翻轉課堂教學法在“數值天氣預報”課程中的應用

王云峰　陳梟　顧丁陽

[摘 要]翻轉課堂教學法是在教學領域的新嘗試、新挑戰。翻轉課堂的主要功能是促進知識的內化和應用。翻轉課堂可以分為積累階段、研究階段及成果總結階段這三個階段。可以結合“數值天氣預報”課程，討論翻轉課堂的具體實施辦法，通過與傳統的教學模式對比，探討翻轉課堂的優勢。翻轉課堂更要翻轉能力，既要提高教員的素質，同時又要增強學員的自學積極性。

[關鍵詞]翻轉課堂 數值天氣預報 應用探討

[中圖分類號] G642[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）06-0080-02

翻轉課堂教學法是在教學領域的新嘗試、新挑戰。角色如何扮演、知識如何傳授、課堂如何翻轉、效果如何體現，一時間受到高校教師們（下面統稱“教員”）的高度重視。[1] [2] [3] [4]而專業性強、覆蓋面廣、理解困難的氣象學科，課堂“翻轉”似乎會更困難，但如果翻轉成功，那也將會更加精彩。下面我們簡要探討一下翻轉課堂教學法在“數值天氣預報”課程中的初步應用情況。

一、什么是翻轉課堂？

俗話說：“師者，傳道授業解惑也。”作為課堂的主體之一，教員擔負的職責毋庸置疑，向學員傳遞知識的效率和效益也成為判定課堂教學好壞的標準之一。教員的責任是去理解學員的問題和引導學員運用知識解決問題。如果只是單純講授原理、概念，會限制學員的發展，尤其是氣象專業的課堂，專業性強、知識面廣、知識點細，僅僅靠教員一個人在講臺上講授原理是遠遠達不到授課意義和目的的。只有讓學員最大限度地參與教學，理解知識點，才能達到融會貫通、舉一反三、學以致用的效果。翻轉課堂教學方法就提供了這樣的一個平臺。

提到“翻轉課堂”，有人就想起互聯網上的網絡教學公開課。但翻轉課堂并不是在線視頻的代名詞，除了教學視頻外，還有面對面的互動時間，與同學和教員一起發生有意義的學習活動。翻轉課堂不是視頻取代教員，不是在線課程，不是學員無序孤立的學習，也不是讓整個班的學員都盯著電腦屏幕學習。那么，它是什么呢？

眾所周知，學員的學習過程通常由兩個階段組成：第一個階段是接受“知識傳遞”，第二個階段是進行“知識內化”。在傳統的教學模式中，接受“知識傳遞”是在課堂上進行的，“知識內化”是在課外通過作業練習完成的。而“翻轉課堂”對這一傳統模式進行了“翻轉”——知識的獲得由學員在課下完成，他們使用信息技術或者閱讀文本教材自行學習，教員可以通過提供短小的視頻、對特定的問題進行有針對性的講解、在線輔導等方式為學員提供幫助;而知識的消化則通過課堂上的互動來完成，教員通過了解學員的學習困難，給予有效輔導，同時通過組織多主體、多層面的相互交流，促進知識的吸收與內化。這樣，課堂這一教學主陣地的功能就發生了改變：它主要不是用來獲取知識，而是促進知識的內化和應用。課堂不再是預設的過程，而是生成的過程。

二、如何“翻轉”課堂？

實踐是檢驗真理的唯一標準。如何合理“翻轉”課堂成為“翻轉課堂”是否實用的重要一環，而與學科特點和實際相融合的程度直接決定了課堂能否成功“翻轉”。

剛踏入氣象數值預報領域的本科生，從接觸數值天氣預報的概念，到初步學會數值預報方法和技術，需要經過長時間的學習與訓練。通過翻轉課堂，將知識獲取與內化的任務留給學員自己完成，未嘗沒有可取之處。整體上看，教學主要分為三個階段：積累階段、研究階段及成果總結階段。

積累階段是最需要耐力的階段，主要在前兩周進行。這階段主要工作是積累知識，通過對數值預報的學習，結合前期掌握的氣象領域的基礎知識，充分認識該門課的工具要求。積累階段的目標在于引導學員找到自己的興趣點。

研究階段是指學員在基本掌握FORTRAN語言編程的基礎上，思考解決問題的途徑與方法的過程，在之后的六周內進行。研究階段需要學員課下大量查閱資料，了解前人解決類似問題的基本方法與基本思路，總結優點并發現其中的不足，同時結合自己的思考，探討能否對該方法進行改進，能否針對該問題實現質的創新，甚至提出新的理論和新的科學問題，促進學科的進一步發展。學員理出一條研究思路后，可能遇到無數次的失敗，可能令人高度沮喪。作為教員，要鼓勵他們不厭其煩地去嘗試、去實踐，在課上，要善于結合自身科研過程中的經歷與經驗，在編程內容設計和編程技巧上對學員做出正確引導。保持積極的心態，善于多角度、多方位思考，同時要不斷總結經驗，勇敢地嘗試，往往就能更好掌握課程精髓。

成果總結階段，是對前階段學習成果的總結，在最后兩周進行。對于本科生來說，總結主要分為兩個方面：一是對學習成果的總結，其主要形式是集中整理編程代碼與圖像，分門別類，集中反映了其階段性的學習成果;二是對編程經驗的總結，通過對發現問題、思考問題、解決問題的經驗及方法的梳理，內化為自身的一種能力，為下階段的編程提供理論與思想上的指導。

假設班級有學員18人，可根據學員興趣劃分為三個小組：論文組、模式組和圖形組，各設小組長一名，分別主攻論文寫作、模式設計和圖形繪制。在常規授課的基礎上，額外布置FORTRAN語言編程題，要求學員于課下根據進度自行學習編程語言，完成相應題目，允許學員在小組內討論。

以首次編程作業為例：計算初始場，并加密初始網格。由于學員FORTRAN語言編程零基礎，第一次成果展示效果非常不理想。隨后進一步明晰了任務分工，設定了績效激勵制度，第二次驗收時基本達到預期值。當學員們掌握基本命令后，適當加大題目難度。在學員上臺演示的過程中，教員應結合自身經驗對程序編寫內容進行現場分析，指出不足并提出修改意見。教員實時分享一些實用的小技巧，可提升下一次任務的完成效果。最后，教員會對各組編寫的程序打分排名，并記錄在案。

三、翻轉課堂的“效益”如何？

首先，相比于之前的一些傳統教學模式，翻轉課堂對于信息化工具的利用率是相當充分的。對于現代化的信息系統的利用還可以進一步加強到學員任務的完成上去，完全可以開發出相應的學習軟件，以此來記錄學員對相應作業練習的完成情況。教員可以通過軟件來掌握學員的學習狀況，相應地在課堂上輔導;而學員也可通過軟件與教員溝通交流，匯報進展情況。在遇到問題的時候，學員們往往會通過查閱文獻、網上搜索或是與其他同學討論等方式來解決。相比較而言，這些方式比學員們直接從教員那里得到現成的結果更有利于其自身的長遠發展，且大大增強了學員們的動手能力。

其次，翻轉課堂中教員給予學員的自學空間是非常大的，是以往傳統教學模式不能比的。基本上將所有的知識獲取與內化的任務留給學員自己完成，教員只起了一個引導幫助的作用，在課前的活動中教員通過制作的視頻軟件幫助學員掌握要學習的知識。在課堂上，教員組織課堂的進行，主要是幫助學員解決在作業中遇到的難題。學員相互討論，合作解決，教員給予必要的支持。這樣一來，學員的課堂的中心角色便逐漸體現出來了;與此同時，教學中教員的主導身份也就清晰了。這些正是我們新課改中前進的目標：使學員真正成為學習的主人，學員能通過自己去理解、掌握知識，那么其對知識的掌握程度也會更加深。

最后，翻轉課堂的互動性是一大特色。它不但加強了學員之間、學員與教員之間在課堂的交流互動，在課后的交流也是它的一大特色。學員在課后的自學過程中，遇到問題可以隨時與其他同學及教員進行交流，這樣不但提高了學員學習的效率，而且也提高了教員輔導學員學習的效率，讓教員可以抽出時間更好地輔導那些迫切需要幫助的學員。

四、翻轉“課堂”更要翻轉“能力”

首先，翻轉課堂對教員的素質要求更高了，表面上看似乎教員的工作變少了，其實不然，它要求教員對教材的把握有一定的深度，只有這樣，教員才能根據學習多維目標對教材加以提煉，幫助學員學習知識，而非直接將知識轉述給他們。

其次，翻轉課堂使學員學習的自主性大大加強了，帶來好處的同時也對學員學習的自覺性提出了更高的要求。因此可以預見，翻轉課堂的實施初期，學員良好的學習習慣的養成必將是一個重點，包括學員的學習方法習得、自覺學習的習慣，等等。在要求學員自學的同時，容易導致一些學習能力強的學員在課堂上的參與度不高，因為他們認為自己已經在自學過程中掌握了相應知識，沒必要浪費時間參與課堂討論。因此，教員在進行翻轉課堂時要讓所有學員參與每一個環節中。這些問題的妥善處理是翻轉課堂得以實施的前提。

最后，目前實施翻轉課堂的實例表明，翻轉課堂更加適合于理科基礎課程的進行，因為對理科中的一些定理、公式以及實驗方案等，翻轉課堂實施起來更加便利，而對于理科學科中一些涉及經驗積累的實際應用過程似乎難度更加大。當然，這也并不是說就一點可行性也沒有，這時對教員的要求也就更高了。如何更好地利用翻轉課堂進行這些內容的教學，還是要從微視頻入手，根據具體應用過程和結果對比，做出更高質量的適合學員自學的微視頻，然后再根據學員的反饋情況進行細節上的改動，這樣才能促進教育的發展。

翻轉課堂“翻轉”了教學新模式，教員對知識的傳授也即將更有效率、更具實用性。學員依舊要懷有“學海無涯”的求學精神，在創新的課堂里汲取更多的知識養分，幫助自己攀登上學術的巔峰。

[ 注 釋 ]

[1] 張金磊，王穎，張寶輝.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志，2012（4）.

[2] 趙堃，仇慧.關于翻轉課堂的思考[J].青年文學家，2013（15）.

[3] 唐加軍.美國翻轉課堂教學模式初探[J].青年文學家，2013（22）.

[4] 金陵.“翻轉課堂”翻轉了什么[J].中國信息技術教育，2012（9）.

[責任編輯：覃侶冰]

[收稿時間]2014-12-28

[基金項目]資助課題：國家自然科學基金（41375106）;江蘇省自然科學基金（BK20131065）。

[作者簡介]王云峰（1972-），男，江蘇靖江人，博士學位，副教授，研究方向：資料同化和數值模擬。