“PBL+半翻转课堂”教学模式在大气物理学课程教学中的实施策略与实践反思

陈雄 　陈超辉　姜勇强 　田罗庚　金赛花

［摘 要］课题组基于PBL（问题导向教学法）和翻转课堂教学法，构建了适用于理论性强、知识点多的大气物理学课程的“PBL+半翻转课堂”教学模式。课前，学生自主学习并完成相关问题任务；课上，采用半翻转课堂模式，教师和学生共同讲授相辅相成；课后，总结凝练、巩固提升。该教学模式的实施提高了学生的课堂参与度，提升了课程教学效果。

［关键词］PBL；半翻转课堂；大气物理学；混合式教学

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）22-0025-04

大气物理学课程主要是将数学、物理学、流体力学的基本定律和基本方程等应用于大气科学领域，研究大气中发生的物理现象和过程，解释其发生的物理原因，揭示其发展演变的基本规律。通过课程学习，学生能基本掌握大气运动变化的基本原理和基本规律，具备运用课程专业知识建立模型并分析和解决气象问题的能力，具有崇高的价值追求和深厚的家国情怀。作为大气科学类专业的一门基础性课程，大气物理学课程具有学科基础性地位突出、承上启下作用明显、理论性强、数理基础要求高、知识点多且独立性强、研究对象过程与生活密切相关等特点。在传统讲授式教学过程中，常常会出现刚开始学生对学习内容很感兴趣，但随着理论探讨和数理分析的深入，课堂教学逐渐变得单调，学生的兴趣慢慢减退，从而出现学习效果不理想的情况。为了提升学生对课程学习的积极性和参与度、提升课堂教学质量，课题组基于PBL（问题导向教学法）和翻转课堂教学法，构建了“PBL+半翻转课堂”教学模式。

一、“PBL+半翻转课堂”基本内涵

提升学生自主学习能力和课堂参与度，从而提高教学效果，一直是众多教学改革所追寻的目标。PBL是一种以问题任务为导向、以学生为中心的教学方法，强调对学生主动学习能力的培养，尽可能地激发学生的创造潜能[1-2]。在PBL 教学过程中，教师根据课程内容设计相关问题任务，学生通过主动学习解决相关问题任务，进而学习问题任务背后的科学理论，提升综合思考能力和解决实际问题能力[3]。翻转课堂也是一种强调以学生为中心的教学模式，课上教师不再像传统课堂教学一样进行灌输式讲授，课堂变成了教师与学生之间、学生与学生之间互动的场所，包括答疑解惑、合作探究、完成学业等，从而达到更好的教育效果。

尽管PBL和翻转课堂教学模式都极大地提升了学生的课堂参与度，培養了学生的自主学习能力，但是，运用翻转课堂和PBL教学模式开展大气物理学课程实际教学时会受到一定的限制。在翻转课堂中，学生需要花费较多的时间通过线上线下等多种方式进行课前学习[4]，而国防科技大学的学生每天的学习训练任务都很多，很难长期具备足够的时间来进行课前学习以及相关课堂交流准备。PBL教学模式强调设置复杂的、有意义的问题情景[5-6]，而大气物理学是一门基础性强、理论性强的课程，完全的PBL教学模式不适用于大气物理学课程教学。

因此，课题组综合翻转课堂和PBL教学的优势和特点，构建了适合大气物理学这类基础性强、理论性强的课程的教学模式，即“PBL+半翻转课堂”。课前，基于教学计划和教学内容，总结凝练形成几个关键性的问题任务，让学生分组对相关问题任务进行讨论学习，每组解决一个问题任务；课上，教师进行知识的讲授教学，当讲到课前相关问题的内容时，让小组派代表到讲台进行讲解，其他同学学习、思考、提出问题、交流讨论，教师进行相关的点评、补充和学习效果检验；课后，制作思维导图，开展课外练习，构建知识体系，深化学生对相关知识的理解和应用。“PBL+半翻转课堂”教学模式具有以下特点：第一，学生课前的学习是带着问题的学习，是基于相关问题任务的学习（PBL）；第二，学生分组讨论学习一个问题，课前学习的时间花费少，适用于目前学生课程多、时间紧的实际情况；第三，课堂上教师和学生共同学习，翻转课堂和传统课堂相结合，适合理论性强的课程。

二、“PBL+半翻转课堂”实施策略

（一）围绕课程教学目标，做好课程体系设计

围绕课程教学目标，遵循“重难点梳理—知识要点凝练—问题任务构建”的思路，做好课程体系设计。对标人才培养方案相关要求，对大气物理学课程教学的重难点内容进行梳理，对知识要点进行凝练并构建思维导图。通过对重难点内容的梳理和知识要点的凝练，更加清晰地彰显了教学的方向性和目的性，可为学生学习提供清晰的知识体系架构，有利于从整体上把握相关课程知识体系。

结合学情，围绕课程教学目标和重难点内容设计相关问题任务。问题任务主要可以分为以下几大类：一是基本知识点的问题，例如气压、水汽压和比湿、混合比的计算关系，这类问题主要让学生完成对相关知识点的学习，进而实施翻转课堂，帮助学生开展学习；二是相关科研成果进课堂的内容，例如我国降水和冰雹的特征，这类问题需要学生去搜集资料并整理汇报，以此培养学生搜集、阅读、整理文献的能力，激发其对祖国气候的关心，培养他们的专业情怀和家国情怀；三是气象史相关知识和问题，例如我国古代对风向的观测和对风力的等级划分等，通过相关教学活动的开展，提升课堂趣味性，激发学生的学习兴趣，树立文化自信；四是前沿热点问题，例如如何科学看待和认识全球变暖，把最前沿问题引入课堂，把理论知识的应用落到实处，引导学生科学分析问题。

（二）围绕问题任务，做好教学资源建设

与PBL和翻转课堂相似，“PBL+半翻转课堂”教学模式也需要学生开展课前自主学习，完成相关问题任务。通过分析解决问题和完成相关作业任务，培养学生自主学习的能力，为提升课堂教学的参与度打下基础。为了帮助学生高效地做好课前问题任务的学习，需要从多方面、多角度做好学习资源建设，否则就会是“巧妇难为无米之炊”，学生也不知道从何学起。好的课程学习资源既要包含课程教学的重难点内容，契合教学的主题和目标，也要思路清晰、逻辑层次强，有利于课程知识体系构建，还要详略得当、讲解清晰，便于学生开展自主学习。

针对大气物理学课程教学资源建设，课题组主要做了以下工作。一是建设课程教材。出版了国家级规划教材《大气科学基础》，该教材面向高等院校大气科学及相关专业本科生，内容全面、详略得当、讲解透彻，注重教研融合和理实结合，符合学生的学习认知规律和相关教学要求。二是建设高质量PPT课件。结合大气物理学课程特点和学生实际情况，以学生为中心，从有助于学生学习的角度出发，建设了适用于课堂教学和学生自学的高质量PPT课件。三是建设在线课程。依托中国大学慕课和学堂在线慕课，综合利用多所高校的在线课程，为学生课前自主学习提供丰富的在线课程资源。四是建设教学辅助资源数据库。收集整理了课程学习辅助资源，主要包括在线网页、视频资源，电子教材图书资源、仿真软件和实物模拟资源等。

（三）以学生为中心，开展半翻转课堂教学

在设置好问题任务后，通过学生课前准备，课堂上穿插讲解，有效推动了课堂互动，活跃了课堂教学氛围，提升了课堂教学效果。本文以“地气系统辐射平衡”一节为例，介绍半翻转课堂教学的实施过程。

课前教师布置相关问题任务、提供课程学习资源，学生利用学习资源分组开展自主学习，完成相关任务，做好课上汇报准备。根据学生分组情况，本次课准备了3个问题任务：全球变暖的基本情况及你对全球变暖的看法；地气系统辐射收支项有哪些，如何构建辐射平衡；大气保温效应产生的物理原理是什么。课堂上教师以2022年夏季我國持续高温引出全球变暖相关概念。针对全球变暖的现状和争议，让第一组的学生汇报第一个问题，教师引导学生对汇报过程中的知识和观点进行分析讨论。然后提出问题：全球变暖产生的机理是什么？以全球温度变化深层次原因为切入点，引导学生建立模型求解地气系统辐射平衡问题。这时让第二组的学生汇报第二个问题，这里构建的主要是将大气和地面作为整体的辐射平衡模型，教师要注重引导学生对相关辐射收支项进行正确的表示；通过对比该辐射平衡模型结果和实际情况的差异，阐明模型的不足，引导学生优化模型，构建辐射平衡两层模型，即将地面和大气分开考虑的辐射平衡模型。两层模型的建立相对复杂、理论性强，主要还是以教师的讲授为主。通过思考大气的辐射平衡模型中地面温度的差异，引出大气保温效应的概念，进而让第三组学生讲解第三个问题。课后通过相关练习巩固学生对知识的理解和应用，引导学生构建思维导图，以建立知识体系架构。此外，通过学生间的相互评价和打分，提升学生的参与积极性。

（四）围绕教学效果，做好教学评价

教学评价是检验教学效果、促进教学提升的重要环节，通过对教学目标达成度进行评价，可进一步考查学生课前准备、课堂参与的情况，同时可提升“PBL+半翻转课堂”教学效果。课题组围绕教学效果，主要从4个环节做好课程教学的评价与提升工作。一是课堂随测。利用随堂提问、雨课堂练习等方式，及时跟踪了解学生对知识的掌握和应用情况以及学生课前预习准备情况。针对测试反映出的问题，及时进行讲解，把相关概念和知识讲清、讲透，力争让学生在课堂上学懂、学好。二是课后练习。通过布置知识巩固、能力提升和素质拓展3个不同层次的课后作业，检测学生对本节课基本知识、基本概念的掌握情况和综合运用能力，体现我国的大国形象和担当。三是专家评教。课后及时听取和收集督导专家的建议与意见，针对督导专家的评价和建议，分析本次课的教学效果和目标达成度，掌握授课中存在的不足，为改进授课方式做好准备。四是学生评教。采用“One minute paper”的参与式教学方式，及时搜集学生对课堂教学的反馈意见，分析学生课程学习效果和课堂目标达成度，并针对相关问题进行讲解、复盘和改进。

三、“PBL+半翻转课堂”实践反思

（一）“PBL+半翻转课堂”教学模式有助于教学效果的提升

课题组综合PBL和翻转课堂教学法的优势与特点，构建了“PBL+半翻转课堂”教学模式。不同于传统的PBL教学法需要设计实际的大的问题或项目，课题组化整为零，以课堂小问题、小任务为牵引，促进学生做好课前自主学习。在课堂上，课题组采用半翻转课堂的模式，让教师和学生共同讲解，而不是完全的灌输式讲授或实施翻转课堂。这种教学模式适合于理论性强的课程，通常这类课程不适合设置大的项目式问题，部分课程知识点深奥，学生通过自学很难掌握相关知识。在“PBL+半翻转课堂”教学模式中，课前，学生进行分组讨论学习，其团队沟通和自主学习能力得到了锻炼。课中，学生采用自己“讲授”的学习方式，其沟通、讲授、演讲能力得到了锻炼；同时，通过课堂上教师的讲授，可以帮助学生解决自主学习中遇到的问题。课后，学生自行绘制思维导图，同时，通过相关练习深化对相关知识的理解和掌握，从而提升学习效果。

（二）问题任务的合理构建是开展半翻转课堂教学的关键

不论是PBL、翻转课堂，还是“PBL+半翻转课堂”教学模式，课前学习任务的设计和布置都是非常重要的。“PBL+半翻转课堂”教学法中的课前问题任务，给学生的自主学习提出了要求、指明了方向，可以说是整个教学开展的关键所在。在问题任务的设计过程中要把握以下几个要点。第一，要确保相关任务和问题是学生通过自学能解答或部分解答的，问题不能太简单，这样没有挑战性，不利于激发学生的探索求知欲。而如果是太深太难的问题，学生很难利用有限的时间学懂悟透，容易产生挫败感，也会导致半翻转课堂的实施达不到预期的效果。第二，问题任务要围绕教学的重难点内容和教学目标展开，不能脱离课程教学内容实际，在设计问题时要注重和实际大气现象、气象问题、保障案例、时政相结合，这样才能激发学生的学习兴趣，同时也会在无形之中培养学生高尚的职业操守和深厚的家国情怀。第三，不需要学生花费过多的时间去完成问题任务，确保大部分学生能在1～2小时之内完成学习和制作汇报课件。第四，根据班级人数、学生情况、教学内容灵活调整问题任务的难度和数量，且不需要每堂课都采用“PBL+半翻转课堂”教学模式。

（三）“PBL+半翻转课堂”教学模式的实施需要教师和学生同心协力

教学包含了教和学，是教师和学生相互促进、相互配合、相互学习、共同进步发展的过程。因此，“PBL+半翻转课堂”教学模式的实施也需要教师和学生同心协力。教师需要准备好教学资源，练好教学基本功。“PBL+半翻转课堂”教学模式的实施需要教师花费大量的时间去做好课程教学设计、进行全方位的准备和建设好相关教学资源。教师需要有较好的教学基本功，一方面需要对教学内容学深悟透，能及时掌握学生的学习状况；另一方面需要有一定的课堂掌控能力，能引导学生开展对問题的讨论，能对课堂教学的时间做好把控。学生也需要积极地参与自主学习，对教师布置的任务要用心学习、精心准备，而不是应付式地完成任务。同时，课后学生也需要及时向教师反馈教学过程中的不足和问题，以便教师进一步改进教学的方式方法，提高教学质量。

四、结语

提高学生在大气物理学课程这种基础性强、理论性强、知识点多的课堂中的参与度，提升课堂教学效果，一直是课程教学改革的目标之一。结合学生和课程的实际情况与特点，课题组构建了“PBL+半翻转课堂”教学模式，该教学模式的实施有效地提高了学生的课堂参与度，提升了课程教学效果。本文从课程体系设计、教学资源建设、课堂教学实施和教学评价等几个方面对实施策略进行了详细的阐述，基于实施效果进行了反思和经验总结，以期为相关教学改革提供参考和借鉴。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 刘佳明，杜季梅，曾爱兵，等.PBL教学法在《环境微生物学》实验教学中探索与实践[J].中国微生态学杂志，2013，25（9）：1109-1110.

[2] 李小勇，罗媛媛，李雪迎，等.PBL教学法在“网络营销学”课程教学中的实践[J].中国林业教育，2022，40（1）：60-63.

[3] 李丽.PBL教学模式研究综述[J].佳木斯职业学院学报，2018（2）：212-213．

[4] 王波.翻转课堂教学模式浅析[J].计算机时代，2021（9）：99-102.

[5] 吴海娜，公卫江，易光宇.PBL教学法在大学物理线上教学中的探索与实践[J].物理通报，2021（5）：34-38.

[6] 张琳，翁胤仑，祁方昉，等.PBL教学在八年制外科见习带教中的应用[J].中国继续医学教育，2021，13（26）：38-42.

［责任编辑：苏祎颖］