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PBL教学法在《天气学分析》课程中的应用
1 引言
PBL教学法是一套设计学习情境的完整方法(Problem-Based
Learning,简称PBL),也称作问题式学习。最早起源于20世纪50年代的
医学教育,是基于现实世界的以学生为中心的教育方式[1]。PBL教学法最
早用于医学教育,近年来在其他领域中,尤其是实践教学中得到广泛应用
[2~5]。
《天气学分析》课程作为各高校大气科学专业的实践课程(必修),
传统的教学方式教学效果较差。对于该课程的调研结果表明:首先,现在
很多台站不再手绘天气图,导致学生对本课程的重视度不够。其次,教师
对《天气学分析》中所涉及的天气分析规范不能及时更新。最后,课程的
教学个例以20世纪70年代为主,教学个例陈旧。学生的代入感不强,导
致教学效果不好,且存在不同的老师教学质量参差不齐的情况。PBL教学
法作为一种以学生为主体、以问题为核心的教学方法,在《天气学分析》
课程教学中有相当大的优势。本文详细介绍在天气分析教学环节中针对课
程重点和难点PBL教学法的应用。
2 课程概况
教育部于2015年明确提出需适度扩大气象人才招生规模,加快气象
事业发展急需的人才培养,并成立“中国气象人才培养联盟”,明确高校
需要在课程体系建设、实践课程、实习环节方面有所提高。《天气学分析》
作为气象学的专业基础课(必修课),首先是使学生掌握天气图分析的基
础知识和基本方法,建立预报思路,为本科生走上工作岗位打下基础。目
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前南京信息工程大学、成都信息工程大学、中山大学、南京大学、兰州大
学、云南大学以及北京大学大气科学相关专业都已开设本课程,且该课程
也为南京信息工程大学气象类专业的考研课程,教材为寿绍文老师主编的
《天气学分析》[6]。
《天气学分析》作为一门实践课程,包括两个部分,一部分是《天气
学分析基础》,一部分是《典型天气过程分析》,一般在两个学期相继开课。
分别可以当作《天气学原理》和《中国天气》的实习,旨在加深学生对天
气学以及天气过程的直观理解。
《天气学分析基础》主要注重天气分析基本技能的训练,并通过课程
的学习,巩固天气学原理中的理论知识、了解天气系统的结构,并达到天
气系统和锋面分析的能力,能够较快、较准确地分析高空天气图和地面天
气图。
《典型天气过程分析》使学生所学中国天气知识得到加深理解和巩固,
熟练掌握天气图分析方法和各项技术要求,掌握《中国天气》各章节中天
气系统生、消演变规律,理解各种典型天气过程的分析着眼点。典型天气
过程包括北方气旋、寒潮天气过程、梅雨天气过程以及台风过程。
3 PBL方法在天气学分析基础中的实践应用――以槽线为例
《天气学分析基础》的重点包括天气分析规范,槽线、切变线分析以
及锋面分析等。其中槽线、切变线以及锋面分析也是难点[7]。
这里以槽线为例介绍PBL教学法的应用。在给出槽线的定义后,应该
让学生首先去思考一个问题,即为什么要分析槽线?教师在提出问题的同
时,给出上课当日的天气图,包括500 hPa,850 hPa(或者700 hPa)以
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及地面天气图作为参考(可在中央气象台网站http://nmc/、韩国气象中
心网站http://web.kma.go.kr/chn/index.jsp下载天气图),称作这个
环节会“今日天气”环节。教师逐步引导同学将地面的天气与高空的槽脊
形势相联系,从而让学生明确分析槽线的必要性。采用上课当日天气图的
原因是为了让学生有更直观的认识,并能在一定程度上提高学习兴趣。接
下来就是以学生为主体进行槽线的确定。槽线是从气压场定义,而由于气
压场和风场的关系,会更多从风场去定槽线。在给出一个槽线示例之后,
应该就由学生来定槽线。在槽线第一次课中,应该以提问的方式,鼓励学
生敢于定槽。按照经验,两个学时的时间能够和学生共同完成等压面初步
分析500 hPa(范围为欧亚大陆)槽线的分析。槽线第一次课后要进行作
业批改,把学生槽线中出现的问题在下一次课中集中讲述,同时让学生自
己完成对应的700 hPa槽线的分析。第二次课后作业批改之后对于个别同
学确实存在困难的,则除集中讲述之外,还要进行个别辅导。槽线分析应
该有6~8个学时(3~4次课),因此学生至少可以分析4~5组不同等压
面及其与地面系统的配置情况,其中包括学生绘制的一组,以及上课当日
的天气形势和高低空配置情况(共计3~4组)。经过这些实践和训练,学
生也基本能够掌握槽线以及槽线分析。
4 PBL方法在典型天气过程中的实践应用――以梅雨天气为例
典型天气过程课程包括4个,由于篇幅的关系,这里以梅雨天气为例
介绍如何做到以学生为主体,以问题为核心(PBL教学法)进行教学。由
于此时,学生已经基本掌握天气分析基本技能,在进行梅雨典型天气过程
分析时,应该首先提出的问题是:影响梅雨的关键天气系统是什么?如何
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预报?而学生的工作就是去认识这些系统,并揭示系统生消演变的原因,
在此基础上进行预报。在中国天气课程中,学生已经得知典型梅雨的环流
形势,包括对流层上层的南亚高压,对流层中层的阻塞高压、长波浅槽、
西太平洋副热带高压以及引起降水的短波槽,还包括对流层下层的西南
涡、切变线以及低空急流,地面图上则表示为梅雨锋和气旋波动。在实践
教学环节中,需要绘制梅雨期一次暴雨过程中500 hPa,850 hPa以及地
面的天气图。因此首先教师可以提供对应的100或者200 hPa天气图,让
学生从中找出影响大范围降水的关键系统-南亚高压,并讨论南亚高压为
何会对江淮梅雨进行影响。在绘制完毕的天气图上,让学生找到关键系统,
并讨论不同层面、不同尺度系统对此次梅雨暴雨的作用。 相对于
天气分析基础,典型天气过程分析更加以学生为主体。通常会以5人左右
为1组,进行讨论(包括课上和课后讨论),在本次过程全部天气图绘制
完毕之后,每组同学完成关于本次过程的幻灯片制作,由一位同学主讲,
在课堂上进行汇报。教师则可根据学生汇报情况进行补充。每位学生在每
次过程分析结束之后提交实习报告一次。
和天气分析基础类似,在进行典型天气过程分析的时候,可结合当日
天气进行分析(天气图获取方法同上),实践表明,“今日天气”环节可
有效提高学生的学习兴趣,也可提高学生的综合能力。
5 结语
《天气学分析》是气象学专业重要的基础课,重理论,强实践是其特
色,通过PBL教学法可充分体现学生主体地位,调动其主观能动性,加深
学生对《天气学原理》和《中国天气》的理解。教师需要通过提出问题来
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引导学生去解决问题,并在解决问题的过程中发现新问题,缩短理论与实
践的距离,使得学生顺利走上工作岗位。为做到《天气学分析》课程理论
与实践的更好结合,在此强调《天气分析基础》应与《天气学原理》同时
开课,而《典型天气过程分析》与《中国天气》同时开课。
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