水文與水資源工程專業《氣象學》教學實踐與總結

陳要平+趙瑞君+許光泉

【摘要】《氣象學》是水文與水資源工程專業的核心課程，依據教學實踐，從教材與教輔書選用、課堂教學過程設計和實踐教學活動安排等三個方面，對課程的建設進行了討論。

【關鍵詞】氣象學 水文與水資源工程專業 教學實踐

【基金項目】安徽理工大學本科專業核心課程建設項目；安徽理工大學博士科研基金；大學生創新創業訓練計劃項目（201610361006）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）40-0225-02

《氣象學》是我校水文與水資源工程專業的七門核心課程之一，于2016年被列入學校首批本科專業核心課程建設名單。根據專業教學計劃，該課程被安排在大二學年的第二學期，總課時為48學時，其中：理論課40學時，實驗課8學時。課程教學內容主要為大氣物理屬性、大氣動力學、天氣系統、天氣過程和氣候的形成與變化等，著重于從物理和數學推導的角度對天氣現象和天氣過程的發生機理進行研究。為取得良好的教學效果，更好地服務于專業培養目標，我們嘗試從以下幾個方面著手，開展了該課程的教學工作。其一，綜合安排課堂教學和實踐教學的內容，使其各有側重，相互補充；其二，課堂教學注重聯系生活實際，培養學生的學習興趣，調動學生學習的積極性；其三，實踐教學注重聯系科研生產，與專業其他主干課程相銜接，學以致用。

一、教材和教輔書的選用

專業教材是教師組織授課內容的主線，也是學生自學或課后復習的重要參考書籍。然而，如果教師僅僅依靠教科書來進行授課，一來會有按部就班、照本宣科之嫌，二來專業教材內容的嚴肅性和理論性也往往使得課堂顯得沉悶和枯燥。

本課程選用了姜世中2010年主編、科學出版社出版的《氣象學與氣候學》作為主講教材，另外選用了Lutgens和Tarbuck合著的《氣象學與生活》、胡毅主編的《應用氣象學》和Shelton著的《水文氣候學-視角與應用》作為教輔書。《氣象學與氣候學》分氣象篇、天氣篇和氣候篇等三個部分，對天氣現象和氣候形成與變化的機理進行分析和推導，體系清晰，內容緊湊，具有較強的理論性和專業深度。《氣象學與生活》與生活實際聯系緊密，圖表豐富，內容深入淺出，并穿插了人們發現天氣現象形成原因的歷史進程和故事，將氣象科學的專業性和趣味性很好地融合在一起。《應用氣象學》側重于介紹氣象學與農業、林業、能源、大氣污染、醫療、建筑和交通等方面的聯系，包含了很多應用實例，與社會生產聯系緊密，具有很強的實用性。《水文氣候學-視角與應用》著重于研究氣象與氣候系統在水文研究中的應用，分析了氣候系統對陸地水循環和水平衡的影響，闡述了氣象學與土壤蒸散發、地表徑流、土壤截流和地下水補給等方面的聯系，其研究內容和水文與水資源工程專業的培養目標有很強的相關性。因此，專業教材與教輔書的結合使用，既保證了課程教學內容的體系完整和理論深度，又能充實授課內容，開拓師生的知識面。

二、課堂教學設計

課堂教學過程的設計是組織好教學活動的關鍵。在教學活動中，教師往往居于主導地位，而學生的角色一般比較被動；然而，教學效果的好壞卻在很大程度上取決于學生的學習積極性和對課堂教學內容的參與程度。因此，應采取多樣化的教學方式，優化課堂教學內容，調節課堂節奏，提高學生的學習效率。

1.聯系生活實例，激發學習興趣

比如，在第一章第一節講解空氣的相對濕度和露點溫度時，如果單純的介紹一下二者的概念，則往往會讓學生覺得過于抽象而不易理解。但如果課堂由同學們的日常生活開始，比如先提出兩個問題：在炎熱的夏季，向一個空玻璃杯倒入冷飲后，為什么玻璃杯的外表面很快會出現一層水膜？在寒冷的冬季，向空氣中哈一口氣，能看到白色的霧痕，而在夏季時卻很難看到？結合這些問題，然后再對空氣中水汽凝結的相關概念和馬格努斯公式進行介紹，學生就容易理解這個知識點，并且會有較深的印象。又如，在第二章第二節講到大氣對太陽輻射的散射時，如果直接講解瑞利散射和米散射的概念和計算公式，則會顯得平鋪直敘和抽象。如果先提出幾個問題，如：為什么日常晴朗干凈的天空是藍色的，而空氣混濁的天空是灰白色的？為什么早晨和傍晚的太陽看起來是紅色的，而正午時是白色的？這些日常生活中的大氣現象，正是由于空氣中不同粒徑分子的散射作用而產生，但人們往往由于太司空見慣而未去探究其發生的機理。再比如，在第五章低緯度天氣系統中熱帶氣旋這一部分，可以讓學生先回顧一下自己的家鄉是否受到過臺風天氣的影響，一般發生在哪個季節和月份，臺風的路徑有什么特點，然后再去探討臺風形成的必要條件與消亡過程，就更容易激發學生的探究心理。

2.多媒體和板書相結合，多種方式展示教學內容

氣象學雖與現實生活聯系緊密，但由于一些大氣現象的發生尺度太大、出現的頻率較低或者產生的機理比較抽象，往往在課堂上單靠教師的語言描述難以表達清楚。比如大氣環流、洋流、鋒面氣旋、熱帶氣旋和我國的雨帶推移等，發生尺度廣，影響范圍大；云的成因與分類、雨虹、寒潮、雷暴、冰雹和龍卷風等極端天氣，隨季節更替其發生的頻率有較大的變化，并且存在一定的區域性；而風的形成、降雨的伯杰龍過程與云滴的沖并增長、厄爾尼諾與拉尼娜現象等，其機理又相對抽象。這些知識點單靠教師使用語言描述或者板書作圖示意，很難達到理想的教學效果，如果通過搜集相關圖片、動畫、視頻材料等制作成多媒體課件進行呈現，則形象直觀，學生容易理解。此外，氣象學課程中有些章節如干濕空氣狀態方程、熱輻射的基本定律、太陽高度角的計算、大氣穩定度的判別、拉普拉斯壓高公式、氣壓梯度力與地球自轉偏向力等，因涉及到大量的推導或者計算，為幫助學生掌握其推理和計算過程，則以板書授課的方式效果更好。

三、實踐教學安排

氣象學是一門實踐性很強的課程，如氣象儀器的使用、氣象參數的測定和氣象數據的整理分析等，學生只有在動手操作中才能得以掌握。校內實驗教學的優勢在于能夠充分利用學校的自有儀器設備，通過近距離觀察、甚或拆解重裝和反復操作，幫助學生熟練掌握儀器的構造特征與使用方法。校外實習則有助于認識氣象觀測的新技術、新方法和氣象學知識在科研生產中的應用，但實習往往以現場教師講解和參觀的方式進行，一般不允許學生隨意觸碰工作中的儀器設備。我校的實踐教學環節以校內實驗和校外實習相結合的方式進行。endprint

實驗教學環節不可或缺。在一次校外氣象站的參觀活動結束后，有學生提出了一個看似簡單的問題：老師，翻斗式雨量計的內部是如何工作的？盡管教師已經在課堂上用圖片展示的形式向學生介紹了雨量計的結構和工作原理，并且在氣象站進行了實地參觀，然而由于在開課之初部分實驗儀器尚未到位，學生沒有機會進行實際操作，因而對其結構和工作原理并未真正的掌握。目前，利用不斷完善的實驗條件，我們開展了空氣溫度和日照的觀測，氣壓和風的觀測，空氣濕度、蒸發和降水的觀測，以及天氣圖的認讀等四個實驗項目，要求學生在實驗過程中重點掌握溫度計、濕度計、日照計、氣壓表、風速計、雨量計、蒸發器等基本氣象觀測儀器的結構特征、工作原理和使用方法。

校外實習在教學計劃里沒有單列，我們借助于本專業的“水利工程認識實習”和“水文測驗實習”，分別建立了“六安市望城崗蒸發實驗站”、“壽縣國家氣候觀象臺”和“五道溝水文水資源實驗站”等三個實習基地。利用各站點的資源優勢，分別開展針對性的實習內容。在望城崗蒸發實驗站進行了風向風速、降雨、土壤蒸發、水面蒸發、溫度、濕度、日照、地溫等基本氣象參數的量測，在壽縣國家氣候觀象臺開展了氣象參數測定新技術、人工降雨技術、大氣成分探測、近地層通量、高空觀測、天氣預報、氣象防災減災和氣候變化預測預估等項目的認識實習，在五道溝水文水資源實驗站重點進行了土壤蒸散發、降水產匯流和水平衡等水文氣象方面的科研活動參觀。

四、總結

《氣象學》課程的教學目標是幫助學生認識天氣與氣候現象并理解其發生的機理，掌握氣象儀器的操作技能與氣象參數的量測與分析方法，并初步了解氣象學在水文學與水資源研究中的應用。通過近幾年的教學實踐，作者從教材和教輔書的選用、課堂教學過程設計和實踐教學活動安排等幾個方面，提出了課程建設的建議，旨在提升課程的教學效果，更好地為專業的培養目標服務。

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