PBL教学法在《动力气象学》中的理论建构与实践路径

引言

随着气象学科的蓬勃发展，传统的教学模式已经很难适应复合型人才的培养。PBL教学法是一种基于问题的教学方法，强调能力的整合和实践的运用，它为《动力气象学》课程的教学改革提供一种新途径。以学科内在逻辑和 PBL 教育理念相联系为依据，系统阐释理论构建和实践实施两个层面的融合机制，目的在于促进学生对于复杂气象问题解决能力的提高，促进课程教学质量的不断提升。

、PBL 模式在《动力气象学》中的理论建构

（一）PBL 内核与动力气象学学科特性的对接

在《动力气象学》课程中引入PBL（基于问题的学习）模式，其核心价值在于将学科的知识点与实际问题紧密结合，推动学生从理论学习到实际应用的能力提升。动力气象学是气象学中突出大气运动基本规律以及其在天气气候中作用的一门学科，它涉及到多门学科交叉与融合，主要有物理学、数学、流体力学、计算机科学[1]。所以，该学科教学内容比较抽象、繁杂，常规的教学方法通常很难有效地调动学生学习的兴趣和主动性，不能全面地培养他们解决实际问题的能力[2]。PBL 教学模式以设置具有挑战性且有实际意义的问题来驱动学生积极参与对知识的探究和运用，突出学生通过团队合作来联合解决问题，与动力气象学学习目标吻合度高。一是 PBL 模式可以把复杂气象问题拆分成特定的学习任务使学生在处理实际问题时逐渐把握气象学核心原理。二是动力气象学自身动态性、多学科交叉性等特点，需要学生有很强的综合分析和解决复杂问题能力，PBL 正好能促使学生将知识综合运用于真实情境，从多个角度进行分析和讨论，促进学生跨学科思维能力的发展[3]。

（二）驱动性问题的设计模型与原则

在PBL（基于问题的学习）的教学方法中，如何设计驱动性问题显得尤为关键，这不仅决定教学活动的中心导向，还直接关系到学生的学习动力和学习深度。在《动力气象学》这门课程里，构建富有挑战性和启示性的驱动问题是确保 PBL 教学方法能够有效执行的核心要素。第一，驱动性提问要真实、情境性强，提问一定要紧密联系实际气象现象或者事例，能激发学生对于复杂气象问题的关注和思考[4]。比如，设计一个关于极端天气事件（如台风、暴雨等）如何影响区域气候变化的问题，不仅能够激发学生的学习兴趣，也有助于其了解气象学原理的具体运用。第二，驱动性提问要有渐进性，保证提问由易到难、由简到繁，让学生在循序渐进的过程中循序渐进地掌握有关知识。在《动力气象学》课程中，从简单的气象现象分析问题入手，逐渐引导学生研究更为复杂的气象系统与模式，从而帮助他们在掌握基础知识的同时，逐步提高解决实际问题的能力[5]。另外，驱动性问题还应该具有多学科融合的特点，气象学自身也是一门涉及多个学科的交叉学科，其问题设计要能促使学生将物理学、流体力学、数学等多个领域知识结合起来，形成跨学科思维。

二、PBL 模式在《动力气象学》中的实践路径

（一）实践流程设计：基于完整问题链的模块化教学组织

在执行《动力气象学》这门课程的 PBL 教学模式时，如何设计实践流程变得尤为关键，因为这直接关系到教学成果的达成。以完整问题链为基础、组织模块化教学，是PBL 教学法取得成功的核心途径之一。在该模型中，教学全过程都是围绕着一系列相互联系的问题进行的，通过对问题的求解，学生逐渐深刻地把握气象学中最核心的内容与方法。该教学流程设计是建立在问题链基础上的，问题链既有效地串联课程内容，又能给学生系统化学习框架。具体而言，模块化教学组织把课程分解成几个相互独立却又密切联系的学习单元，每一个学习单元都包括一个或者几个富有挑战性和驱动性的问题，同学们在解答这类题目的同时，对气象学原理认识也得到了巩固与拓展[4]。每一个问题模块在设计时都要按照一定层次进行，要由单纯地对气象现象进行分析的问题逐渐转向对气象预测、模式研究等比较复杂的问题进行分析，保证学生在解决问题的同时，能逐渐提高自己的分析与综合能力。模块化教学组织实施既表现为知识结构划分，也要重视学习任务分配和学生自主学习能力培养。教师要在每一个单元的设计上明确学习目标及评价标准，并通过指导学生分组讨论、协作研究的方式促使他们在团队合作的过程中加深对所学内容的理解和运用[6]。同时问题链上各模块要有一定独立性与完备性，以保证学生在各模块内部能有完整学习体验且不因模块之间存在衔接问题影响整个学习进程。在这个基础之上，各个模块之间还应该存在一定程度的内部联系，这样学生在完成每一个模块之后，就能将所学的知识与其他模块的内容进行整合，从而构建一个系统化的知识体系。为较好地支持该教学模式，教师可借助案例库、数据集、气象模拟软件等多样化教学资源，来辅助学生在实际工作中解决实际气象问题，并促进学生动手能力与应用能力的发展[7]。

（二）教学资源开发：支持PBL 学习的案例库、工具包与脚手架建设

在PBL（基于问题的学习）教学模式中，教学资源的开发是保障学习效果的关键因素之一，尤其是案例库、工具包与脚手架的建设，这些工具为学生们提供了大量的学习辅助和问题解决手段。第一，案例库是 PBL 教学中最核心的资源，它给学生一个真实，复杂而富有挑战的问题情景。在《动力气象学》课程中，案例库应包括多种典型的气象现象和灾害事件，如台风、暴雨、气候变化等，这些案例不仅能够帮助学生理解理论知识与实践问题的结合，还能引发学生对现实问题的深入思考[8]。每一个实例都应既涉及到有关气象理论又能通过数据分析，模型模拟来演示实际问题求解过程，让同学们在求解实例问题时循序渐进地掌握气象学核心方法与技巧。第二，构建工具包对支持学生处理实际问题至关重要。开展《动力气象学》PBL 教学时，工具包应该包括气象数据分析工具、气象预测模型、计算平台以及其他与气象学学习紧密相关的系列工具及软件。这类工具可以帮助学生在实践中完成数据处理、模型构建、模拟实验等工作，促进其实际操作能力及分析能力的发展。另外，工具包应具有一定的开放性和灵活性，以支持学生针对特定问题定制化地选择使用，启发学生创新思维、提高解决问题的积极性。

（三）课堂活动实施：协作探究与教师引导的具体策略

在 PBL（基于问题的学习）模式下，课堂活动的实施是教学过程中的重要环节，协作探究与教师引导的有效结合，既可以激发学生学习兴趣，又可以促进学生深度理解，提高学生问题解决能力。第一，以协作探究为中心 PBL 模式以小组合作为基础，同学们相互探讨、交流看法，一起解决现实中的问题。在《动力气象学》课程中，教师应根据课程内容将学生分成若干小组，每个小组负责一个具体的气象问题，如极端天气预警、气候变化趋势预测等。小组成员可分工协作，如承担数据收集和分析、承担模型构建和验证、承担案例研究和结果汇报等。通过团队内部的合作，同学们既能发挥自己的长处，又能在集体智慧碰撞下得到全新解决思路。这种合作探究在深化学生气象学理论理解的同时，也培养了他们团队合作和交流的能力。

（四）成效评估与反思：基于多元证据的教学效果检验与迭代优化

在 PBL（基于问题的学习）教学模式中，成效评估与反思是实现教学质量持续改进的重要手段。要想充分理解教学效果，推动教学过程优化，评估体系要依靠多元化证据来考察，为迭代优化课程提供科学依据。在《动力气象学》课程的 PBL 实施过程中，评估不仅限于对学生学习成果的定量评估，还应包含对教学过程、学生合作情况、教师引导效果的全面评价。第一，学生学习的结果是依据定期追踪学生解决问题时的成绩来评价的，据此，教师就能了解到学生所掌握的知识深度和广度。具体而言，可通过学生递交的汇报、作业、小组汇报来对学生解决实际问题时表现出的思维能力、创新能力、实践能力进行分析，以综合体现他们的学习效果。第二，对课堂过程进行评价也不容忽视。PBL 模式注重学生对协作探究的积极参与和合作能力的培养，所以，教师要注重小组合作中学生之间的相互作用状况和角色分配，并对小组合作精神和问题解决能力进行评价。这一过程可通过观察，同伴评价和学生自评来完成，特别是小组汇报中，教师要对各组任务进行划分、对协作过程和结果做出全面评价，以认识学生对合作探究的促进作用和发展。与此同时，教师也要反思其引导效果，并通过在教学过程中同学生互动，问题反馈及调整等方式来评价其引导策略的有效性及能否全面引发学生思考及参与。

结语

将 PBL 教学法运用于《动力气象学》课程，有效地推动知识建构和能力培养相结合。经过系统化理论设计和实践探索，已形成一套具有可操作性的教学路径与资源体系。今后需要进一步加深问题设计的科学性，优化协作探究机制并促进评价体系多元化发展，以达到课程教学迭代发展和育人实效不断提高的目的。

参考文献

[1] 黄建军,周鹤,彭雪梅.基于PBL 理念的《Python 程序设计》课程教学改革与实践[J].科研成果与传播,2024(5):0189-0192.

[2] 程小平,丁菊丽,钟玮,等.一流本科课程建设的改革与实践——以动力气象学课程为例[J].高教学刊,2021,7(31):34-37.

[3] 曾文钦,姚前尹,刘凤云,等.《人体结构》整合式 PBL 教学模式的实践——以消化与营养模块为例[J].解剖学研究,2025,47(1):92-94.

[4] 李潇,李兴.《动力气象学》课程线上线下混合式教学模式设计改革探索[J].创新教育研究,2024,12(11):486-491.

[5] 苏秦.“动力气象学”课程在线上线下混合式教学改革探索[J].云南大学学报(自然科学版),2020,42(S1):33-37.

[6] 柴波.关于动力气象学教学模式的探索[J].科技风,2020,(35):124-126.

[7] 陈樟, 华维, 杨泽粟. 动力气象学课程教学改革探讨[J]. 教育教学论坛,2020(42):131-132.

[8] 杨泽粟.“动力气象学”课程教学改革创新研究[J].教育教学论坛,2021 (10):49-52.立项时间：2021 年 8 月 13 日项目：PBL 教学法在《动力气象学》中的运用研究，教学改革项目PX-2721860

作者简介： 张宇(1986-)男，重庆綦江，汉，博士，教授，研究方向：数值天气预报资料同化。