(tái)上的答題情況，引導(dǎo)學(xué)生自己檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成效，便于后期查漏補(bǔ)缺，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)和提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

2.3.3 模擬實(shí)踐功能模塊

雖然我們一直在不斷地強(qiáng)調(diào)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，但以往的實(shí)踐能力是以“知識(shí)”的形式加以傳授，從而導(dǎo)致學(xué)生缺乏應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。在基礎(chǔ)知識(shí)功能模塊部分，展示的是比較重要的天氣預(yù)報(bào)過程的分析，有利于學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)踐聯(lián)系起來。在模擬實(shí)踐功能模塊部分，主要著重“練”和“測(cè)”，每種天氣都提供多個(gè)實(shí)例的常規(guī)及非常規(guī)氣象資料，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生獨(dú)立分析每類天氣的演變。只有通過解決實(shí)際問題，學(xué)生才能清楚地認(rèn)識(shí)到自己沒有學(xué)透的具體的知識(shí)點(diǎn)，從而可以以在線交流或者在論壇提問的方式，主動(dòng)與教師進(jìn)行互動(dòng)，確保能夠及時(shí)、有針對(duì)性地解決問題。教師根據(jù)學(xué)生提交的分析結(jié)果及在線交流和論壇中的提問，掌握學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，并可通過平臺(tái)有的放矢替學(xué)生答疑解惑，實(shí)現(xiàn)“評(píng)”的功能。這樣的教學(xué)方式，既發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)和提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力，又有助于教師幫助學(xué)生完成知識(shí)的內(nèi)化，提高教學(xué)效果。

3 改革特色

3.1 充分發(fā)揮開放式智慧教室作用

傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)中教學(xué)方法是根據(jù)計(jì)劃學(xué)時(shí)數(shù)，依據(jù)教學(xué)計(jì)劃按照教學(xué)進(jìn)度在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行規(guī)定內(nèi)容的講解，這種教學(xué)模式?jīng)]有充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，不利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。為充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，打破“天氣預(yù)報(bào)綜合實(shí)習(xí)”課程教學(xué)受學(xué)時(shí)的限制，在多年的傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，通過智慧教室為線上線下混合教學(xué)提供的開放實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，支持學(xué)生探索不同層次的、多樣化的綜合開放教育模式。學(xué)生可以根據(jù)自身實(shí)際情況，事先向開放實(shí)驗(yàn)室提出實(shí)習(xí)申請(qǐng)，實(shí)驗(yàn)室根據(jù)學(xué)生人數(shù)及申請(qǐng)時(shí)間，安排教師對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的指導(dǎo)，如圖3所示，可以使學(xué)生加深和鞏固所學(xué)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中積極思考，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

圖3 智慧教室

3.2 教學(xué)方式方法多樣化

根據(jù)教學(xué)大綱構(gòu)建一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)平臺(tái)作為課堂教學(xué)的輔助，并且根據(jù)不同的模塊功能，采用案例法、虛擬仿真和會(huì)商式教學(xué)法，充分開展“以學(xué)生為主體”的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)，達(dá)到了良好效果。

4 結(jié)論

通過課堂教學(xué)與“天氣預(yù)報(bào)綜合實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)”相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)模式的探索，初步可解決目前“天氣預(yù)報(bào)綜合實(shí)習(xí)”課程面臨的困境，針對(duì)不同教師、不同學(xué)生、不同教學(xué)內(nèi)容采用靈活多樣的教學(xué)方法，使學(xué)生從理論知識(shí)的學(xué)習(xí)、不同案例的分析練習(xí)、各類氣象要素預(yù)報(bào)的測(cè)試到教師答疑解惑、對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)這一全部過程得到完整的培訓(xùn)，既培養(yǎng)了教師因材施教能力，又培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)和分析問題、解決問題的能力以及團(tuán)隊(duì)合作精神，激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)性、探究性和創(chuàng)新性的潛能。目前，初步打算挑選20個(gè)左右大氣科學(xué)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行試驗(yàn)學(xué)習(xí)，根據(jù)后期課程“臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)”的反饋，調(diào)整這種實(shí)踐教學(xué)方式實(shí)施中遇到的各種問題。預(yù)期接受過這種創(chuàng)新性教學(xué)方式的學(xué)生在對(duì)大氣環(huán)流特征的分析和影響系統(tǒng)的分析明顯強(qiáng)于未接受的，在撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告方面，文檔結(jié)構(gòu)、專業(yè)術(shù)語的應(yīng)用更合理，會(huì)商發(fā)言時(shí)思路更清晰、表達(dá)更流暢，預(yù)報(bào)思路的建立更快、更好，但實(shí)際教學(xué)效果還有待進(jìn)一步調(diào)研評(píng)估。