翻转课堂教学法在“数值天气预报”课程中的应用

王云峰　陈枭　顾丁阳

[摘 要]翻转课堂教学法是在教学领域的新尝试、新挑战。翻转课堂的主要功能是促进知识的内化和应用。翻转课堂可以分为积累阶段、研究阶段及成果总结阶段这三个阶段。可以结合“数值天气预报”课程，讨论翻转课堂的具体实施办法，通过与传统的教学模式对比，探讨翻转课堂的优势。翻转课堂更要翻转能力，既要提高教员的素质，同时又要增强学员的自学积极性。

[关键词]翻转课堂 数值天气预报 应用探讨

[中图分类号] G642[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）06-0080-02

翻转课堂教学法是在教学领域的新尝试、新挑战。角色如何扮演、知识如何传授、课堂如何翻转、效果如何体现，一时间受到高校教师们（下面统称“教员”）的高度重视。[1] [2] [3] [4]而专业性强、覆盖面广、理解困难的气象学科，课堂“翻转”似乎会更困难，但如果翻转成功，那也将会更加精彩。下面我们简要探讨一下翻转课堂教学法在“数值天气预报”课程中的初步应用情况。

一、什么是翻转课堂？

俗话说：“师者，传道授业解惑也。”作为课堂的主体之一，教员担负的职责毋庸置疑，向学员传递知识的效率和效益也成为判定课堂教学好坏的标准之一。教员的责任是去理解学员的问题和引导学员运用知识解决问题。如果只是单纯讲授原理、概念，会限制学员的发展，尤其是气象专业的课堂，专业性强、知识面广、知识点细，仅仅靠教员一个人在讲台上讲授原理是远远达不到授课意义和目的的。只有让学员最大限度地参与教学，理解知识点，才能达到融会贯通、举一反三、学以致用的效果。翻转课堂教学方法就提供了这样的一个平台。

提到“翻转课堂”，有人就想起互联网上的网络教学公开课。但翻转课堂并不是在线视频的代名词，除了教学视频外，还有面对面的互动时间，与同学和教员一起发生有意义的学习活动。翻转课堂不是视频取代教员，不是在线课程，不是学员无序孤立的学习，也不是让整个班的学员都盯着电脑屏幕学习。那么，它是什么呢？

众所周知，学员的学习过程通常由两个阶段组成：第一个阶段是接受“知识传递”，第二个阶段是进行“知识内化”。在传统的教学模式中，接受“知识传递”是在课堂上进行的，“知识内化”是在课外通过作业练习完成的。而“翻转课堂”对这一传统模式进行了“翻转”——知识的获得由学员在课下完成，他们使用信息技术或者阅读文本教材自行学习，教员可以通过提供短小的视频、对特定的问题进行有针对性的讲解、在线辅导等方式为学员提供帮助;而知识的消化则通过课堂上的互动来完成，教员通过了解学员的学习困难，给予有效辅导，同时通过组织多主体、多层面的相互交流，促进知识的吸收与内化。这样，课堂这一教学主阵地的功能就发生了改变：它主要不是用来获取知识，而是促进知识的内化和应用。课堂不再是预设的过程，而是生成的过程。

二、如何“翻转”课堂？

实践是检验真理的唯一标准。如何合理“翻转”课堂成为“翻转课堂”是否实用的重要一环，而与学科特点和实际相融合的程度直接决定了课堂能否成功“翻转”。

刚踏入气象数值预报领域的本科生，从接触数值天气预报的概念，到初步学会数值预报方法和技术，需要经过长时间的学习与训练。通过翻转课堂，将知识获取与内化的任务留给学员自己完成，未尝没有可取之处。整体上看，教学主要分为三个阶段：积累阶段、研究阶段及成果总结阶段。

积累阶段是最需要耐力的阶段，主要在前两周进行。这阶段主要工作是积累知识，通过对数值预报的学习，结合前期掌握的气象领域的基础知识，充分认识该门课的工具要求。积累阶段的目标在于引导学员找到自己的兴趣点。

研究阶段是指学员在基本掌握FORTRAN语言编程的基础上，思考解决问题的途径与方法的过程，在之后的六周内进行。研究阶段需要学员课下大量查阅资料，了解前人解决类似问题的基本方法与基本思路，总结优点并发现其中的不足，同时结合自己的思考，探讨能否对该方法进行改进，能否针对该问题实现质的创新，甚至提出新的理论和新的科学问题，促进学科的进一步发展。学员理出一条研究思路后，可能遇到无数次的失败，可能令人高度沮丧。作为教员，要鼓励他们不厌其烦地去尝试、去实践，在课上，要善于结合自身科研过程中的经历与经验，在编程内容设计和编程技巧上对学员做出正确引导。保持积极的心态，善于多角度、多方位思考，同时要不断总结经验，勇敢地尝试，往往就能更好掌握课程精髓。

成果总结阶段，是对前阶段学习成果的总结，在最后两周进行。对于本科生来说，总结主要分为两个方面：一是对学习成果的总结，其主要形式是集中整理编程代码与图像，分门别类，集中反映了其阶段性的学习成果;二是对编程经验的总结，通过对发现问题、思考问题、解决问题的经验及方法的梳理，内化为自身的一种能力，为下阶段的编程提供理论与思想上的指导。

假设班级有学员18人，可根据学员兴趣划分为三个小组：论文组、模式组和图形组，各设小组长一名，分别主攻论文写作、模式设计和图形绘制。在常规授课的基础上，额外布置FORTRAN语言编程题，要求学员于课下根据进度自行学习编程语言，完成相应题目，允许学员在小组内讨论。

以首次编程作业为例：计算初始场，并加密初始网格。由于学员FORTRAN语言编程零基础，第一次成果展示效果非常不理想。随后进一步明晰了任务分工，设定了绩效激励制度，第二次验收时基本达到预期值。当学员们掌握基本命令后，适当加大题目难度。在学员上台演示的过程中，教员应结合自身经验对程序编写内容进行现场分析，指出不足并提出修改意见。教员实时分享一些实用的小技巧，可提升下一次任务的完成效果。最后，教员会对各组编写的程序打分排名，并记录在案。

三、翻转课堂的“效益”如何？

首先，相比于之前的一些传统教学模式，翻转课堂对于信息化工具的利用率是相当充分的。对于现代化的信息系统的利用还可以进一步加强到学员任务的完成上去，完全可以开发出相应的学习软件，以此来记录学员对相应作业练习的完成情况。教员可以通过软件来掌握学员的学习状况，相应地在课堂上辅导;而学员也可通过软件与教员沟通交流，汇报进展情况。在遇到问题的时候，学员们往往会通过查阅文献、网上搜索或是与其他同学讨论等方式来解决。相比较而言，这些方式比学员们直接从教员那里得到现成的结果更有利于其自身的长远发展，且大大增强了学员们的动手能力。

其次，翻转课堂中教员给予学员的自学空间是非常大的，是以往传统教学模式不能比的。基本上将所有的知识获取与内化的任务留给学员自己完成，教员只起了一个引导帮助的作用，在课前的活动中教员通过制作的视频软件帮助学员掌握要学习的知识。在课堂上，教员组织课堂的进行，主要是帮助学员解决在作业中遇到的难题。学员相互讨论，合作解决，教员给予必要的支持。这样一来，学员的课堂的中心角色便逐渐体现出来了;与此同时，教学中教员的主导身份也就清晰了。这些正是我们新课改中前进的目标：使学员真正成为学习的主人，学员能通过自己去理解、掌握知识，那么其对知识的掌握程度也会更加深。

最后，翻转课堂的互动性是一大特色。它不但加强了学员之间、学员与教员之间在课堂的交流互动，在课后的交流也是它的一大特色。学员在课后的自学过程中，遇到问题可以随时与其他同学及教员进行交流，这样不但提高了学员学习的效率，而且也提高了教员辅导学员学习的效率，让教员可以抽出时间更好地辅导那些迫切需要帮助的学员。

四、翻转“课堂”更要翻转“能力”

首先，翻转课堂对教员的素质要求更高了，表面上看似乎教员的工作变少了，其实不然，它要求教员对教材的把握有一定的深度，只有这样，教员才能根据学习多维目标对教材加以提炼，帮助学员学习知识，而非直接将知识转述给他们。

其次，翻转课堂使学员学习的自主性大大加强了，带来好处的同时也对学员学习的自觉性提出了更高的要求。因此可以预见，翻转课堂的实施初期，学员良好的学习习惯的养成必将是一个重点，包括学员的学习方法习得、自觉学习的习惯，等等。在要求学员自学的同时，容易导致一些学习能力强的学员在课堂上的参与度不高，因为他们认为自己已经在自学过程中掌握了相应知识，没必要浪费时间参与课堂讨论。因此，教员在进行翻转课堂时要让所有学员参与每一个环节中。这些问题的妥善处理是翻转课堂得以实施的前提。

最后，目前实施翻转课堂的实例表明，翻转课堂更加适合于理科基础课程的进行，因为对理科中的一些定理、公式以及实验方案等，翻转课堂实施起来更加便利，而对于理科学科中一些涉及经验积累的实际应用过程似乎难度更加大。当然，这也并不是说就一点可行性也没有，这时对教员的要求也就更高了。如何更好地利用翻转课堂进行这些内容的教学，还是要从微视频入手，根据具体应用过程和结果对比，做出更高质量的适合学员自学的微视频，然后再根据学员的反馈情况进行细节上的改动，这样才能促进教育的发展。

翻转课堂“翻转”了教学新模式，教员对知识的传授也即将更有效率、更具实用性。学员依旧要怀有“学海无涯”的求学精神，在创新的课堂里汲取更多的知识养分，帮助自己攀登上学术的巅峰。

[ 注 释 ]

[1] 张金磊，王颖，张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志，2012（4）.

[2] 赵堃，仇慧.关于翻转课堂的思考[J].青年文学家，2013（15）.

[3] 唐加军.美国翻转课堂教学模式初探[J].青年文学家，2013（22）.

[4] 金陵.“翻转课堂”翻转了什么[J].中国信息技术教育，2012（9）.

[责任编辑：覃侣冰]

[收稿时间]2014-12-28

[基金项目]资助课题：国家自然科学基金（41375106）;江苏省自然科学基金（BK20131065）。

[作者简介]王云峰（1972-），男，江苏靖江人，博士学位，副教授，研究方向：资料同化和数值模拟。