基于UMU互动平台的大气物理学课堂教学实践

李德琳　陈志强　张宇

摘  要：在“互联网+”时代，大学生更青睐于灵活便捷的知识获取渠道与分享方式。因此，以网络平台为载体的混合式教学模式的优势愈发凸显，如何将传统教学与网络教学有效结合成为高校课堂教学实践研究的热点。本文以作者在2020—2021学年第一学期所承担的大气科学专业的核心必修课程大气物理学为例，介绍了基于UMU互动学习平台的课堂教学实践过程，展示了混合教学模式的初步成效，旨在为相关专业课程的课堂教学提供参考。

关键词：UMU;大气物理学;教学互动;教学实践

中图分类号：G642    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2021）19-0101-04

大气物理学是大气科学类专业的传统核心课程，主要内容是借助物理学的基本定律解释大气中发生的各种现象和过程的物理本质，本科阶段的教学内容主要包括：大气热力学、云和降水物理学、大气辐射学、大气光学与大气电学[1-2]。课程以高等数学、大学物理、大气科学概论、大气探测等课程为基础，是数值天气预报、现代气候学、卫星气象学、应用气象学等大气科学类专业课程的先修课程。由于大气物理学是一门从物理学的角度深入认识大气现象的学科，教学内容涉及很多抽象与微观的物理概念，理论性较强，如果只采用以教师为主导的传统授课模式，学生通常被动地接受知识，学习的主动性和积极性不高，部分学生对新知识感到难以理解和消化，造成学习效果欠佳，甚至个别学生会失去对该课程的兴趣。所以，为提升大气物理学课程的教学效果，不仅需要优化教学内容、整合教学资源，还迫切需要适当开展课堂教学互动、构建以学生为主体的混合教学模式，一方面有利于教师在课堂上及时了解学生对新知识的掌握情况，以便灵活调整课堂教学内容与教学方式;另一方面，师生互动和生生互动更能够提高学生的课堂参与度，吸引学生的注意力，进而激发学生学习兴趣。

在“互联网+”时代，教育部不断强调现代信息技术对高校教育教学的重要性，倡导新兴科技与教育教学的深度融合，积极推动传统教育模式的发展变革[3-4]。随着科学技术的迅猛发展，智能手机等电子设备已在现代大学生中全面普及。若课堂教学内容的理论性和抽象性较强且晦涩难懂时，部分学生可能会因此丧失学习兴趣，甚至“犯困”“玩手机”。因此，如何避免手机等智能终端设备分散学生的课堂注意力，并将移动网络与手机有效应用于课堂教学已成为高校教学改革的共性问题之一。将传统教学与UMU（YOU、ME、US的缩写）互动学习平台（www.umu.cn）相结合的混合教学模式正是解决该问题的途径之一。UMU致力于用科技的力量创新教育信息化，通过互联网技术提升传统教育的体验，可以实现手机、计算机、投影等设备的多屏互动，具有非常专业的在线互动功能[5]。在UMU学习平台上，教师可以创建课程并添加多種课堂互动环节，包括问卷、签到、提问、讨论、考试、作业、抽奖、游戏等，学生利用手机微信App扫码直接参与课堂互动，学生在手机上对教师的提问进行及时反馈，有效促进了师生课堂互动，调动学生的课堂积极性，激发学生独立思考，使学生加深对新知识的理解，从而获得更好的学习效果。

一、利用UMU答题了解学生专业知识基础

2020—2021学年第一学期大气物理学课程的授课对象是大气科学专业海洋气象方向的27名大三学生。在开学第一节课中，为了引导学生回顾大气科学概论的相关基础知识，了解学生对专业知识的掌握情况，教师在课前设计准备了三个基础选择题，分别涉及大气科学的研究范围、大气成分的基本组成、大气的垂直分层。课前已在UMU平台上设置互动问答，教师登录UMU进行简单操作后，课堂投影屏幕直接显示答题二维码，学生利用手机微信App扫码回答，屏幕上同时展示问答参与人数。学生表示，这是首次参与课堂扫码答题互动，对这种灵活便捷的即时互动形式感到新奇有趣，学生参与率达到100%。答题完成后，UMU互动平台还可以当场展示每位学生提交的答案，此次答题情况分析如下：第一题的正确率是100%，但第二题和第三题均有学生答错，正确率分别为92.6%和96.3%，说明个别学生对大气成分和大气垂直分层的基础知识掌握不到位，在今后的教学中需要再次强调这些知识点。开学第一节课利用UMU平台进行师生互动答题，教师能够马上了解学生对专业基础知识的掌握情况，进而对授课内容进行及时调整。

二、开展UMU课堂互动激发学生学习兴趣

在讲授大气热力学图解这一章节时，教师需要提前介绍一些相关气象要素作为基础背景知识。为激发学生学习兴趣、引出课堂教学内容，教师在课前设计了课堂互动讨论环节：请大家在UMU写下你的家乡和此时的天气情况（包括气温、云况、降水、风力、风向、空气质量、湿度等）。在课堂上，学生先利用手机查看自己家乡的天气状况，之后通过手机微信扫码在UMU上填写，提交后能够立即在UMU平台上看到其他同学的填写内容（图1），给自己认为优秀的内容点赞，就自己认为不正确的内容展开讨论，这些互动记录均可投放到屏幕上，供全体师生交流探讨。此次课堂互动的学生参与率是96.3%（仅有一名同学未参加），绝大部分学生详细填写了家乡此时的气温、湿度、风力、风向、气压、降水、云况、空气质量等气象要素（见图1），学习态度积极、认真。通过开展此次基于UMU平台的课堂互动讨论，一方面，学生可以了解同一时刻全国各地的天气情况，对照检查自己是否遗漏了某个气象要素，有利于调动学生学习的主动性，提高知识分享的效率，显著促进了生生互动;另一方面，这种混合形式的课堂互动实践能够鼓励学生在教师讲授之前先行探索，起到增加课程趣味、激发学习兴趣的作用，有助于教师授课内容的过度与衔接。

三、通过UMU问答及时获知学生课堂学习情况

在讲授完干绝热过程、抬升凝结高度和假绝热过程之后，教师可以为学生设计一道课堂计算练习题，该题综合多个知识点，有一定的难度，可以检验学生学习效果、考查学生对新知识的理解和运用能力。题设如下：有一气流，温度为15℃，露点为10℃，越过高度为2000米的山脉，假设凝结物在迎风坡全部降落，若湿绝热减温率为0.5℃/100米，那么气流翻越山脉后温度变为多少。课堂上给学生8分钟左右的作答时间，学生计算完成后通过手机扫码在UMU互动平台上填写答案，教师可在UMU上即刻看到答题人数和每位学生的答题情况。如表1所示，此次互动答题有两位同学没有参加，学生参与率为92.6%，正确率是70.4%。首先，个别学生参与课堂互动的积极性不高，在今后的教学中需给予他们更多的关注，及时了解并解决他们的难处;其次，少部分学生对新知识的理解不透彻，说明教师的课堂教学仍然有不清晰的地方，教师应认真分析学生回答错误的原因，耐心讲授难点并强调易错的知识点，使课堂教学更具有针对性。依托UMU互动平台的课堂问答，不仅能够反馈学生的真实学习情况，有助于教师及时发现问题、解决问题、调整授课内容，进而逐步提升课堂教学效果，而且可以让学生及时发现自己的不足，巩固对知识点的理解，加强对错题的反思，从而实现教与学的快速修正。

四、结语

在科技迅猛发展的今天，相对于传统课堂教学而言，以UMU互动学习平台为载体的混合式教学模式更易受到当代大学生的青睐。基于UMU互动平台的大气物理学课堂教学实践表明，学生均能积极参与多种课堂UMU互动，平均参与率达92%以上;将UMU互动贯穿于多个传统教学环节中，在增加课堂趣味性的同时，学生对知识的理解也更加深入，显著提升了大气物理学课程的教学质量。这种灵活便捷的互动教学模式，强化了学生的主体地位，形成了多层面的师生、生生互动，加速了知识的共享与流动，能激发学生先行探索，提高其自主学习的能力。UMU平台的互动数据能够反映每位学生对新知识的实际掌握情况，有助于教师及时发现问题并调整授课内容，为教师完善教学工作提供了有力支撑。如何借助UMU互动平台逐步打造高质量的大学课堂仍需要进一步的实践和探索。

参考文献：

[1] 盛裴轩，毛节泰，李建国，等. 大气物理学[M]. 北京：北京大学出版社，2013.

[2] 银燕，刁一伟，刘超，等. 大气物理学[M]. 北京：气象出版社，2018.

[3] 中华人民共和国教育部. 教育部关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知[EB/OL]. （2016-06-07）. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

[4] 中共中央国务院印发《中国教育现代化2035》[N]. 人民日报，2019-02-24（01）.

[5] 陈蕾蕾. 移动互联平台支持下的翻转课堂教学设计研究——以基于UMU互动学习平台的某一课程为例[D]. 上海：上海师范大学，2017.

（责任编辑：汪旦旦）