《氣象統計方法》教學體會

王美蓉　周順武　賈建穎

摘要：《氣象統計方法》是大氣科學類專業的本科生專業技能學習的主修課程之一，是學生日后從事氣象相關業務及科學研究的必備基礎。其特色是：該課程以高等數學、線性代數和概率統計等作為數理基礎，結合大氣科學基本理論，從而利用數理統計方法對氣象資料進行深入分析和研究，探討天氣及氣候成因，為天氣及氣候預測提供可靠的理論依據。因此，該課程主要是培養學生將所學方法與技能應用到日常業務工作及科學研究中，為從事大氣科學相關工作打下良好數理基礎。本文針對課程教學過程中容易出現的問題，提出相關建議，使得學生能更好地理解和使用氣象統計方法去解決氣象科學問題。

關鍵詞：氣象統計方法；預報；教學；體會

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）10-0176-03

《氣象統計方法》是大氣科學類專業的學生學習的主干課程之一，也是學生日后從事氣象業務或科學研究的必備技能。南京信息工程大學作為大氣科學專業的搖籃，幾十年來為全國氣象事業培養并輸送了大量的優秀人才，其中扎實的專業理論知識和動手實踐能力是氣象人才的必備素質。《氣象統計方法》是使學生掌握氣象統計學的基本方法和原理，以高等數學、線性代數和概率統計等為基礎，利用數理統計方法對氣象資料進行分析，從而進行天氣及氣候預報的課程。此外，該課程也為學生從事大氣科學的研究工作打下良好基礎。

該課程主要以《氣象科研與預報中的多元分析方法》為主要教材，并輔助以《氣象科研與預報中的多元分析方法》、《現代氣候統計診斷預測方法》和《氣象統計分析與預報方法》等相關參考書籍作為教學主要內容。

本文旨在根據《氣象統計方法》的課程特色及學生的儲備知識深度和廣度等方面，對這一課程的教學過程中容易出現的問題及改進方法等進行初步探討。

一、深入研讀教學大綱，掌握教學重、難點內容

針對大氣科學類不同分支專業的學生或本課程作為專業必修或選修課程，其授課學時有所不同，教學大綱也隨之不同。因此，開始授課之前，就要求教師必須深入研讀教學大綱，了解每個章節的教學內容和范圍，尤其熟知重、難點內容，做到教學有的放矢。

例如同樣是32學時課程，《氣象統計方法》對于氣象學專業是必修課程，其中“逐步回歸”屬于教學大綱范疇，而對于大氣環境專業來說，這一課程作為專業任選課，其要求稍有降低，各個章節的教學內容均有所削減，其中“逐步回歸”這一章不在教學大綱范圍內，不要求學生了解和掌握。但在實際教學中，可根據教學進度和學生的掌握程度等，適當增添教學大綱外的內容，其目的恰恰是為了學生更系統、更牢固地理解和掌握大綱內的知識點。回歸分析是氣象業務和科研中最常用的統計方法之一，是本課程的重、難點內容，要求學生熟練掌握和應用，從而解決氣象科學的諸多問題。“一元線性回歸”、“多元線性回歸”和“逐步回歸”均屬于回歸分析這一教學體系的內容，知識點關聯密切，前兩者作為本課程的重、難點內容，要求教師要從概念到原理到求解過程和物理意義等全面細致地講解，尤其是二者的整個教學思路完全一致，均包括概念和原理介紹、方差分析以及回歸方程的建立和顯著性檢驗等，可對比學習，幫助學生快速理解新的知識。若學生對這兩個知識點的理解甚好，會對同一知識體系內相類似的知識點“逐步回歸”產生興趣，有意愿了解和探究“逐步回歸”的相關內容。這時教師不妨抽出一節課的時間，給學生普及下“逐步回歸”的主要內容，連帶一元和多元線性回歸進行鞏固復習，這樣不但再次幫助學生深刻理解已學內容，尤其給上課走神的學生又一次學習的機會，而且還能將三個并行的知識點串聯起來進行對比記憶從而牢固掌握，那么占用這節課的時間就是值得的。當然整個課程的授課進度要安排合理，快慢適宜，難易結合，一切以學生能更好地學好這門課為目的。

二、認真備書本、備學生、備課件

在新的學期開始之前，教師應該已完成對所授課程的全面備課任務，包括備大綱、備書本、備學生和備教學PPT等。了解教學大綱的講課內容、重點及難點，才能在備書本的時候有的放矢，才能在制作和修改教學PPT時快速把握教學方向。

備課本要求教師細致研究每一個細小知識點，不僅自己要徹底理解和掌握，還要求找到合適的方法清晰明確地表達出來，從而最大程度地幫助學生了解和掌握。也許某個新的知識點會涉及學生的過往知識，但要求學生快速撿起舊知識并應用到新知識中去有一定難度，這就要求教師提前熟知這些過往知識甚至反映在教學PPT或板書上，新舊知識結合掌握。例如，多元線性回歸的學習中涉及向量和矩陣的計算，理解和應用上稍有難度，學生下意識地可能會有抵觸情緒，從而容易課堂上開小差，進而形成惡性循環，無法良好掌握這一章節內容。進行對比學習和提前回顧并梳理學生不愿觸及的知識，能很大限度地回避這一可能的惡性循環。類比學生較容易且已經很好掌握的一元線性回歸的內容，來梳理多元線性回歸相似的學習流程，學生心理上會很輕松并愿意繼續集中精力學習。其次，教師嘗試用輕松活躍的語氣和態度去講解相對較難的向量和矩陣知識，并簡單快捷地應用到新知識中，時而觀察課堂上學生情緒，把握好教學節奏，便能很好地將教學內容傳遞給學生，教師和學生都會感覺到很輕松地完成了這一章節內容的教學和學習。

所謂備學生即充分了解學生，了解學生的過往知識儲備及掌握程度，方便在備課過程中，做到不贅述學生已熟知內容，也不遺漏學生掌握相對較薄弱的知識點。在教學過程中，多觀察學生在課堂上的表現，及時了解學生對于所講知識理解與否，判斷是否需要重復或補充講解。

教師在了解教學內容和學生的前提下，再依據精心準備的PPT課件，勢必會是一個很有效果的教學過程。PPT是目前大多數教師上課的必備武器，也是展示給學生、幫助學生課上學習和課下復習的有效資料，因此對于PPT上內容的講解就顯得十分重要了。但是，PPT也并不是萬能的，不能所有內容都逐一體現在PPT上，否則學生不容易抓住重點。這就要求教師上課時既要重視PPT又不能依賴PPT，適當地結合板書及口頭表述，能更生動、更細致地上好一堂課。

三、多樣化講授方法相結合

講授法是現代教學的主流方法，有利于學生系統地接受知識，教師也可自行掌握教學進度。但僅采用這一種方法顯然不夠，尤其現在多媒體教學盛行，PPT的演示，形象、逼真又具體，是很普遍且很重要的一種輔助教學方式。演示法有助于激發學生的學習興趣，也有利于加深學生對課程的印象并獲得感性知識。對于《氣象統計方法》這門課，除了必要的概念和講解等文字說明外，諸多公式和圖表亦是比重較大的方面，PPT演示則起了很大的作用，能幫助教師更直接、更明了地傳授知識。此外，教師的板書則能更全面地彌補PPT演示的一些缺憾，板書的過程需要時間，也給了學生思考、理解和做筆記的時間，會大大提升學生對所學知識的瞬間掌握程度，才能最終較好地掌握各種統計方法解決實際工作中的氣象問題。設問法也是本人上課常用的一種教學方法，在講課的過程中時常拋給學生一些問題，抑或引發學生加以思考，抑或調動起學生的興趣和求知欲，可以讓部分開小差的同學回歸課堂，總是能起到不錯的效果。課堂練習也是這門課程必不可少的一個環節，很多統計方法涉及公式的運用和計算，例如相關分析和回歸方程的計算及檢驗、趨勢和平滑曲線的計算等等都是很常用很重要的氣象統計方法，學生只有動手練習了，才能徹底理解新知識并在以后的運用中得心應手。再者，還有諸如學生自學討論和學生示范講解等方式也都或多或少地可以應用到教學實踐中去，既可以調動和激發學生學習的主動性，又能提高教學效率，達到事半功倍的效果。

四、書本知識與業務、科研相結合

該課程學習的重要意義就是為了今后在氣象業務和科研工作中的應用，因此教師在講授各種統計方法的同時就要特別注意其實際應用。

比如第二章的氣象資料及其表示方法，教師可以在授課時更加具體地給出中國160或756個測站的具體空間分布圖以及各個氣象要素的氣候態分布圖等，結合業務及前沿科學具化書本知識，能幫助學生更好地建立最初的氣象統計知識體系。再如第四章氣候變化趨勢分析，可以結合現在炙手可熱的前沿科研即全球變暖及其氣候效應等，講解如何應用所學氣象方法計算全球氣溫的變化趨勢，如何分析所繪圖形以及如何理解背后的物理含義等，同時舉例與全球變暖相聯系的一些實際發生的氣候災害等，不僅課堂變得趣味橫生，更重要的是學生將會受益頗多。再者，對于經驗正交函數分解（EOF）的學習，學生顯得比較困惑，尤其是其原理的講解過程涉及很多向量和矩陣的運算等，這時就要求教師設法將復雜的問題簡單化，邊補充數學知識，邊舉例EOF實際應用中涉及原理的地方，這樣學生不但興趣大增，也更容易掌握這一氣象中十分重要的分析方法。最后再多給一些前人參考文獻中的圖例，更進一步講解EOF分析的應用及物理含義，成功結束此章節。

五、存在的問題及解決方法

教材的選取值得探討。教材是學生最初接觸和認識一門課的根本，選一本好的教材能更好地輔助教師和學生完成該課程的修煉。例如有些教材缺乏統計檢驗所必需的查驗表格，有些教材中案例的分析和計算未必正確，有些則對必要過程的講解太過簡略等，均需要教師在教學過程中參考多種相關書籍予以補充和改正。

盡管課堂上，教師會根據教學內容講解相應的案例，但畢竟課堂時間有限，學生全部消化起來比較困難。教師可以根據不同的知識點推薦給學生一些相關的參考文獻進行閱讀，并定期指定學生進行講演，使學生對所學氣象統計方法更進一步加深理解。

爭取與時俱進。教師可以結合自己的業務或者科研經歷，傳授并啟迪學生一些常用的其他統計方法，比如小波分析、合成分析等，拓寬學生接觸面。另外，對于統計方法計算的實現也不應該局限于Fortran和GrADS，鼓勵學生勇于嘗試新的編程和繪圖工具，不斷探索氣象學的奧妙，為日后從事氣象事業添磚加瓦。

六、小結

在當前的教學實踐中，如何做到教書育人對每個教師來說都是個重要任務。首先教師要熱愛自己的工作，真正做到自己已對所教課程有了深入的理解并更好地傳授給學生知識，從而使學生青出于藍勝于藍。其次教師要關懷學生，了解學生的思想動態等，真正做到亦師亦友，以期更好地探索更加適合雙方的教學方式和方法。

《氣象統計方法》對于今后不管是從事業務工作還是科研工作的學生而言都是最基礎的一門課，是必須要掌握的不可或缺的統計方法，只有學好這門課程，才能在業務或科研工作中得心應手，分析天氣或氣候現象背后的成因及物理意義。真正要使學生對這門課程有更加完全的認識，還有待于今后在應用中逐步展開，切身體會各種統計方法在應用中的真實作用，再回顧其原理，這樣的理解會更加深刻徹底。

參考文獻：

[1]賈建穎，鄧偉濤.“天氣學分析基礎”教學體會[J].黑龍江生態工程職業學院學報，2015，28（04）.

[2]賈建穎，鄧偉濤.《典型天氣過程》教學體會[J].教育教學論壇，2015，（12）：48.

[3]施能.氣象科研與預報中的多元分析方法[M].北京：氣象出版社，1995.

[4]魏鳳英.現代氣候統計診斷預測方法[M].北京：氣象出版社，1999.

[5]施能.氣象科研與預報中的多元分析方法[M].北京：氣象出版社，2002.

[6]黃嘉佑.氣象統計分析與預報方法[M].第3版.北京：氣象出版社，2004.