“短期氣候預測基礎”實踐教學的探討

鄧偉濤+李忠賢+彭麗霞+李碧蘭

摘要：“短期氣候預測基礎”實踐教學是教學過程中一個重要的組成部分。本文結合南京信息工程大學大氣科學專業近年來在該課程方面的教學改革，探討了在教學過程中增強對實踐課程的重視，結合科研和業務工作設計實踐教學內容和方法，提高學生綜合分析和應用能力。

關鍵詞：短期氣候；預測基礎；實踐；教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2014）05-0213-02

目前，我國和世界上一些國家和地區把月、季和年的氣候變化和預測稱為短期氣候變化和預測，它是國際大氣科學和地球科學領域的前沿科學。“短期氣候預測基礎”一直是南京信息工程大學（原南京氣象學院）大氣科學專業的一門重要的專業課程。南京氣象學院建校初期就在天氣動力學專業開設了“中長期預報基礎”課程，在本世紀初，將其更名為“短期氣候預測基礎”。由于短期氣候預測為氣象臺站預報業務的主要內容之一，短期氣候預測相關課程教學質量的高低將直接影響到學校特色專業人才的培養質量。該課程主要的教學目標是培養學生將大氣科學理論知識應用到實際業務工作中的能力。因此，該課程實踐教學具有舉足輕重的位置。本文結合南京信息工程大學大氣科學專業近年來在該課程方面的教學改革，探討如何利用實踐教學提高授課質量和學生的綜合能力。

一、增強對實踐課程的重視

大氣科學專業開設的主干課程理論性強，公式多，抽象難懂，學生在學習過程中感覺枯燥乏味，很難將理論概念和實際應用聯系起來。因此，通過實踐教學幫助學生把所學的理論知識和氣象臺站實際業務工作結合起來是十分重要的課題。就“短期氣候預測基礎”課程而言，其本身是一門應用性和技術性很強的課程，所以實踐教學就顯得尤為重要。在南京信息工程大學大氣科學專業本科生及中國氣象局培訓班多年課程教學實踐的基礎上[1，2]，2010年孫照渤教授主編了普通高等教育“十一五”國家級規劃教材《短期氣候預測基礎》[3]。2011年，該教材被評為教育部普通高等教育精品教材和江蘇省高等學校精品教材。該教材充分考慮了課程的性質及系統性，從短期氣候預測對象開始到建立多種預測方法，特別設置了9個實習內容，并給出了部分計算機程序，突出了實際應用的重要性。課程教學內容改革中，我們將理論講課學時由48學時減少至32學時，增加了16學時的實踐課時，并將其作為一門單獨的課程——《短期氣候預測基礎課程設計》。此外，在大四下學期的生產大實習中還特別設置了8學時的實踐。在教學過程中，相較于理論教學，學生更喜歡實踐教學的形式，更有利于激發學生對該課程產生濃厚的學習興趣。自由輕松的課堂氣氛，豐富的實踐內容，靈活多變的教學手段，幫助學生對該課程產生強烈的求知欲和強大的學習動力。老師與學生大量的互動交流，引導學生明確短期氣候預測在自己專業學習中的意義，體會到這門課程的實際應用價值，讓學生感受到這是一門知識豐富，與實際息息相關，且饒有趣味的學科，讓學生愉快地學習，從而真正吃透所學的知識，提高學習效率和綜合能力，為將來從事相關業務工作與研究奠定扎實的基礎。

二、結合科研和業務工作設計實踐教學內容和方法

“授人以魚，不如授人以漁”，“短期氣候預測基礎”實踐教學正是教會學生如何思考、分析和解決短期氣候預測的問題[4，5]。“短期氣候預測基礎”教學團隊的老師不僅有著很強的科學研究能力，而且還具備豐富的業務工作經驗。2010年，“氣候模擬與預測”創新團隊被評為江蘇省高校“青藍工程”科技創新團隊。自1998年以來，團隊每年參加中國氣象局國家氣候中心組織的全國汛期降水預測會商工作，預測結果得到了大家的認可。“短期氣候預測基礎”實踐教學內容的設計結合了老師短期氣候預測的研究和業務工作的經驗以及大氣科學專業的特點，全面反映這一研究領域最新、最成熟的科研成果，實踐項目也相應地不斷豐富和完善。

短期氣候預測實踐教學有一套完整的教學方案[6]。首先，讓學生理解大氣環流的表征和分型。我們利用科研和業務工作中最常用的統計學方法，使學生熟悉大氣環流中的基本概念。第二，讓學生掌握如何選擇和計算預測因子。如通過合成分析和奇異值分解方法來選擇大氣內部因子和外部強迫因子，計算遙相關指數等。使學生熟悉短期氣候預測中選擇因子的基本方法。第三，讓學生掌握業務工作中短期氣候預測的基本步驟和方法。分別通過統計學方法和動力學方法對我國汛期降水進行預測，使學生熟悉短期氣候預測的完整過程。最后，讓學生熟悉對預測結果的評估，通過計算預測評分等，使學生了解短期氣候預測的評估方法。

短期氣候預測實踐教學涉及多門基礎課和專業課，具有很強的綜合性，針對這一特點，我們在教學方法上也在不斷改革和完善。實習前對學生進行集中課堂指導，復習理論要點，講解實習目的，然后詳細講解實習內容、資料、方法等，以及需要注意的關鍵問題。實習過程中，需要大量的計算機編程，雖然在學習本課程之前，學生一般學習過計算機語言課程，但主要是一些語言規則和算法，對于如何將計算機語言應用到實際的生產實習，學生的實踐動手能力仍有欠缺，教師需要在這方面進行輔導。及時對學生碰到的一些問題進行總結，分析討論問題的原因，幫助學生解決問題。選取部分實踐項目，對學生進行分組，組員分工合作，由學生獨立收集資料，編寫程序，分析結果，教師只在關鍵問題上進行指導，最后各組將結果制作成課件進行演示交流。

三、提高學生綜合分析和應用能力

實踐環節是培養創新人才的重要步驟，在實踐教學中，充分激發學生學習的自主性、研究性和創新性，從而提高學生的動手能力、創新能力、團隊合作能力和綜合素質[7]。“短期氣候預測基礎”課程開設在大氣科學專業第四學年上學期，該階段的學生已經具備大氣科學專業基礎，實踐教學的開設可以促進學生將已學的大氣科學知識融會貫通，用于處理簡單的業務工作。此外，可以為學生的本科畢業論文以及將來的科研工作打下基礎。例如“大氣環流因子在短期氣候預測中的應用”這個實習個例，需要用到已經學過的Fortran和GrADS繪圖語言，統計預報中的奇異值分解方法，現代氣候學中的大氣環流知識等。在實習過程中老師僅提供所需數據，學生需要獨立編寫程序，根據程序的結果繪制圖表，并分析實驗結果，完成實習報告。老師通過批閱實習報告，給予反饋意見。通過這種實踐教學過程，學生復習了已學的重要知識點，進一步深入理解奇異值分解方法，對于短期氣候預測的物理基礎有深刻的認識。通過上機實習，學生學會了選擇短期氣候預測的前期大氣環流因子，并依此來制作短期氣候預測，達到“舉一反三”的目的，提高了動手編程和分析問題的能力，培養了學生獨立完成科研工作的習慣，培養了創新意識，為學生畢業以后的工作打下堅實的基礎。endprint

學生即將進入業務工作單位，是注入氣象業務部門的新鮮血液。氣象基礎知識扎實、實踐動手能力強是優秀的大氣科學專業畢業生應該具有的能力。“短期氣候預測基礎”實踐教學不僅提高學生短期氣候預測的能力，而且為學生提供了一個動手實踐的平臺。例如講授“中國東部夏季降水預測”內容時，向學生介紹參加全國汛期降水預測會商的部分預測方法，引導學生獨立設計自己的預測方法，得出自己的預測結果，并對預測結果進行評分。實踐教學過程中，教師現場講解基本方法思路和步驟，并以實例指導學生對關鍵部分進行編程計算，使學生逐步掌握建立短期氣候預測方法的基本技能。這種實踐教學方式使學生對教學內容有了更直觀形象的認識，加深了學生對降水預測方法的學習和運用，將理論知識和實踐操作有機結合起來，提高了學生的學習興趣，增強了學生解決實際問題的能力，使學生盡早掌握實際業務技能。

“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”。短期氣候預測實踐課程任重而道遠，從教材的編寫到教學內容的設計，再到教學方法的改革都只是開始。作為一名實踐教學團隊中的老師，如何在實踐教學工作中，充分發揮自己的科研和業務工作經驗，利用豐富多彩的教學手段，讓學生學會面對問題，有的放矢地結合自己學過的知識分析問題，創造性地設計解決問題的方案和研究思路，學會團隊合作，學會交流和取長補短，是我需要時刻思考的重要問題，這也是實踐的真正意義所在。未來的路還很長，我們還需付出更多的努力，讓教材精益求精，教學內容更加合理科學，教學方法更加靈活實用，不斷探索實踐教學的方法，提高實踐教學的質量，為培養出更多優秀的氣象專業人才貢獻自己的力量。

參考文獻：

[1]章基嘉，葛玲.中長期天氣預報基礎[M].北京：氣象出版社，1983.

[2]章基嘉，葛玲，孫照渤.中長期天氣預報基礎（修訂版）[M].北京：氣象出版社，1994.

[3]孫照渤，陳海山，譚桂容，等.短期氣候預測基礎[M].北京：氣象出版社，2010.

[4]孫照渤，陳海山，李忠賢，等.“短期氣候預測基礎”課程教學改革的體會[C]//大學地球科學課程報告論壇文集.北京：高等教育出版社，2008：289-290.

[5]孫照渤，陳海山，李忠賢，等.專業課程教學方法改革的思考[C]//大學地球科學課程報告論壇文集.北京：高等教育出版社，2009：391-393.

[6]譚桂容、孫照渤.加強“短期氣候預測基礎”實踐教學的思考[C]//大學地球科學課程報告論壇文集.北京：高等教育出版社，2009：408-410.

[7]孫照渤，李忠賢.實施素質教育？搖加強地球科學專業課程建設[C]//大學地球科學課程報告論壇文集.北京：高等教育出版社，2010：363-365.

基金項目：江蘇省“青藍工程”；江蘇省高校優勢學科建設工程資助項目（PAPD）；南京信息工程大學教學建設與改革提升工程項目（12JY061）。endprint