“八步教學法”在大氣物理學課程中的應用

陳超輝　陳雄　姜勇強　曹劍秋　周鶴峰　金賽花

［摘 要］文章基于大氣物理學課程的教學現狀，結合軍校學員的課堂教學特點，以“四化”教學理念為指導，以啟發式教學為抓手，設計并提出了“八步教學法”，同時結合具體的教學案例闡述該教學法在大氣物理學課程教學過程中的應用，以期為其他相關課程教學模式改革提供借鑒。

［關鍵詞］大氣物理學；啟發式教學；課程教學實踐；“八步教學法”

［中圖分類號］G642［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）08-0038-05

大氣物理學是國防科技大學（以下簡稱我校）大氣科學類專業大氣科學基礎課程群和海洋科學基礎課程群的主干專業基礎課程[1]。

調查發現，我校大氣物理學課程教學現狀大致如下：（1）大氣物理學的研究對象為看不見摸不著的大氣層，課程教學內容難以直觀展示和形象觀察，理論也比較抽象，對學生的抽象思維能力要求較高。（2）大氣物理學的教學內容模塊本質上是基礎物理學與大氣科學的交叉融合，即基礎物理學在大氣科學領域各個方面的應用，但其理論框架與內容體系經過不斷演化早已改變原始物理學模型，不易追本溯源把握物理本質。（3）傳統的大氣物理學課程包括大氣概述、大氣靜力學、大氣動力學、大氣熱力學、大氣輻射學、云物理學、大氣聲學、大氣光學、大氣電學等，內容覆蓋面甚廣、分支繁多，章節內容相對獨立，各章可自成體系，知識點碎片化嚴重，不易構建知識單元和知識點之間以及與后續專業課程的聯系。（4）大氣物理學理論講授多年來的經典方式是對學生進行基本理論、基礎知識的講授，對基本體系、基本結論進行搭建和重難點區分，過于強調知識的系統性，對技能訓練、課程應用實踐不夠重視，固有的結論呈現方式單一，趣味性不足且背景意義不明確，缺乏向國防軍事領域應用及部隊任務需求的延伸，難以滿足“能打仗、打勝仗”的新型軍事氣象保障人才培養要求。

一、“八步教學法”新型課堂教學模式

奧蘇貝爾認為，認知結構對新知識獲得和保持的影響因素主要有三個：一是認知結構中對新知識起固定作用的舊知識的可利用性程度，二是新知識與同化它的原有舊知識之間的可辨別性程度，三是認知結構中起固定作用的舊知識的穩定性和清晰性程度。也就是說人們對新知識的認識，總是建立在由原有經驗構成的認知結構之上[2]。啟發式教學是符合學生認知結構并提高學生課堂參與度的有效手段[3]。實施啟發式教學能夠激發學生把所學的知識付諸實踐的積極性，使學生具備發現問題及解決問題的能力，同時掌握發現問題及解決問題的途徑，破解學習與創新過程中的“孤島難題”，以適應軍隊信息化建設與聯合作戰需要。

“四化”教學理念是指在教學中以學生為中心，以啟發式教學為抓手，在課程教學過程中，秉承抽象的內容形象化、物理理論框架模型化、分散的知識點體系化和經典的結論趣味化的“四化”理念，使學生能夠學得懂、識得透、悟得深、思得遠、用得巧、會創造。

鑒于此，我校大氣物理學課程教學團隊根據上述課程教學現狀，在傳統教學模式基礎上進行了改革與創新。課程教學團隊通過閱讀大量文獻，開展理論研究，尤其是分析啟發式教學在自然科學課程的教學模式研究應用現狀，根據大氣物理學課程的教學特點、教學內容及現有教學資源，結合學生認知結構、問題背景，優化課堂教學環節，鼓勵學生積極參與，設計并提出了一種以“四化”教學理念為指導的大氣物理學啟發式創新教學法——“八步教學法”，如圖1所示。

二、大氣物理學課程“八步教學法”的設計原則

大氣物理學課程“八步教學法”的設計遵循注重課程基礎知識體系構建、注重理實結合與科教融合、注重以學生為中心與學生綜合能力培養、注重發揮課程思政的協同育人作用的四個注重原則，并在啟發式教學中貫徹“四化”教學理念。

（一）注重大氣物理學課程基礎知識體系構建

大氣科學按學科屬性劃分屬于理學，課程教學團隊為了讓學生在有限學時內夯實大氣物理學基礎，將大氣物理學各個領域專業基礎知識高度濃縮和集成精華，在授課時序上幫助學生以初學者認知為基點，由簡單到復雜、由表及里，建構一個完整有趣、由淺入深研究大氣的認知體，使學生在學習過程中受知識主線與認知主線相結合的“雙主線”牽引，收到了事半功倍的效果。

（二）注重理實結合與科教融合

注重理實結合，引入典型天氣現象事件，簡化并歸類整理其中和課程內容密切相關的知識點，做好實際天氣現象、物理過程與教學內容的有機融合，增強學生對基礎理論和基礎模型的應用能力。注重科教融合，針對教學內容中的物理概念抽象且不易理解、數學推導與物理概念易脫節等問題，借助現代計算機技術，研制出“大氣云宏微觀環境虛擬仿真”等系列教學軟件來揭示云宏微觀變化特征，由靜變動、由二維擴展為三維，使得抽象物理問題具象化，提升教學高階性，全面培養學生能力與素質。

（三）注重以學生為中心與學生綜合能力培養

注重以學生為中心，從學生想學什么、該怎么學、如何學好等角度出發，通過翻轉課堂、交流研討、提問互動等多種教學形式，尊重學生的主體地位，重視學生個體差異并進行因材施教。注重學生綜合能力的培養，通過多種渠道對學生的表達能力、高階思維能力、計算能力、實踐能力和創新能力進行鍛煉和培養。

（四）注重發揮課程思政的協同育人作用

強化姓軍為戰屬性，通過挖掘課程蘊含的內涵型和外延型思政元素，將課程思政教育內容與專業知識內容深度融合，做到學思統一、同向而行、協同育人。通過課程思政，課程教學團隊力求落實立德樹人、為戰育人的目標，從維度、主題、元素、案例4個層面建立課程思政體系，整理出課程思政的4大維度、8大主題和24個思政元素，結合課程教學具體內容編制了40個課程思政案例。在課程思政案例中注重引入我國、我軍典型的氣象保障案例和故事，培養學生學好氣象學的使命感，增強學生獻身國防的精神品質。同時，該團隊牽頭編寫了教指委《全國大氣物理學課程思政指南》，可為同行提供參考。

三、大氣物理學“八步教學法”應用

“八步教學法”作為新型課堂教學模式，在大氣物理學課程中是一種符合學生認知結構，根據學生消化與吸收知識的特點，結合大氣物理學教學內容，以“四化”教學理念為指導，以啟發式教學為抓手，以培養新型軍事氣象保障人才為目標的教學模式。筆者以大氣物理學課程中的“暖云降水機制”一課作為具體案例來闡述該教學模式在教學過程中的應用，具體流程如圖2所示。

（一）情境創設

情境創設是指教師為了提升教學效果、學生學習效率而創設的與教學內容相關聯的情境，或將教學內容所表征的實際事物直觀展示給學生，以激發學生的學習興趣，讓學生產生身臨其境的感覺，從而激發學生的求知欲[4]。這種教學手段可以很好地滿足“四化”理念中抽象內容形象化的要求。將抽象的大氣物理學知識通過具體的視頻、圖片直觀地展示給學生，可以使抽象的知識具體化、形象化。通過演示啟發、任務啟發、直觀啟發等方式促進學生對知識的學習，更符合學生的認知發展規律，即先形成感性認識后發展成為理性認識。

教師在大氣物理學課程教學開始前應根據教學目標研讀教學內容，結合具體的課程內容、知識點和學生的能力水平精心選擇教學材料；在教學過程中借助教具或視頻、圖片等多媒體工具，設計與學習內容相符的學習情境，刺激和調動學生的多種感官，激發學生的學習熱情，引導學生帶著強烈的求知欲開始課程學習。比如在“暖云降水機制”這個內容的教學開始時，授課教師可先選擇具有代表性的梅雨系列圖片，引導學生形成關于暖云降水的感性認識，并通過播放視頻再現洪水造成的人員傷亡、經濟損失場景以及抗洪搶險現場，用演示啟發、直觀啟發的方式創設教學情境，讓學生在直觀情境中感知、感動，激發學生的求知欲和學習情感。

（二）問題設計與引入

問題是通往理解的必經之路，良好的問題設計與引入可以為學生順利理解和掌握知識創造有利條件[5]。大氣物理學課程是一門自然科學，從相關大氣物理現象的發生和解釋到理論模型的總結和應用都充滿了問題，整個教學過程就是提出問題、理解問題、解決問題的過程。因此在大氣物理學課程教學過程中，問題的設計與引入起著至關重要的作用，其質量是一堂課成功與否的關鍵。授課教師根據前期所創設的教學情境和課程教學目標，結合學生的知識背景和思維特點，聯系專業熱點或事例進行問題設計。

問題的設計要遵循基礎性、科學性、針對性、啟發性的原則，為學生設計一個契合教學主題且通過努力就能解決的問題。比如在暖云降水原理教學過程中進行問題設計時，可以引入以下問題：梅雨是指每年6月上旬至7月中旬出現在我國長江中下游地區的持續天陰有雨天氣現象。這種連綿的陰雨，溫高濕高，屬于典型的暖云降水，那么暖云降水的機制是什么？通過上述問題的設計與引入，應用問題啟發，讓學生對暖云降水機制產生好奇心，激發學生探究相關原理的積極性。

（三）學生獨立思考

學起于思，是指獲取知識起源于思考。大氣物理學“八步教學法”在繼承、發揚傳統教學模式優點的同時也注意避免其缺點，采用任務啟發、聯想啟發的教學方式，堅持以學生為主體，讓學生充分認識獨立思考在學習中的作用和價值。在教學過程中，教師通過提供上階段所提問題的解決線索，啟發學生去獨立思考，引導學生自主尋求正確的思考方向，并獨立地分析問題。通過啟發式教學理念中“憤”“悱”情境的設置，提高學生獨立解決問題的能力。比如在“暖云降水機制”這個內容的教學進行到這一環節時，教師可引導學生思考解決暖云降水這一問題需要哪些相關知識以及自身知識結構是否已經具備了相關知識。如已具備，應該從哪些角度進行分析？如不具備，又可以從哪些方面獲??？通過給學生更多的學習主動權，進一步催生學生的好奇心，提高學生的學習熱情。

（四）階梯式激發

階梯式激發是一種特殊的教學策略，教師通過設置一系列具體的學習目標或獎勵機制，應用目的啟發、任務啟發等教學方式，鼓勵學生克服學習過程中遇到的難題，不斷提高自己的能力水平[6]。對于大氣物理學這類抽象、復雜的自然科學學習而言，單靠學生獨立思考去解決問題往往難度較大，容易打擊學生的學習積極性。階梯式激發正是解決這類教學難題的有效方式，將復雜的問題化整為零、化繁為簡，通過引導學生將一個個循序漸進的獨立小問題各個擊破，從而使原本困難、抽象的問題得以解決。實施階梯式激發過程中要注意根據學生的不同能力水平設定不同的具體目標和獎勵機制，并要及時對學生的學習成果進行有效評價和反饋，不斷激發學生的思維積極性，促進學生的成長和發展。

在大氣物理學課程教學過程中，由于有的學生理論基礎薄弱、有的較強，教師可通過將暖云降水機制的求解以階梯式分成求解云滴凝結增長模型和云滴重力碰并增長模型兩個小目標，引導學生由淺入深地求解上述兩個問題，多數學生可以順利得到暖云降水機制的答案。

（五）主動獲取與吸收

傳統的教學模式以教師講授為主，學生被動接受知識，而現代啟發式教學強調學生是學習的主體，教師以引導者的角色為學生講授知識的同時要給學生更多主動學習的空間。教師作為學生學習的領路人，可以通過問題啟發的方式引導學生進行自我提問，并在解決問題的過程中對知識要點進行聯系與整合。教師還通過應用對比啟發的方法，引導學生對所學知識進行對比與歸納，培養學生主動獲取與吸收知識的意識與能力。比如，前面提到將暖云降水機制分解成云滴凝結增長模型和云滴重力碰并增長模型兩個問題，在主動獲取與吸收環節，教師可引導學生對這兩個模型的具體理論進行自我提問，促使學生生成自己去獲取知識、解決問題的動力，并對所學知識點進行歸納，從而進一步鞏固和深化所學知識。

（六）誤區與盲區掃除

誤區與盲區掃除是學習過程中的重要環節，誤區是指學生對一些知識點或者在自身思考過程中做出誤以為正確而事實上并不正確的判斷；而盲區是指學生看不見的區域，即超出了學生自身認知范圍的區域。要掃除學生學習的誤區與盲區，可以讓學生發現自己真正的問題在哪，同時避免同樣的錯誤再次發生，以更好地解決學習過程中遇到的困難和疑惑，從而提升學習效果。比如在“暖云降水機制”這個內容中，云滴凝結增長和云滴重力碰并增長這兩個知識點可能是部分學生的知識盲區，而多數學生又容易將這兩個模型搞混淆。教師可通過對比啟發、邏輯啟發的方式幫助學生發現自我認知的盲區，有效促進學生理性思維的形成，使學生能分清云滴凝結增長和云滴重力碰并增長的不同階段性，更好地理解暖云降水機制。

（七）歸納與總結

歸納與總結是促進知識消化與吸收的有效手段[7]，也是提升學生學習效率的重要方法之一。通過對所學知識的歸納與總結，不僅能夠幫助學生理解所學知識，還能讓學生弄清新舊知識之間的聯系，將新知識納入自身的認知結構中，完善知識體系，使學生感受到收獲的喜悅感，從而提升學習效果。比如在“暖云降水機制”這個內容的歸納與總結環節，教師可結合課堂教學目標，通過歸納啟發、對比啟發、圖示啟發等教學方式，讓學生對前期所學知識進行歸納和總結，鍛煉學生獨立思考的能力，并引導與協助學生形成暖云降水全過程圖譜，培養學生的批判性思維能力。

（八）轉化與應用

轉化與應用是大氣物理學“八步教學法”實施的最后一個步驟。學習的最終目的是能夠學以致用，讓學生應用所學知識解決實際問題。大氣物理學“八步教學法”以啟發式教學為抓手，結合課程內容及相關前沿熱點，通過實例啟發、事件啟發、任務啟發等教學方式，讓學生在鞏固所學知識的同時提高學生發現問題并解決問題的能力。比如在“暖云降水機制”這個內容的教學結束前，教師可根據該課教學內容和研究前沿熱點問題，啟發學生運用所學知識理解氣流上升速度與云滴回到云底所需時間的關系。通過讓學生學以致用調動學生的學習積極性，從而形成學以致用、用以促學的良性循環，有效提升教學效果。

四、結語

本文主要結合我校大氣物理學課程教學團隊的相關教學實踐，從分析教學現狀及現存問題出發，結合大氣物理學課程特點、教學目標以及學生認知規律，提出一種有效進行大氣物理學課程教學的啟發式創新教學法，并結合教學實例闡述該教學法在教學過程中的具體應用，以期在課時較少、課程內容理論性強且抽象的情況下提升教學效果。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 陳超輝，陳雄，姜勇強，等.基于啟發式教學模式的“大氣物理學”教學實踐探索[J].科教導刊，2023（11）：85-87.

[2] 朱智賢.心理學大詞典［M］.北京：北京師范大學出版社，1989：537.

[3] 魏佳勇.傳統啟發式教學與現代啟發式教學之對比研究[J].成都教育學院學報，2001（6）：51-53.

[4] 汪富蘭.情景重現，意境體驗：探析初中英語口語教學中的情境創設[J].課堂內外：教師版（初等教育），2018（9）：93.

[5] 程新展.數學課堂問題情境引入設計的五個著力點[J].教學與管理，2020（10）：31-33.

[6] 劉莉.階梯式教學模式激發肥胖生體育鍛煉興趣初探[J].才智，2014（22）：181.

[7] 田麗，劉桂艷，邱頔.歸納總結法在有機化學教學過程中的重要性[J].教育教學論壇，2020（18）：296-297.

［責任編輯：龐丹丹］