一流大學背景下大氣科學專業課程改革探研

祝薇+郭麗青+黎偉標

摘要：本文在中山大學教學改革專項基金的支持下，介紹了大氣科學核心專業課程之一的“雷達氣象學”課程創新改革探研情況，擬通過對課程改革建設成果的實踐分析，探索分析大氣科學學科專業課程改革的重點和難點。提出在大氣科學專業課程教學中，加入創新性實驗教學、開放性研究以及網絡教學環節等平臺和教學手段，無論學生還是教者均受益，教學效果遠遠可超過單純專業理論教學的結論。

關鍵詞：一流大學;大氣科學;課程建設

我國一流大學對不同的一級學科人才培養有不同的具體規定和要求，如何進行課程改革培養拔尖人才是眾多學者研究的內容。在我國氣象服務事業對一流人才迫切需要的大背景下，我們通過對中國氣象局發布的《氣象發展規劃（2011—2015年）》以及長期發展規劃的內容解讀，對中山大學大氣科學專業核心課程之一的“雷達氣象學”課程建設進行研究，分析一流大學大氣科學專業課程改革的重點和難點，探索一流大學專業人才培養的新途徑和方法。

“十一五”規劃期間，我國新建新一代天氣雷達73部，形成了由164部新一代天氣雷達組成的雷達觀測網，為天氣預報特別是災害性天氣預警預報提供有效的服務。“十二五”規劃把天氣雷達工程作為我國積極推進建設的重點工程之一，要求天氣雷達觀測覆蓋率提高10%左右。[1]我國《氣象部門人才發展規劃（2013-2020年）》則明確我國目前是“一流裝備、一流技術、一流人才、一流臺站”四個一流的戰略目標攻堅時期，尊重人才，堅持以用為本，把人才建設確定為氣象發展主要目標之一。

本文在中山大學本科教學改革專項基金的支持下，圍繞一流人才培養的宗旨，介紹了專業課程的教學內容、教學方法創新改革及優化建設的情況以及取得的積極成果。

一、課程教學大綱設置及重點

（一）專業課程教學大綱改革的必要性

課程大綱是任課教師依據學科特點、社會需求以及教育部對學科的要求，編寫的能體現專業課程教學的計劃大綱，包括整體教學實施的目標與基本要求、課程內容以及課程實施的所需條件等。課程教學大綱有利于學生明白課程內容以及老師對本課程教學工作的總體要求，引導學生樹立整體學習理念。教學大綱有利于學校主管部門對課程進行審核、管理和評價。課程大綱要求教師把握自己的教學工作，遵循教學工作的系統性、整體性和可預見性。學生從大綱能夠知曉整個課程的教學目的、要求和課程評價方法。根據中山大學教務處的要求，任課教師必須每年對教學大綱進行檢查更新，學校對此建立了完整的審核制度，專業課程教學大綱的定期修訂是必須進行的工作。

（二）專業課程教學大綱修訂的重點

大氣科學作為中山大學的一級學科，教學大綱的修訂須緊緊圍繞我國氣象事業的發展對人才培養的需求。所以，修訂重點在于如何切合我國氣象事業日新月異的發展步伐，達到學以致用的教學目標。在內容上，教學大綱除了考慮一般學生的需求外，還需注重拔尖學生在教學課程建設中的培養問題，如何根據個體差異因材施教，避免強求一律，如何開發優秀學生的個性和創新能力以提升學生整體競爭能力，如何設計實驗項目及開放性研究學習，鼓勵學生創新思維、自主開發、公開公平競爭。以拔尖帶動全局，統籌推進課程的協調發展，在教學手段上要進行如何的改革，在教學形式上要如何建設等，這些都是我們在修訂專業課程大綱時必須考慮的重點。

（三）“雷達氣象學”教學大綱修訂實例

我們在多年專業教學經驗的基礎上，結合當前我國氣象事業發展形式的要求，在2013年對“雷達氣象學”教學大綱進行了較全面的調整，將課程大綱由原來單純理論教學體系改革成為“1+1”（1學分理論，1學分實驗）課程體系，其中理論部分占18學時，實驗部分占36學時，共54學時。同時，網絡課程教學配合開展，使整個課程體系完整化、系統化。

實驗教學大綱建設部分，我們給學生量身設計實驗及研究性項目十余項，包括新一代多普勒雷達基數據讀取、雷達產品生成系統、雷達工作站終端的設置及相關操作、新一代雷達暴雨回波資料分析、新一代天氣雷達冰雹回波資料分析、新一代天氣雷達臺風回波資料分析、雷達災害性天氣綜合分析及預警預報、雷達資料質量控制、雷達資料的同化、風場反演等。實驗及開放性研究有必做項目也有自選項目，以使優秀學生有自主創新的空間。指導學生獨立思考，培養獨立分析問題、解決問題的能力。此外，創建以討論組方式進行的研究性學習，使學生在學習時無形中養成了團隊協作的學習討論氛圍。對實驗報告嚴格把關，要求以正式論文的形式完成實驗報告。

二、課程教學資源整合及難點

（一）課程教學資源整合的必要性

大氣科學專業由于其學科的獨特性，教學資源是專業課程建設的基礎和保障，專業實驗教學資源是專業課程資源的一部分。以中山大學為例，校內有大氣探測實驗實習基地、氣象觀測場、氣象臺，校外大部分省市氣象局設有學校大氣科學實驗實習基地，它們均為學生實驗實習教學工作提供場地。目前，這四部分的教學資源未進行整合，分別進行實驗教學，這不僅使得有些實驗教學重復開展，而且造成實驗教學資源的浪費。整合專業課程實驗教學資源不僅可以提高教學效率，激發學生的學習積極性，而且可以節約教學資源成本，因此整合實驗教學資源不僅有必要，且具有極其重要的意義。

（二）教學資源建設現狀及整合難點

?傳統教學資源建設模式的主要問題體現在：資源建設經費不集中，難以形成規模效益;低水平重復建設現象嚴重，資源質量良莠不齊;優質資源共享不充分，受益范圍有限。[2]如何摒棄“教學資源僅靠教學單位自己建”的狹隘思想，融合教學資源整合理念，形成區域教學資源優勢互補，大幅提高資源質量和增加資源數量，促使學校與學校之間、學科與學科之間、學校與氣象局之間教學信息資源達到共享，促使優質教學信息資源在更大范圍內的整合化是目前教學資源整合的難點。

（三）教學資源整合創新

?近幾年來，中山大學加大學科建設的投入，大氣科學本科教學資源建設經費基本上由以下幾方面組成：學校“985”人才培養計劃、教育部或省級教學示范中心建設、學校教改基金、精品課程建設、學校教學日常運行設備購置等。總體來看，下撥的經費主要是用于重點教學項目的建設、新建課程建設、實驗教學中心以及本科教學平臺基本運行費用等，遠遠不能滿足大氣科學學科理想的專業課程建設需求。在如此需求經費缺口較大的具體情況下，只能利用其他資源進行課程建設，比如學校資源整合、科研條件用于教學、與省市氣象局合作辦學、自制創新實驗教學設備等，均是解決的出路。多方資源整合是當今及今后辦學之路。

以中山大學大氣科學實驗教學平臺為例，近三年，“985”三期人才培養建設投入近60萬，省教學實驗示范中心建設投入約25萬，主要用于對長期老化實驗教學設備進行更新升級以及實驗教學條件的改善。此外，中大與廣東省、市氣象局多方積極加強合作，共建共享教學資源平臺，完成了天氣業務信息共享平臺的建設、雷達數據庫、雷達數據處理系統、終端顯示回放系統的建設。同時，通過接入中國移動10M氣象數據專線，學生可實時調用相關數據進行天氣預報的實踐學習。此外，我們把教學資源開發與科研項目成果有機結合，使成果應用于教學，讓有潛力有興趣的優秀同學參與到課題組研究學習中。在理論和實驗教學中，我們把充分啟發學生創造性思維放在首位，堅持培養引導、理論與實踐相結合，在教學中培養學生的獨立思考能力，以此形成良性機制，提升教學效果。

三、課程教學體系創新改革

（一）理論教學改革

理論教學是必須的教學環節，課堂理論教學的學習和運用是影響課堂教學質量的重要因素。其中，如何提高課堂教學質量、激發學生的創新能力和學習積極性也是大家一直探討的重要課題。我們在理論教學改革中發現，把當前氣象部門業務中常用的事例或實例用到理論教學中，能收到不錯的效果。

例如“雷達氣象學”理論課程要求學生牢固掌握雷達的工作機理，氣象目標對雷達電磁波的散射，大氣、云、降水粒子對雷達波的衰減，雷達氣象方程，超短波在大氣中的折射，雷達探測能力和準確度，脈沖多普勒天氣雷達探測，多普勒天氣雷達回波的識別和分析方法等[3] 。我們在內容上，增加充實了以2012年廣東省新一代雷達網探測的冰雹、臺風、暴雨等全年災害性天氣數據為基礎的雷達產品的深度學習環節，從產品的基數據到通過仿真回放系統對產品的生成，使學生能更直觀更科學地學到雷達回波分析知識。

（二）網絡教學建設關鍵點

課程教學網絡化是建設自主學習體系的重要支撐，是學生在網絡環境下學習的一種重要的學習資源。我們從長期的教學經驗總結出，一個成功的網絡課程教學平臺，關鍵點在于網絡教學模塊的設計，基本分為四大模塊：專業知識、網上教學、習題與解答、互動交流。其中，網上教學模塊又分為理論教學和實驗教學兩個分支。在專業知識模塊設計中應既能讓學生可以隨時隨地下載學習資源，又能作盡可能詳盡的教學內容指導。

在中山大學教學改革基金立項給予“雷達氣象學”課程網絡建設的支持下，我們從網絡教學結構的設計到內容的選定，直至最后的網絡教學平臺的搭建，實現以學生為中心，以應用分析能力培養為目標，以現代網絡技術和大量新一代多普勒天氣雷達回波資料為支撐的多媒體教學與網絡自主學習相結合的學習環境和體系的構建，開發了網絡學習課件，建設了網絡輔導和作業系統，實現教學資源的整合，創建學生互教互學機制，建立科學的網絡教學管理系統，使學生學有所獲。新一代多普勒天氣雷達網絡平臺分為四大模塊，并另預留實驗模塊以便進一步完善整個專業網絡課程體系。四大模塊為：理論知識、網上教學（主要著重于災害性天氣回波資料分析，如臺風、冰雹、龍卷、下擊暴流、雷暴等）、習題與解答、學生互動交流。各模塊運用Fireworks、Photoshop、ACDSEE、Visio等軟件處理圖像和進行平面設計，利用Dreamweaver進行網頁設計，Flash進行動畫設計，設計出先進、專業、簡潔直觀、可操作性強、時尚的網絡教學課程系統。本平臺對加強學生對災害性天氣分析預報的能力培養，具有很強的現實指導意義。

（三）實驗及研究性學習建設

實驗教學部分是不可或缺的教學環節，而有效推進研究型教學是提升人才培養質量的發展趨勢。 培養一流人才，開展科研工作的宗旨在于發現和創造新知識，而培養創新型人才更離不開實驗教學。

中山大學對“雷達氣象學”課程建設增加了實驗教學，編寫了《新一代多普勒天氣雷達資料分析》實驗講義。講義一方面匯集了由廣東省新一代雷達監測網對2012年全年冰雹、暴雨、臺風等災害性天氣現象雷達觀測數據進行質量控制后，得到的新一代天氣雷達基本數據產品、物理量產品、風場反演產品、強天氣自動識別和跟蹤產品等27類、五十余張回波圖像，供學生實驗教學之用;另一方面匯集了新建實驗項目、開放性研究學習項目十余項，并要求以正式論文形式提交綜合實驗報告。

經過近幾年的實踐，“雷達氣象學”課程考試一次通過率保持100%，優秀率由原來的43%上升到79%，出勤率由原來的85%上升到95%以上。教學效果學生反映良好，學生通過創新教學實驗和研究性學習后，對研究學習產生了興趣。有的學生直接加入了老師的科研團隊，有的學生因而萌生了繼續深造的熱情，例如馬文倩同學被保送到清華大學，于威同學被保送到南京大學繼續碩博深造等。

四、結論

通過對一流大學大氣科學專業課程建設的探研，得出以下幾點結論：教學大綱修訂重點要緊跟我國氣象事業日新月異的發展對人才的要求，達到學以致用的教學目標;教學資源建設及整合難點的攻堅關鍵，在于提高教師隊伍業務整體水平，爭取課題負責人的支持和理解，使研究資源用于教學，實現學研互進機制、跨學科促進整合機制、省市氣象局與學校共同建設、學生創新研究等方面;理論教學、網絡教學平臺、實驗教學和研究性學習，是培養現代化急需人才很好的教學方法和教學手段。我們注意到，專業理論課程教學加入實驗建設環節后，無論學生還是教者均受益，教學效果可遠遠超過單純理論教學。本文亦為兄弟院校的相關專業課程建設提供可借鑒的經驗。

參考文獻：

[1]中國氣象局. 氣象發展規劃（2011～2015年）[EB/OL]. http：//zwgk.cma.gov.cn/web/showsendinfo.jsp？id=4362.2011-12-07.

[2]楊文正.基礎教育信息資源優化配置模式與機制研究[D].武漢：華中師范大學，2014.

[3] 張培昌等. 雷達氣象學[M].北京：氣象出版社， 2011.1-3.