基础理论性课程半翻转课堂教学设计与实施——以“大气物理学”为例

陈 雄，陈超辉，姜勇强

（国防科技大学气象海洋学院 湖南 长沙 410073）

1 概述

1.1 课程特点和目前教学的痛点

“大气物理学”是大气科学及相关专业的一门学科基础课，支撑了后续大量学科专业课程的学习。课程具有覆盖面广、内容抽象、知识点多、基础性强、理论性高、章节独立以及前沿知识更新快等特点[1]。课程教学目前主要采用的是传统的讲授灌输式教学，教师在教学过程中发现主要存在以下痛点：一是课程知识点多、内容抽象，讲授的过程中学生参与度不够，容易导致课堂氛围不活跃、学习效果不佳的现象；二是课程理论性强、数理基础要求高，在讲解相关理论物理本质时常常显得非常空洞，吸引不了学生的注意力；三是课程内容覆盖面广、章节独立性强，在学习过程中不易组织知识单元之间的联系。因此，课程教学过程中若一直采用讲授式“满堂灌”的教学模式就会导致学生被动接受专业知识，缺乏主动参与，学习效果不理想，难以形成对课程内容系统性的理解和掌握。因此，“大气物理学”课程亟须创新教学模式，增强学生的课堂参与度，提高学生学习的主动性，活跃课堂学习氛围，进而提升课程学习效果。

1.2 翻转课堂的内涵

翻转课堂是目前比较流行的一种能够最大可能地调动学生课程学习参与积极性的一种教学模式。这种教学模式翻转了课堂教学中教师和学生的位置，凸显了以学生为中心的教学理念，对教师的具体角色和作用也进行了全新的定义[2]。学生在课前或课外观看教师的视频讲解自主学习，教师不再占用课堂时间来讲授知识，课堂变成了教师与学生之间、学生与学生之间互动的场所，从而达到更好的教育效果[3-4]。翻转课堂教学过程主要包括四个方面：前期教学资源的准备、课前知识的传递与学习、课上知识的导入与组织、课后教学的反思与总结[2]。在课堂教学中，教师只需解决学生在课前自主学习中所遇到的问题即可。这种教学模式有利于学生巩固所学知识，同时又能促进学生与教师之间以及学生之间的讨论与互动，使教学方式更加灵活，有利于教师因材施教，对学生进行个性化、多元化的教学。但是翻转课堂需要教师和学生在课前投入大量的时间和精力进行准备[5]，首先需要教师做好教学设计、学习目标和重难点分析、学习视频和文字资料的准备和管理；而学生需要花费较多的时间进行学习，这对学业压力大、课程时间紧的学生来说不仅学习效果不理想，还有可能耽误其他课程的学习[6]。在课堂上对教师课堂把控和引导能力要求也是比较高的，不然很容易出现课堂中心主题跑偏，偏离课程重难点甚至达不成教学目标。另外，小组式的讨论学习中可能会存在极个别滥竽充数的学生，从而影响整体的教学效果。此外，并不是所有的课程都适合翻转式教学，对于基础性强、理论性高的课程，使用翻转课堂很有可能难以达到高效的教学效果。因此，我们需要结合自己教学班级的学情特点以及专业课程的特点不断创新教学方式。

1.3 半翻转课堂的理念

翻转课堂的初衷在于提高学生学习的自主参与度、提升课堂教学效果、培养学生自主学习和创新的能力；但是在实际操作过程中可能会存在或多或少的疑难问题，尤其是基础性和理论性强的课程。因此，我们需要在翻转课堂与传统课堂、学生讨论和教师讲授之间寻找一个平衡点[7]。这时，半翻转课堂的理念就应运而生。半翻转课堂是在传统教学模式和翻转课堂教学模式之间、学生课堂讲授研讨和教师讲授引导之间找到一个平衡点，而不是教学模式、教学内容或教学时间的对半。半翻转课堂是传统课堂与翻转课堂教学模式的有机结合，因此，从本质上来讲半翻转课堂还是属于一种混合式的教学模式。

在半翻转课堂中不再要求学生课前学习课程的全部内容，而是有针对性地学习相关课程内容的核心知识或关键问题；在课堂上，教师讲授知识与学生参与讲授和讨论相结合，实现学生自主学习和教师讲解相辅相成。半翻转课堂可以让教师在课程教学内容讲授与课堂翻转之间根据课程内容特点、自身能力和学生基本情况灵活取舍，而不拘泥于翻转课堂的具体形式要求。这种半翻转课堂的教学模式在许多课程的教学中也取得了较好的学习效果，为理论性和基础性较强的课程采用翻转课堂理念提供了新的思路。因此，结合翻转课堂的精髓，运用半翻转课堂理念，我们构建了“大气物理学”课程的一种半翻转课堂教学模式。

课前，教师针对教学内容布置相关知识点的问题或学习任务，提供相关学习资料；学生通过查阅相关资料，分组讨论学习相关知识、完成相关问题。课堂上，教师同样以课程知识讲授为主，在讲到课前布置的相关问题或任务时，让学生走上讲台，通过教授给他人这种效率最高的学习方式组织学生对相关知识进行讲授学习，教师引导鼓励学生讨论，并将问题不断深入，启发学生思考。课后教师布置相关课外练习，掌握学生的课堂学习效果。学生绘制思维导图，对课堂内容进行总结，对课堂上交流汇报的同学进行评价和打分，促进相互提升。

2 “大气物理学”半翻转课堂教学设计与实施

2.1 课前准备

不论是翻转课堂还是半翻转课堂，课前的相关准备和自主学习工作都是非常重要的。在半翻转课堂实施中，教师需要课前根据课堂上的相关内容、重难点和教学目标，结合学生实际的能力水平，有针对性地准备相关问题。本节课根据学生分组的情况，准备了三个问题：查阅台风的影响灾害有哪些，每年给我国造成的经济损失有多少？梯度风的类型、特征和风速表达式；为什么台风的风速很大，其最大可以达到多少？这三个问题都是围绕课程教学内容和目标展开，既相互独立，又有一定的联系，每个问题简短易于完成和操作，不会占用学生太多的时间去学习，有利于学生的自主学习和教师对课堂内容和节奏的把握。

教师课前发布相关问题任务，提供学习的资料和素材，主要包括课件、相关的文献和在线视频资源，要求学生分组讨论学习，每组派一个代表在课上进行汇报，汇报形式不限，最好有板书和PPT。学生课前根据要求，完成各项任务，做好讨论和汇报准备。

2.2 课堂实施

半翻转课堂教学模式中课堂教学是由学生和教师共同主导，相辅相成，共同完成课程内容的学习。首先，第一小组派出一名同学汇报台风的影响灾害和导致的经济损失有多少。通过相关知识的介绍，首先激发学生的学习兴趣，调动其课堂学习的积极性，活跃课堂氛围；其次，通过台风给我国造成的经济财产损失，融入课程思政，培养学生的专业使命担当，学好专业，进而做好气象保障造福人类；再者，提出第一个问题：如何描述台风的运动，也就是如何描述大气中的曲线圆周运动。上次课讲的地转风是一种匀速直线运动，而对于曲线运动该用什么方程描述？通过引导，教师讲授描述曲线运动梯度平衡方程的建立及各项的意义，这个知识点涉及深奥和抽象的数理推导，不适合采用翻转课堂，因此以教师讲授为主。

在得到梯度风运动方程后就是对方程求解，在求解时需要综合考虑数学和物理上的意义，以及和实际大气运动相结合。此时，安排第二小组派一名学生汇报为什么北半球台风几乎都是逆时针旋转，带领学生一起研讨北半球高压和低压涡旋运动方向和速度的求解。对于这个问题学生的汇报常常存在不深入、不全面的问题，教师就要发挥好引导作用，结合学生实际讲授，补充完善，提出相关思考问题，引导学生讨论。通过讨论交流学习，得到了北半球气旋式梯度风和反气旋式梯度风的具体表达式，进而引出下一个问题，为什么北半球气旋式梯度风（台风）风速可以很大？进而第三小组派出一名同学讲解，教师通过完善、提问、总结等方式引导学生讨论学习。

在课堂上，主要通过教师和学生的共同讲解完成相关教学内容。教师按照正常的传统上课方式开始上课，当涉及和讲解到课前布置的问题任务的知识点时，让学生走上讲台，通过教授给他人的形式，带领大家一起学习。教师要注意把控课堂节奏，对学生的讲授进行点评、补充和完善，并引导学生对问题进行逐步深入的思考和讨论。

2.3 课后反馈

课后教师布置相关课外练习，检测学生的学习效果；通过和学生交流或者问卷调查的形式，了解学生对课堂教学的意见和建议。学生完成相关的课外练习，并针对课堂学习内容绘制思维导图，建立思维体系，提升巩固学习效果；对课堂上主动分享讲解的同学进行评价打分，作为该学生的平时成绩，以提升学生参与的积极性。

3 半翻转课堂教学设计的反思

一是课前学生自学的问题任务设计要精练简洁。首先，问题任务的设计要围绕课堂教学内容开展，可以是教学内容相关的现象的调查，为教学核心重难点的引入做好铺垫，也可以是围绕教学核心重难点内容的一个小的知识点。问题任务设计要精练简洁，不宜太难。其次，问题最好具有一定的独立性，不需要学生花过多的时间去学习预备基础知识，能够很快地上手解决。再次，问题最好和现实中的某些现象结合起来，避免空洞的数理公式推导，挫败学生的学习兴趣，要使学生在解决了相关问题后能有一种揭示现实现象原理的成就感，从而不断激发学生的自主学习兴趣。

二是教师要做好课堂节奏的把控和引导。首先，教师要做好教学设计，综合考虑学生讲授和讨论的时长，安排好课堂教学内容，避免造成课堂时间不足或剩余过多，从而达不成教学目标的现象。其次，课堂上学生在分享讲解相关问题和内容时，教师要注意及时对学生所讲的内容进行纠正、补充，并通过提出新的小的问题，让学生进行讨论交流，避免学生一个人唱独角戏，下面听课的学生参与积极性不高的问题。再者，教师可通过学生相互打分作为平时成绩等手段，督促学生认真准备相关问题任务，避免出现滥竽充数、被动完成任务的情况。

4 结语

半翻转课堂是将传统课堂教学与翻转课堂教学有机结合，教师和学生相辅相成、有目的地进行教学，在不过多增加教师和学生任务的情况下，提高了学生的学习积极性和课堂参与度，提升了课堂教学效果，培养了学生自主学习和创新探索的能力。这种教学模式特别适合基础性强、理论性高的课程。本文以“大气物理学”课程中梯度平衡与梯度风一节为例，讲解了半翻转课堂在教学过程中的设计和实施，可为其他课程开展半翻转课堂教学提供参考和借鉴。