“PBL+半翻轉課堂”教學模式在大氣物理學課程教學中的實施策略與實踐反思

陳雄 　陳超輝　姜勇強 　田羅庚　金賽花

［摘 要］課題組基于PBL（問題導向教學法）和翻轉課堂教學法，構建了適用于理論性強、知識點多的大氣物理學課程的“PBL+半翻轉課堂”教學模式。課前，學生自主學習并完成相關問題任務；課上，采用半翻轉課堂模式，教師和學生共同講授相輔相成；課后，總結凝練、鞏固提升。該教學模式的實施提高了學生的課堂參與度，提升了課程教學效果。

［關鍵詞］PBL；半翻轉課堂；大氣物理學；混合式教學

［中圖分類號］ G642 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）22-0025-04

大氣物理學課程主要是將數學、物理學、流體力學的基本定律和基本方程等應用于大氣科學領域，研究大氣中發生的物理現象和過程，解釋其發生的物理原因，揭示其發展演變的基本規律。通過課程學習，學生能基本掌握大氣運動變化的基本原理和基本規律，具備運用課程專業知識建立模型并分析和解決氣象問題的能力，具有崇高的價值追求和深厚的家國情懷。作為大氣科學類專業的一門基礎性課程，大氣物理學課程具有學科基礎性地位突出、承上啟下作用明顯、理論性強、數理基礎要求高、知識點多且獨立性強、研究對象過程與生活密切相關等特點。在傳統講授式教學過程中，常常會出現剛開始學生對學習內容很感興趣，但隨著理論探討和數理分析的深入，課堂教學逐漸變得單調，學生的興趣慢慢減退，從而出現學習效果不理想的情況。為了提升學生對課程學習的積極性和參與度、提升課堂教學質量，課題組基于PBL（問題導向教學法）和翻轉課堂教學法，構建了“PBL+半翻轉課堂”教學模式。

一、“PBL+半翻轉課堂”基本內涵

提升學生自主學習能力和課堂參與度，從而提高教學效果，一直是眾多教學改革所追尋的目標。PBL是一種以問題任務為導向、以學生為中心的教學方法，強調對學生主動學習能力的培養，盡可能地激發學生的創造潛能[1-2]。在PBL 教學過程中，教師根據課程內容設計相關問題任務，學生通過主動學習解決相關問題任務，進而學習問題任務背后的科學理論，提升綜合思考能力和解決實際問題能力[3]。翻轉課堂也是一種強調以學生為中心的教學模式，課上教師不再像傳統課堂教學一樣進行灌輸式講授，課堂變成了教師與學生之間、學生與學生之間互動的場所，包括答疑解惑、合作探究、完成學業等，從而達到更好的教育效果。

盡管PBL和翻轉課堂教學模式都極大地提升了學生的課堂參與度，培養了學生的自主學習能力，但是，運用翻轉課堂和PBL教學模式開展大氣物理學課程實際教學時會受到一定的限制。在翻轉課堂中，學生需要花費較多的時間通過線上線下等多種方式進行課前學習[4]，而國防科技大學的學生每天的學習訓練任務都很多，很難長期具備足夠的時間來進行課前學習以及相關課堂交流準備。PBL教學模式強調設置復雜的、有意義的問題情景[5-6]，而大氣物理學是一門基礎性強、理論性強的課程，完全的PBL教學模式不適用于大氣物理學課程教學。

因此，課題組綜合翻轉課堂和PBL教學的優勢和特點，構建了適合大氣物理學這類基礎性強、理論性強的課程的教學模式，即“PBL+半翻轉課堂”。課前，基于教學計劃和教學內容，總結凝練形成幾個關鍵性的問題任務，讓學生分組對相關問題任務進行討論學習，每組解決一個問題任務；課上，教師進行知識的講授教學，當講到課前相關問題的內容時，讓小組派代表到講臺進行講解，其他同學學習、思考、提出問題、交流討論，教師進行相關的點評、補充和學習效果檢驗；課后，制作思維導圖，開展課外練習，構建知識體系，深化學生對相關知識的理解和應用。“PBL+半翻轉課堂”教學模式具有以下特點：第一，學生課前的學習是帶著問題的學習，是基于相關問題任務的學習（PBL）；第二，學生分組討論學習一個問題，課前學習的時間花費少，適用于目前學生課程多、時間緊的實際情況；第三，課堂上教師和學生共同學習，翻轉課堂和傳統課堂相結合，適合理論性強的課程。

二、“PBL+半翻轉課堂”實施策略

（一）圍繞課程教學目標，做好課程體系設計

圍繞課程教學目標，遵循“重難點梳理—知識要點凝練—問題任務構建”的思路，做好課程體系設計。對標人才培養方案相關要求，對大氣物理學課程教學的重難點內容進行梳理，對知識要點進行凝練并構建思維導圖。通過對重難點內容的梳理和知識要點的凝練，更加清晰地彰顯了教學的方向性和目的性，可為學生學習提供清晰的知識體系架構，有利于從整體上把握相關課程知識體系。

結合學情，圍繞課程教學目標和重難點內容設計相關問題任務。問題任務主要可以分為以下幾大類：一是基本知識點的問題，例如氣壓、水汽壓和比濕、混合比的計算關系，這類問題主要讓學生完成對相關知識點的學習，進而實施翻轉課堂，幫助學生開展學習；二是相關科研成果進課堂的內容，例如我國降水和冰雹的特征，這類問題需要學生去搜集資料并整理匯報，以此培養學生搜集、閱讀、整理文獻的能力，激發其對祖國氣候的關心，培養他們的專業情懷和家國情懷；三是氣象史相關知識和問題，例如我國古代對風向的觀測和對風力的等級劃分等，通過相關教學活動的開展，提升課堂趣味性，激發學生的學習興趣，樹立文化自信；四是前沿熱點問題，例如如何科學看待和認識全球變暖，把最前沿問題引入課堂，把理論知識的應用落到實處，引導學生科學分析問題。

（二）圍繞問題任務，做好教學資源建設

與PBL和翻轉課堂相似，“PBL+半翻轉課堂”教學模式也需要學生開展課前自主學習，完成相關問題任務。通過分析解決問題和完成相關作業任務，培養學生自主學習的能力，為提升課堂教學的參與度打下基礎。為了幫助學生高效地做好課前問題任務的學習，需要從多方面、多角度做好學習資源建設，否則就會是“巧婦難為無米之炊”，學生也不知道從何學起。好的課程學習資源既要包含課程教學的重難點內容，契合教學的主題和目標，也要思路清晰、邏輯層次強，有利于課程知識體系構建，還要詳略得當、講解清晰，便于學生開展自主學習。

針對大氣物理學課程教學資源建設，課題組主要做了以下工作。一是建設課程教材。出版了國家級規劃教材《大氣科學基礎》，該教材面向高等院校大氣科學及相關專業本科生，內容全面、詳略得當、講解透徹，注重教研融合和理實結合，符合學生的學習認知規律和相關教學要求。二是建設高質量PPT課件。結合大氣物理學課程特點和學生實際情況，以學生為中心，從有助于學生學習的角度出發，建設了適用于課堂教學和學生自學的高質量PPT課件。三是建設在線課程。依托中國大學慕課和學堂在線慕課，綜合利用多所高校的在線課程，為學生課前自主學習提供豐富的在線課程資源。四是建設教學輔助資源數據庫。收集整理了課程學習輔助資源，主要包括在線網頁、視頻資源，電子教材圖書資源、仿真軟件和實物模擬資源等。

（三）以學生為中心，開展半翻轉課堂教學

在設置好問題任務后，通過學生課前準備，課堂上穿插講解，有效推動了課堂互動，活躍了課堂教學氛圍，提升了課堂教學效果。本文以“地氣系統輻射平衡”一節為例，介紹半翻轉課堂教學的實施過程。

課前教師布置相關問題任務、提供課程學習資源，學生利用學習資源分組開展自主學習，完成相關任務，做好課上匯報準備。根據學生分組情況，本次課準備了3個問題任務：全球變暖的基本情況及你對全球變暖的看法；地氣系統輻射收支項有哪些，如何構建輻射平衡；大氣保溫效應產生的物理原理是什么。課堂上教師以2022年夏季我國持續高溫引出全球變暖相關概念。針對全球變暖的現狀和爭議，讓第一組的學生匯報第一個問題，教師引導學生對匯報過程中的知識和觀點進行分析討論。然后提出問題：全球變暖產生的機理是什么？以全球溫度變化深層次原因為切入點，引導學生建立模型求解地氣系統輻射平衡問題。這時讓第二組的學生匯報第二個問題，這里構建的主要是將大氣和地面作為整體的輻射平衡模型，教師要注重引導學生對相關輻射收支項進行正確的表示；通過對比該輻射平衡模型結果和實際情況的差異，闡明模型的不足，引導學生優化模型，構建輻射平衡兩層模型，即將地面和大氣分開考慮的輻射平衡模型。兩層模型的建立相對復雜、理論性強，主要還是以教師的講授為主。通過思考大氣的輻射平衡模型中地面溫度的差異，引出大氣保溫效應的概念，進而讓第三組學生講解第三個問題。課后通過相關練習鞏固學生對知識的理解和應用，引導學生構建思維導圖，以建立知識體系架構。此外，通過學生間的相互評價和打分，提升學生的參與積極性。

（四）圍繞教學效果，做好教學評價

教學評價是檢驗教學效果、促進教學提升的重要環節，通過對教學目標達成度進行評價，可進一步考查學生課前準備、課堂參與的情況，同時可提升“PBL+半翻轉課堂”教學效果。課題組圍繞教學效果，主要從4個環節做好課程教學的評價與提升工作。一是課堂隨測。利用隨堂提問、雨課堂練習等方式，及時跟蹤了解學生對知識的掌握和應用情況以及學生課前預習準備情況。針對測試反映出的問題，及時進行講解，把相關概念和知識講清、講透，力爭讓學生在課堂上學懂、學好。二是課后練習。通過布置知識鞏固、能力提升和素質拓展3個不同層次的課后作業，檢測學生對本節課基本知識、基本概念的掌握情況和綜合運用能力，體現我國的大國形象和擔當。三是專家評教。課后及時聽取和收集督導專家的建議與意見，針對督導專家的評價和建議，分析本次課的教學效果和目標達成度，掌握授課中存在的不足，為改進授課方式做好準備。四是學生評教。采用“One minute paper”的參與式教學方式，及時搜集學生對課堂教學的反饋意見，分析學生課程學習效果和課堂目標達成度，并針對相關問題進行講解、復盤和改進。

三、“PBL+半翻轉課堂”實踐反思

（一）“PBL+半翻轉課堂”教學模式有助于教學效果的提升

課題組綜合PBL和翻轉課堂教學法的優勢與特點，構建了“PBL+半翻轉課堂”教學模式。不同于傳統的PBL教學法需要設計實際的大的問題或項目，課題組化整為零，以課堂小問題、小任務為牽引，促進學生做好課前自主學習。在課堂上，課題組采用半翻轉課堂的模式，讓教師和學生共同講解，而不是完全的灌輸式講授或實施翻轉課堂。這種教學模式適合于理論性強的課程，通常這類課程不適合設置大的項目式問題，部分課程知識點深奧，學生通過自學很難掌握相關知識。在“PBL+半翻轉課堂”教學模式中，課前，學生進行分組討論學習，其團隊溝通和自主學習能力得到了鍛煉。課中，學生采用自己“講授”的學習方式，其溝通、講授、演講能力得到了鍛煉；同時，通過課堂上教師的講授，可以幫助學生解決自主學習中遇到的問題。課后，學生自行繪制思維導圖，同時，通過相關練習深化對相關知識的理解和掌握，從而提升學習效果。

（二）問題任務的合理構建是開展半翻轉課堂教學的關鍵

不論是PBL、翻轉課堂，還是“PBL+半翻轉課堂”教學模式，課前學習任務的設計和布置都是非常重要的。“PBL+半翻轉課堂”教學法中的課前問題任務，給學生的自主學習提出了要求、指明了方向，可以說是整個教學開展的關鍵所在。在問題任務的設計過程中要把握以下幾個要點。第一，要確保相關任務和問題是學生通過自學能解答或部分解答的，問題不能太簡單，這樣沒有挑戰性，不利于激發學生的探索求知欲。而如果是太深太難的問題，學生很難利用有限的時間學懂悟透，容易產生挫敗感，也會導致半翻轉課堂的實施達不到預期的效果。第二，問題任務要圍繞教學的重難點內容和教學目標展開，不能脫離課程教學內容實際，在設計問題時要注重和實際大氣現象、氣象問題、保障案例、時政相結合，這樣才能激發學生的學習興趣，同時也會在無形之中培養學生高尚的職業操守和深厚的家國情懷。第三，不需要學生花費過多的時間去完成問題任務，確保大部分學生能在1～2小時之內完成學習和制作匯報課件。第四，根據班級人數、學生情況、教學內容靈活調整問題任務的難度和數量，且不需要每堂課都采用“PBL+半翻轉課堂”教學模式。

（三）“PBL+半翻轉課堂”教學模式的實施需要教師和學生同心協力

教學包含了教和學，是教師和學生相互促進、相互配合、相互學習、共同進步發展的過程。因此，“PBL+半翻轉課堂”教學模式的實施也需要教師和學生同心協力。教師需要準備好教學資源，練好教學基本功。“PBL+半翻轉課堂”教學模式的實施需要教師花費大量的時間去做好課程教學設計、進行全方位的準備和建設好相關教學資源。教師需要有較好的教學基本功，一方面需要對教學內容學深悟透，能及時掌握學生的學習狀況；另一方面需要有一定的課堂掌控能力，能引導學生開展對問題的討論，能對課堂教學的時間做好把控。學生也需要積極地參與自主學習，對教師布置的任務要用心學習、精心準備，而不是應付式地完成任務。同時，課后學生也需要及時向教師反饋教學過程中的不足和問題，以便教師進一步改進教學的方式方法，提高教學質量。

四、結語

提高學生在大氣物理學課程這種基礎性強、理論性強、知識點多的課堂中的參與度，提升課堂教學效果，一直是課程教學改革的目標之一。結合學生和課程的實際情況與特點，課題組構建了“PBL+半翻轉課堂”教學模式，該教學模式的實施有效地提高了學生的課堂參與度，提升了課程教學效果。本文從課程體系設計、教學資源建設、課堂教學實施和教學評價等幾個方面對實施策略進行了詳細的闡述，基于實施效果進行了反思和經驗總結，以期為相關教學改革提供參考和借鑒。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 劉佳明，杜季梅，曾愛兵，等.PBL教學法在《環境微生物學》實驗教學中探索與實踐[J].中國微生態學雜志，2013，25（9）：1109-1110.

[2] 李小勇，羅媛媛，李雪迎，等.PBL教學法在“網絡營銷學”課程教學中的實踐[J].中國林業教育，2022，40（1）：60-63.

[3] 李麗.PBL教學模式研究綜述[J].佳木斯職業學院學報，2018（2）：212-213．

[4] 王波.翻轉課堂教學模式淺析[J].計算機時代，2021（9）：99-102.

[5] 吳海娜，公衛江，易光宇.PBL教學法在大學物理線上教學中的探索與實踐[J].物理通報，2021（5）：34-38.

[6] 張琳，翁胤侖，祁方昉，等.PBL教學在八年制外科見習帶教中的應用[J].中國繼續醫學教育，2021，13（26）：38-42.

［責任編輯：蘇祎穎］