物理海洋學的課堂教學研究

摘 要：本文介紹了廣義和狹義的物理海洋學，在此基礎上提出了有關物理海洋學課程教學方面應該注意的事項，并結合筆者在本門課程教學實踐上的經驗，著重分析如何針對重要知識點采取切實可行的教學方法，提高學生的學習興趣，改進教學質量。

關鍵詞：物理海洋學；學科課程；教學方法

一、 物理海洋學的含義

從廣義上講，物理海洋學指的是海洋科學領域的一個學科方向，它主要是通過數學和物理的方法來研究海洋，尤其關注海洋中的物理過程，以及伴隨各種動力過程的海水的運動形式。無論是在研究方法還是在研究內容上，它都有別于海洋化學、海洋生物學以及海洋地質學等其他海洋分支學科。眾所周知，海洋是一個復雜的綜合體，一方面，海洋中的各種過程都不可能孤立存在，比如沉積物的沖淤、海洋生物的遷徙、營養鹽的分布等，這些發生在海洋中的生物地球化學過程都會受到海流、波浪、潮汐等海洋物理過程的顯著影響。另一方面，地質生物過程也可能改變局地的水動力過程，比如海底地震引發的海嘯，魚群遷移引發水體結構的改變等。但是從時空的總體效果看，海洋物理過程對地球生物化學過程的影響還是最主要的。因此，物理海洋學科也被認為是海洋學領域最基礎的學科。

從狹義上講，物理海洋學又是一門課程。根據現有的教學大綱和課程安排，該課程的教學內容已經基本涵蓋了和物理海洋過程相關的所有知識點，如海水的性質、熱力學性質、海流理論、潮汐現象、海浪特征以及內波理論等，從而構成了物理海洋學這個學科的重要知識基礎。但是受限于學時安排，講師不可能把所涉及的知識點都一一講到，因此在教學安排時，有必要根據授課班級的專業特點對教學內容進行有針對性的取舍，以保證學生學有所得，學能所用。

二、課程的特點

物理海洋學課程一般是在大學三年級開設，在此之前學生已經系統地學習了高等數學、數值分析以及海洋科學導論等先導課程。通過先導課程的學習，學生已經熟悉了微積分公式的基本求解和推導技巧，并對伴隨物理海洋過程的各種現象和特征有了一定的認識。如果說先導課程是幫助學生掌握學習專業知識的方法和手段，那么后續專業課程的學習就是運用這些工具深入領會專業知識的內涵，即運用數學物理的方法了解海水是如何運動的，以及為什么如此運動。本門課程的設計安排就是教會學生如何建立并求解海水運動方程。但是由于原始海水運動方程自身具有非線性的特點，要想求得其解析解是比較困難的。因此學生還要掌握尺度分析的方法，這樣可以簡化原始海水運動方程，使得獲取方程的解析解成為可能。更為重要的是，盡管海水運動方程簡化了，但是獲取的解析解所揭示海水運動的基本規律已經被廣泛地觀測所證實。因此，“構建不同形式下的海水運動方程——求解方程——用方程的解來闡明海水的運動規律”就成為本課程最為核心的知識脈絡。

海洋約占地球表面積的70%，不同海域的陸海分布、地形地貌、動力條件都不相同，這就決定了物理海洋過程具有顯著的地域性特征。因此講師在授課時要把可能影響海區動力過程的環境要素進行充分細致的介紹，這可以幫助學生領會如何抓住關鍵因素建立簡化、便于求解的海水運動方程。海水運動方程的求解和分析是高年級大學生數學物理能力的應用。海水運動方程實際上是海水真實運動的定量化描述，因此建立和求解方程不是單純的數學問題，需要學生對方程中的數學符號所代表的物理意義能夠有比較清晰的認識。本課程的這些特點都決定了學好先導課程對于本門課程學習的重要性。

三、課堂教學可能遇到的問題和解決措施

如前所述，物理海洋學是一門專業性非常強的課程，而且對學生之前的數學物理及海洋學科的知識積累要求也比較高。即便如此，教師在介紹各種物理海洋過程之前還需要花費一定的學時對引起海水運動的各種力進行充分分析，并建立相關數學表達式，幫助學生認清各種力的性質以及由此引起的各種海水運動的形式和特征。

海水運動方程的建立和求解本身是抽象而枯燥的，往往不能喚起學生的學習興趣，因此教師在教學過程中要重視教學方法和形式上的改變，充分利用多媒體教學手段，借助MODIS衛星圖片和其他可視化手段，把特定海域現場調查或模型計算的溫度、鹽度和流場展現出來，通過直觀的圖片和視頻信息，幫助學生學習消化理論知識。課堂提問和答疑是督促學生課堂聽講以及課后復習的有效手段。同時，安排一定學時的討論課，讓學生針對某一專題進行討論，也可提高學生的學習熱情和主動性。多年的教學實踐表明，這些措施對于提高教學質量都是切實有效的。

四、結論

本文主要介紹了物理海洋學的學科含義和課程教學特點， 著重闡述了物理海洋學課程的重要知識點以及在教和學過程中應注意的事項，對該課程在教學中所出現的問題提出有針對性的解決措施，切實提高課程教學質量。

參考文獻：

[1] 葉安樂，李鳳岐.物理海洋學[M].青島：青島海洋大學出版社，1992.

[2] 馮士筰，李鳳岐，李少菁.海洋科學導論[M].北京：高等教育出版社，1999.

[3] Stewart R.H. Introduction to Physical Oceanography[J].American Journal of Physics，2008， 65（10）.

[4] Pickard G L and William J E. Descriptive Physical Oceanography：an Introduction[M]. Macmillan ：Pergamon Press ，1963.

作者簡介：劉浩（1972- ），男，博士，副教授，主要從事物理海洋學方面的教學和科研工作。