“八步教学法”在大气物理学课程中的应用

陈超辉　陈雄　姜勇强　曹剑秋　周鹤峰　金赛花

［摘 要］文章基于大气物理学课程的教学现状，结合军校学员的课堂教学特点，以“四化”教学理念为指导，以启发式教学为抓手，设计并提出了“八步教学法”，同时结合具体的教学案例阐述该教学法在大气物理学课程教学过程中的应用，以期为其他相关课程教学模式改革提供借鉴。

［关键词］大气物理学；启发式教学；课程教学实践；“八步教学法”

［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2024）08-0038-05

大气物理学是国防科技大学（以下简称我校）大气科学类专业大气科学基础课程群和海洋科学基础课程群的主干专业基础课程[1]。

调查发现，我校大气物理学课程教学现状大致如下：（1）大气物理学的研究对象为看不见摸不着的大气层，课程教学内容难以直观展示和形象观察，理论也比较抽象，对学生的抽象思维能力要求较高。（2）大气物理学的教学内容模块本质上是基础物理学与大气科学的交叉融合，即基础物理学在大气科学领域各个方面的应用，但其理论框架与内容体系经过不断演化早已改变原始物理学模型，不易追本溯源把握物理本质。（3）传统的大气物理学课程包括大气概述、大气静力学、大气动力学、大气热力学、大气辐射学、云物理学、大气声学、大气光学、大气电学等，内容覆盖面甚广、分支繁多，章节内容相对独立，各章可自成体系，知识点碎片化严重，不易构建知识单元和知识点之间以及与后续专业课程的联系。（4）大气物理学理论讲授多年来的经典方式是对学生进行基本理论、基础知识的讲授，对基本体系、基本结论进行搭建和重难点区分，过于强调知识的系统性，对技能训练、课程应用实践不够重视，固有的结论呈现方式单一，趣味性不足且背景意义不明确，缺乏向国防军事领域应用及部队任务需求的延伸，难以满足“能打仗、打胜仗”的新型军事气象保障人才培养要求。

一、“八步教学法”新型课堂教学模式

奥苏贝尔认为，认知结构对新知识获得和保持的影响因素主要有三个：一是认知结构中对新知识起固定作用的旧知识的可利用性程度，二是新知识与同化它的原有旧知识之间的可辨别性程度，三是认知结构中起固定作用的旧知识的稳定性和清晰性程度。也就是说人们对新知识的认识，总是建立在由原有经验构成的认知结构之上[2]。启发式教学是符合学生认知结构并提高学生课堂参与度的有效手段[3]。实施启发式教学能够激发学生把所学的知识付诸实践的积极性，使学生具备发现问题及解决问题的能力，同时掌握发现问题及解决问题的途径，破解学习与创新过程中的“孤岛难题”，以适应军队信息化建设与联合作战需要。

“四化”教学理念是指在教学中以学生为中心，以启发式教学为抓手，在课程教学过程中，秉承抽象的内容形象化、物理理论框架模型化、分散的知识点体系化和经典的结论趣味化的“四化”理念，使学生能够学得懂、识得透、悟得深、思得远、用得巧、会创造。

鉴于此，我校大气物理学课程教学团队根据上述课程教学现状，在传统教学模式基础上进行了改革与创新。课程教学团队通过阅读大量文献，开展理论研究，尤其是分析启发式教学在自然科学课程的教学模式研究应用现状，根据大气物理学课程的教学特点、教学内容及现有教学资源，结合学生认知结构、问题背景，优化课堂教学环节，鼓励学生积极参与，设计并提出了一种以“四化”教学理念为指导的大气物理学启发式创新教学法——“八步教学法”，如图1所示。

二、大气物理学课程“八步教学法”的设计原则

大气物理学课程“八步教学法”的设计遵循注重课程基础知识体系构建、注重理实结合与科教融合、注重以学生为中心与学生综合能力培养、注重发挥课程思政的协同育人作用的四个注重原则，并在启发式教学中贯彻“四化”教学理念。

（一）注重大气物理学课程基础知识体系构建

大气科学按学科属性划分属于理学，课程教学团队为了让学生在有限学时内夯实大气物理学基础，将大气物理学各个领域专业基础知识高度浓缩和集成精华，在授课时序上帮助学生以初学者认知为基点，由简单到复杂、由表及里，建构一个完整有趣、由浅入深研究大气的认知体，使学生在学习过程中受知识主线与认知主线相结合的“双主线”牵引，收到了事半功倍的效果。

（二）注重理实结合与科教融合

注重理实结合，引入典型天气现象事件，简化并归类整理其中和课程内容密切相关的知识点，做好实际天气现象、物理过程与教学内容的有机融合，增强学生对基础理论和基础模型的应用能力。注重科教融合，针对教学内容中的物理概念抽象且不易理解、数学推导与物理概念易脱节等问题，借助现代计算机技术，研制出“大气云宏微观环境虚拟仿真”等系列教学软件来揭示云宏微观变化特征，由静变动、由二维扩展为三维，使得抽象物理问题具象化，提升教学高阶性，全面培养学生能力与素质。

（三）注重以学生为中心与学生综合能力培养

注重以学生为中心，从学生想学什么、该怎么学、如何学好等角度出发，通过翻转课堂、交流研讨、提问互动等多种教学形式，尊重学生的主体地位，重视学生个体差异并进行因材施教。注重学生综合能力的培养，通过多种渠道对学生的表达能力、高阶思维能力、计算能力、实践能力和创新能力进行锻炼和培养。

（四）注重发挥课程思政的协同育人作用

强化姓军为战属性，通过挖掘课程蕴含的内涵型和外延型思政元素，将课程思政教育内容与专业知识内容深度融合，做到学思统一、同向而行、协同育人。通过课程思政，课程教学团队力求落实立德树人、为战育人的目标，从维度、主题、元素、案例4个层面建立课程思政体系，整理出课程思政的4大维度、8大主题和24个思政元素，结合课程教学具体内容编制了40个课程思政案例。在课程思政案例中注重引入我国、我军典型的气象保障案例和故事，培养学生学好气象学的使命感，增强学生献身国防的精神品质。同时，该团队牵头编写了教指委《全国大气物理学课程思政指南》，可为同行提供参考。

三、大气物理学“八步教学法”应用

“八步教学法”作为新型课堂教学模式，在大气物理学课程中是一种符合学生认知结构，根据学生消化与吸收知识的特点，结合大气物理学教学内容，以“四化”教学理念为指导，以启发式教学为抓手，以培养新型军事气象保障人才为目标的教学模式。笔者以大气物理学课程中的“暖云降水机制”一课作为具体案例来阐述该教学模式在教学过程中的应用，具体流程如图2所示。

（一）情境创设

情境创设是指教师为了提升教学效果、学生学习效率而创设的与教学内容相关联的情境，或将教学内容所表征的实际事物直观展示给学生，以激发学生的学习兴趣，让学生产生身临其境的感觉，从而激发学生的求知欲[4]。这种教学手段可以很好地满足“四化”理念中抽象内容形象化的要求。将抽象的大气物理学知识通过具体的视频、图片直观地展示给学生，可以使抽象的知识具体化、形象化。通过演示启发、任务启发、直观启发等方式促进学生对知识的学习，更符合学生的认知发展规律，即先形成感性认识后发展成为理性认识。

教师在大气物理学课程教学开始前应根据教学目标研读教学内容，结合具体的课程内容、知识点和学生的能力水平精心选择教学材料；在教学过程中借助教具或视频、图片等多媒体工具，设计与学习内容相符的学习情境，刺激和调动学生的多种感官，激发学生的学习热情，引导学生带着强烈的求知欲开始课程学习。比如在“暖云降水机制”这个内容的教学开始时，授课教师可先选择具有代表性的梅雨系列图片，引导学生形成关于暖云降水的感性认识，并通过播放视频再现洪水造成的人员伤亡、经济损失场景以及抗洪抢险现场，用演示启发、直观启发的方式创设教学情境，让学生在直观情境中感知、感动，激发学生的求知欲和学习情感。

（二）问题设计与引入

问题是通往理解的必经之路，良好的问题设计与引入可以为学生顺利理解和掌握知识创造有利条件[5]。大气物理学课程是一门自然科学，从相关大气物理现象的发生和解释到理论模型的总结和应用都充满了问题，整个教学过程就是提出问题、理解问题、解决问题的过程。因此在大气物理学课程教学过程中，问题的设计与引入起着至关重要的作用，其质量是一堂课成功与否的关键。授课教师根据前期所创设的教学情境和课程教学目标，结合学生的知识背景和思维特点，联系专业热点或事例进行问题设计。

问题的设计要遵循基础性、科学性、针对性、启发性的原则，为学生设计一个契合教学主题且通过努力就能解决的问题。比如在暖云降水原理教学过程中进行问题设计时，可以引入以下问题：梅雨是指每年6月上旬至7月中旬出现在我国长江中下游地区的持续天阴有雨天气现象。这种连绵的阴雨，温高湿高，属于典型的暖云降水，那么暖云降水的机制是什么？通过上述问题的设计与引入，应用问题启发，让学生对暖云降水机制产生好奇心，激发学生探究相关原理的积极性。

（三）学生独立思考

学起于思，是指获取知识起源于思考。大气物理学“八步教学法”在继承、发扬传统教学模式优点的同时也注意避免其缺点，采用任务启发、联想启发的教学方式，坚持以学生为主体，让学生充分认识独立思考在学习中的作用和价值。在教学过程中，教师通过提供上阶段所提问题的解决线索，启发学生去独立思考，引导学生自主寻求正确的思考方向，并独立地分析问题。通过启发式教学理念中“愤”“悱”情境的设置，提高学生独立解决问题的能力。比如在“暖云降水机制”这个内容的教学进行到这一环节时，教师可引导学生思考解决暖云降水这一问题需要哪些相关知识以及自身知识结构是否已经具备了相关知识。如已具备，应该从哪些角度进行分析？如不具备，又可以从哪些方面获取？通过给学生更多的学习主动权，进一步催生学生的好奇心，提高学生的学习热情。

（四）阶梯式激发

阶梯式激发是一种特殊的教学策略，教师通过设置一系列具体的学习目标或奖励机制，应用目的启发、任务启发等教学方式，鼓励学生克服学习过程中遇到的难题，不断提高自己的能力水平[6]。对于大气物理学这类抽象、复杂的自然科学学习而言，单靠学生独立思考去解决问题往往难度较大，容易打击学生的学习积极性。阶梯式激发正是解决这类教学难题的有效方式，将复杂的问题化整为零、化繁为简，通过引导学生将一个个循序渐进的独立小问题各个击破，从而使原本困难、抽象的问题得以解决。实施阶梯式激发过程中要注意根据学生的不同能力水平设定不同的具体目标和奖励机制，并要及时对学生的学习成果进行有效评价和反馈，不断激发学生的思维积极性，促进学生的成长和发展。

在大气物理学课程教学过程中，由于有的学生理论基础薄弱、有的较强，教师可通过将暖云降水机制的求解以阶梯式分成求解云滴凝结增长模型和云滴重力碰并增长模型两个小目标，引导学生由浅入深地求解上述两个问题，多数学生可以顺利得到暖云降水机制的答案。

（五）主动获取与吸收

传统的教学模式以教师讲授为主，学生被动接受知识，而现代启发式教学强调学生是学习的主体，教师以引导者的角色为学生讲授知识的同时要给学生更多主动学习的空间。教师作为学生学习的领路人，可以通过问题启发的方式引导学生进行自我提问，并在解决问题的过程中对知识要点进行联系与整合。教师还通过应用对比启发的方法，引导学生对所学知识进行对比与归纳，培养学生主动获取与吸收知识的意识与能力。比如，前面提到将暖云降水机制分解成云滴凝结增长模型和云滴重力碰并增长模型两个问题，在主动获取与吸收环节，教师可引导学生对这两个模型的具体理论进行自我提问，促使学生生成自己去获取知识、解决问题的动力，并对所学知识点进行归纳，从而进一步巩固和深化所学知识。

（六）误区与盲区扫除

误区与盲区扫除是学习过程中的重要环节，误区是指学生对一些知识点或者在自身思考过程中做出误以为正确而事实上并不正确的判断；而盲区是指学生看不见的区域，即超出了学生自身认知范围的区域。要扫除学生学习的误区与盲区，可以让学生发现自己真正的问题在哪，同时避免同样的错误再次发生，以更好地解决学习过程中遇到的困难和疑惑，从而提升学习效果。比如在“暖云降水机制”这个内容中，云滴凝结增长和云滴重力碰并增长这两个知识点可能是部分学生的知识盲区，而多数学生又容易将这两个模型搞混淆。教师可通过对比启发、逻辑启发的方式帮助学生发现自我认知的盲区，有效促进学生理性思维的形成，使学生能分清云滴凝结增长和云滴重力碰并增长的不同阶段性，更好地理解暖云降水机制。

（七）归纳与总结

归纳与总结是促进知识消化与吸收的有效手段[7]，也是提升学生学习效率的重要方法之一。通过对所学知识的归纳与总结，不仅能够帮助学生理解所学知识，还能让学生弄清新旧知识之间的联系，将新知识纳入自身的认知结构中，完善知识体系，使学生感受到收获的喜悦感，从而提升学习效果。比如在“暖云降水机制”这个内容的归纳与总结环节，教师可结合课堂教学目标，通过归纳启发、对比启发、图示启发等教学方式，让学生对前期所学知识进行归纳和总结，锻炼学生独立思考的能力，并引导与协助学生形成暖云降水全过程图谱，培养学生的批判性思维能力。

（八）转化与应用

转化与应用是大气物理学“八步教学法”实施的最后一个步骤。学习的最终目的是能够学以致用，让学生应用所学知识解决实际问题。大气物理学“八步教学法”以启发式教学为抓手，结合课程内容及相关前沿热点，通过实例启发、事件启发、任务启发等教学方式，让学生在巩固所学知识的同时提高学生发现问题并解决问题的能力。比如在“暖云降水机制”这个内容的教学结束前，教师可根据该课教学内容和研究前沿热点问题，启发学生运用所学知识理解气流上升速度与云滴回到云底所需时间的关系。通过让学生学以致用调动学生的学习积极性，从而形成学以致用、用以促学的良性循环，有效提升教学效果。

四、结语

本文主要结合我校大气物理学课程教学团队的相关教学实践，从分析教学现状及现存问题出发，结合大气物理学课程特点、教学目标以及学生认知规律，提出一种有效进行大气物理学课程教学的启发式创新教学法，并结合教学实例阐述该教学法在教学过程中的具体应用，以期在课时较少、课程内容理论性强且抽象的情况下提升教学效果。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 陈超辉，陈雄，姜勇强，等.基于启发式教学模式的“大气物理学”教学实践探索[J].科教导刊，2023（11）：85-87.

[2] 朱智贤.心理学大词典［M］.北京：北京师范大学出版社，1989：537.

[3] 魏佳勇.传统启发式教学与现代启发式教学之对比研究[J].成都教育学院学报，2001（6）：51-53.

[4] 汪富兰.情景重现，意境体验：探析初中英语口语教学中的情境创设[J].课堂内外：教师版（初等教育），2018（9）：93.

[5] 程新展.数学课堂问题情境引入设计的五个着力点[J].教学与管理，2020（10）：31-33.

[6] 刘莉.阶梯式教学模式激发肥胖生体育锻炼兴趣初探[J].才智，2014（22）：181.

[7] 田丽，刘桂艳，邱頔.归纳总结法在有机化学教学过程中的重要性[J].教育教学论坛，2020（18）：296-297.

［责任编辑：庞丹丹］