《邊界層氣象學》課程教學改革實踐探討

姜海梅，王成剛

摘要：本文重點介紹了大氣科學專業主干課程《邊界層氣象學》課程教學改革的必要性，并在教學實踐基礎上進行總結，就該課程教學內容、教學方法和考核方式提出相應的教學改革措施以提高課程教學質量，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：邊界層氣象學；教學改革；實踐探討

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0036-02

邊界層氣象學是研究距離地面1～2公里，直接與下墊面發生相互作用的大氣層結內各種物理過程的一門學科。它的發展與天氣、氣候以及大氣環境研究關系非常密切，是大氣科學的一個重要分支。近些年來邊界層氣象學研究也由此迎來了前所未有的發展機遇和挑戰，其內涵和外延已經發生了很大變化。應對變化我們必須相應地調整改革邊界層氣象學課程的教學內容、教學方法和考核方式，才能切實提高邊界層氣象學課程的教學質量，培養出適應時代發展的優秀人才。邊界層氣象學是大氣物理學與大氣環境、氣象學、大氣環境、應用氣象等專業均開設的一門專業基礎課。該課程以基本統計方法、大氣物理學、動力氣象和流體力學為先導，重點介紹邊界層氣象學的基本概念、基本理論和基本方法，突顯出該門課程理論性強、實際應用廣的特點。課程主要涵蓋邊界層氣象學導論、大氣湍流基礎、湍流控制方程組和湍流能量方程、近地層相似理論，以及中性邊界層、對流邊界層、穩定邊界層、大氣擴散基礎、大氣邊界層探測基礎等內容。課程教學在強化邊界層湍流基礎、近地層相似理論兩大核心內容的前提下，適當刪減已過時和應用較少的內容，在學生可接受程度上增加應用性和前沿性較強的內容拓展學科的外延，在課程教學中引入介紹學科發展的熱點難點問題和未來發展方向。

綜上所述，隨著《邊界層氣象學》學科的發展和延伸，我們必須對該課程現有教學方式和內容進行改革。筆者是南京信息工程大學《邊界層氣象學》課程的授課教師，通過對該課程近3年的教學摸索，結合講授《邊界層氣象學》課程的教學實踐，認為該課程的教學改革主要應從教學內容、教學方法、考核方式幾個方面入手進行改革創新，以提高該課程的教學質量。

一、教學內容的安排

1.教材選擇。教材選用與教學目的直接相關聯，必須根據學生專業方向和知識基礎選擇合適的教材，如此才能保證教學計劃的順利實施和教學任務的圓滿完成。目前，邊界層氣象學課程的教材主要有：Stull編著（楊長新譯）的《邊界層氣象學導論》（1991年，氣象出版社出版），Garratt編著的《The atmospheric boundary layer》（1992年，劍橋出版社出版），趙鳴編著的《大氣邊界層動力學》（2006年，高等教育出版社出版）。其中《邊界層氣象學導論》是國內高校邊界層氣象學課程廣泛使用的教材，我們也選用了該教材作為邊界層氣象學課程的主要參考書目。同時隨著大氣科學的發展，新理論和新成果不斷涌現出來，許多概念、知識都有了很大的發展，沿用上世紀90年代初編寫的教材已不能跟上該學科當前發展形勢。此外，南京信息工程大學安排邊界層氣象學課程的學時數偏少（32學時）。

筆者在主要參考《邊界層氣象學導論》內容的基礎上，適當參考《大氣物理學》課本中大氣湍流和大氣邊界層部分的知識結構安排課程內容，適當拓展大氣擴散等與大氣環境專業學生科研和業務關聯比較密切的熱門內容。在教學過程中，筆者結合實際情況適當穿插介紹有關大氣污染擴散等知識，發現該部分內容既能豐富教學內容，也能擴寬學生的知識視野。其他基本教材作為學生課余學習時的輔助參考書，幫助學生完善知識結構，深化對邊界層氣象學的理解。

2.精選教學內容。以大氣科學研究和業務應用為目標，以邊界層氣象學教學目的和課程內在體系為依據，精選教學內容，突出重點、分散難點，擴大涵蓋面。對于基本概念、理論、方法要加以充分講解，把教學內容分為基本內容、選講內容和自學內容。基本內容包含邊界層氣象學學科方向所涉及到的基本理論與基本方法，選講內容和自學內容根據專業應用特點、學生接受能力和下一步學習需要來加以確定。同時注意在講解中突出重點難點，對大氣湍流基礎、湍流運動控制方程組和近地層相似理論等重點內容要講深講透，難點內容主要從提出問題、分析問題以及解決問題三方面入手，讓學生了解過程，理清思路，做到重點突出、難點分散、疑點講透。

二、教學方法的優化改革

1.創新課堂教學方式和方法。教無定法。形式和手段的多樣化是課堂組織的一種創新。以培養學生思維能力和動手能力為目的，在教學內容與實踐基本相符的情況下，調整課堂的教學方式方法有助于高質量完成教學任務并取得良好的教學效果。

過去課堂教學基本上是一言堂，師生互動性不強。為了提高學生學習的主動性與創造性，改變一統式的教學方式，筆者將教學內容分為老師主講課、課堂練習、學生自學討論等部分。針對本課程屬于專業基礎課程，課程理論部分較難以及物理公式較多的特點，在示講方式上采取以板書為主、PPT投影為輔的方式；在自學課與討論課環節，內容要有針對性，在教學過程中積極組織、激發、誘導和促進學生勤于思考、善于思考。學生是學習的主體，教師起到引導、解疑、歸納的作用。這樣既可以在較短的時間內消化大量的教學內容，又可以調動激發學生學習的主動性，達到事半功倍的效果；充分利用現代教學手段，進一步改進教學方法，提高教學效率，授課過程中對復雜公式的推導采取板書和ppt演示相結合的方式，圖、表等內容采用多媒體進行教學，真正達到省時、清晰、易懂的效果。

2.分層次教學提高學習效率，加強學生動手能力，達到理論與實踐的有機結合。根據多年教學經驗，對這種理論性、應用性強的課程，要使學生掌握知識、運用知識的能力得到培養和提高，可應用四個層次漸進教學。（1）夯實基礎，把基礎理論講透、講扎實，使學生基本概念清晰、基本理論明晰。（2）強化課堂練習，對于一些理論性應用性較強的計算問題必須要學生熟練掌握，一方面可以幫助學生加深對理論的理解，實現第一層次的漸進；另一方面可以通過學生自主編寫計算程序，提高解決實際問題的能力。（3）加強實踐教學，在實踐中不斷深化理論。邊界層氣象學課程是一門理論和實踐并重的課程，課程中許多理論知識需要通過實踐去理解，課程設計和參觀實習可以達到理論結合實踐的教學目的。筆者充分發揮南京信息工程大學大氣探測基地的實驗條件，在實踐教學中安排系留氣艇探空實驗。通過觀測實驗，使得學生對邊界層的垂直結構特征及其日變化規律有了更為深刻的理解。

三、考核方式的優化

本門課程以往的考核方法，一般是將期末考試成績作為學生課程總評成績。這種考核方式也容易縱容學生“平時不燒香，臨時抱佛腳”的考前突擊現象。由此可見，這種傳統的考試方式不能真實地反映出邊界層氣象學課程的實際教學情況。筆者意識到這種考核方法的缺點，并就此對課程考核方式進行一定的改良。筆者采用平時成績占40%、期末測評占60%的方式，科學合理地給出學生的課程總評成績。平時成績主要包括學生作業完成情況、課堂教與學互動表現和實習完成情況。教學過程中針對重點難點章節的教學內容和教學目標，合理安排課后作業，鼓勵學生獨立思考認真完成，并及時批閱。課堂教學互動情況主要考評平時教學過程中學生參與問題討論、回答提問以及聽課情況，并在教學過程中及時記錄。實習完成情況主要考評學生獨立思考解決問題的態度和能力，并對抄襲他人實習作業等現象予以嚴厲處分。對于在整個教學過程中以上表現均較為突出的學生，應盡量提高其平時成績以鼓勵隨堂學習的積極性。

四、總結

大氣科學專業基礎學科的教學與實踐還存在有待探討改進的空間，《邊界層氣象學》課程的教學工作更是如此。因此，積極進行大氣科學基礎課程教學與實踐的改革研究，不僅對本校大氣科學專業的教學具有指導意義，對于全國大氣科學專業及其相關專業也會起到一定的推動作用。

《邊界層氣象學》課程經過上述一系列的教學實踐，通過對教學模式進行改良，使得學生學習該門課程的主動性明顯增長，對課程知識的掌握程度也有顯著提高，并且有效地鍛煉了學生的實踐動手能力，基本上取得了預期的教學目的和效果。

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基金項目：江蘇高校優勢學科建設工程資助項目（PAPD），江蘇省高校自然科學研究面上項目（11KJB170005）。

作者簡介：姜海梅（1982-），女，江蘇省海安人，博士，講師，研究方向：大氣邊界層物理與大氣湍流、地氣系統通量交換。