淺談《現代氣候學》課程建設及教學改革

胡定珠

摘要：氣候學雖然是一門有古老歷史的科學，但是現代氣候學實質上已變成了許多學科邊沿上形成的綜合性學科。即現代氣候學不能簡單地認為是研究大氣長期狀態及其演變過程的科學，而應當認為是研究氣候系統大氣圈、水圈、冰雪圈、巖石圈和生物圈等五個圈層的狀態及其演變和相互作用過程的科學。作者通過系統介紹南京信息工程大學大氣科學學科課程設置及內容，結合自身教學經驗探討了該門課程在課程建設及教學改革中存在一些問題及可能措施。提高本課程的教學質量有助于培養學生的現代氣候學的科學素質，讓學生在認識大氣圈的同時，更了解它和其他圈層的相互作用及其對全球變化的影響，在專業領域內發展學生的智力和創造能力，以更好地迎接南京信息工程大學大氣科學學院“雙一流”學科的更高要求和新的挑戰。

關鍵詞：現代氣候學；教學改革；課程建設

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）43-0134-03

一、引言

1972年聯合國大會上指出，世界正面臨空前規模的挑戰，這些挑戰只有在各國密切合作下才能更好地解決。其中氣候問題就包含在這些挑戰之內。1974年召開的聯合國糧食會議肯定了氣候在糧食生產上的重要作用。1977年聯合國水資源大會再次強調了認識氣候變化及其在全世界供水用水問題上的重要性。隨后聯合國經社委員會批準了世界氣象組織關于建立世界氣候計劃的倡議。1979年，世界氣象組織召開了世界氣候大會并制訂世界氣候計劃（WCRP），這標志著現代氣候學的興起。由此可見，當前世界所面臨的各個緊迫問題，如：環境、能源、糧食等問題均與氣候有密切聯系，現代氣候學在這樣的國際背景下興起了。而且，科學研究已認識到，氣候不僅對環境、能源、糧食等問題有巨大影響，氣候本身的研究也具有重要的意義。

隨著20世紀70年代氣候系統概念的提出，人們對氣候變化及其成因展開了深入研究。傳統氣候學認為地面氣溫、降水量和氣壓是氣候的三要素。了解某地區這三要素的特點就等于認識了該地區的氣候。經過不斷完善，氣候系統的概念逐漸明確。研究表明，僅了解地面三要素對氣候形成的影響是遠遠不夠的，世界海洋、陸地植被、陸地冰蓋、積雪、海冰甚至大氣化學成分在氣候形成中都起著重要作用。而且這些成員之間還存在復雜的相互作用和反饋。目前氣象學家已認識到，氣候系統是由大氣圈、水圈、冰雪圈、巖石圈和生物圈等五個圈層組成，這五個子系統之間有著非常復雜的非線性聯系。其中，任何一個子系統變化，其他子系統都將發生相應變化，并進一步引起不同時間尺度和空間尺度的氣候變化。同時，這五個子系統之間的非線性相互作用也決定了氣候系統對外部強迫（如：太陽輻射變化，海溫）等的響應方式。由此可見，深入理解氣候系統的五個圈層及之間的相互作用才能更好地了解現代氣候學，也會更有利于現代氣候學的發展。

21世紀以來，人類正面臨著人口、資源、環境等一系列全球性重大問題的挑戰，與現代科學向整體化、綜合化發展的趨勢相一致，地理學在長期分化，強調部門地理的發展之后，重新又開始重視對其整體性的綜合研究。高校教育是為國家培養優秀人才的重要途徑。現代氣候學作為研究氣候變化的基礎課程，也是南京信息工程大學大氣科學氣候資源方向等專業的基礎課程之一。該門課程的課程建設及教學改革對滿足新時期高等教育培養適應21世紀需要的基礎扎實、知識面寬、能力強、高素質人才的要求有重要實際意義。

二、課程內容安排

《現代氣候學》是研究氣候變化的基礎課程，也是南京信息工程大學大氣科學氣候資源方向等專業的基礎課程之一。為了貼合國際氣候變化形勢及各國政府和科學家對此問題的普遍關注，本世紀初，學校專門設置了《現代氣候學》這門課，旨在為大氣科學氣候資源方向等專業本科生系統講述氣候學的基礎理論、概念、原理、研究方法和知識，并闡述現代氣候學的發展概況、研究內容、研究方法以及研究成果，并介紹近年來國內外氣候和氣候變化研究的最新進展、成果和研究熱點與趨勢。該門課程開設于大三上學期，共3個學分，總課時為48個學時，教學時長16周。南京信息工程大學大氣科學學院的這門課注重教授內容尤其是知識體系的完整性、邏輯性和系統性，尤其是對教學大綱、教案編寫、課件設計等嚴格要求。

課程首先通過介紹氣候學的定義及發展歷史；現代氣候學的概念，包括氣候系統及其基本特性，要求掌握現代氣候學、氣候系統的概念及其主要過程和氣候的反饋性；熟悉氣候系統各組成部分的基本特性和各圈層之間的相互作用特點，并了解氣候學的發展歷史、現代氣候學和經典氣候學的差異。隨后分章節介紹：（1）氣候系統的能量平衡問題，包括太陽輻射；地面輻射和大氣輻射；大氣中的輻射傳輸過程；氣候系統的輻射平衡；地-氣系統的熱量平衡；全球熱量平衡。（2）氣候系統的水分循環，包括氣候系統水循環的主要過程；地表水分收支；地氣系統的水分平衡。（3）大氣環流，包括大氣環流的形成；大氣環流的平均狀態；季風的基本概念和形成原因；東亞季風的基本特征；大氣遙相關和大氣濤動等。（4）氣候系統中海—陸—氣相互作用，主要介紹海、陸物理特性的差異；海洋對氣候的影響；熱帶海氣相互作用；陸面過程對氣候的作用；地形對氣候的影響；青藏高原對氣候的影響；冰雪對氣候變化的作用。（5）氣候變化及人類活動在其中的作用。根據時間尺度劃分，介紹氣候變化定義及不同時期特點，重點介紹人類活動對氣候變化的影響及影響途徑。

通過這些內容的介紹，以便學生能掌握大氣輻射相關的基本概念；理解大氣中的輻射傳輸過程、溫室效應的基本原理和地面輻射平衡的概念；了解全球熱量平衡的含義。掌握氣候系統水循環的概念。掌握大氣環流形成因子；理解各在大氣環流形成的作用；熟悉大氣環流的基本特征；掌握季風的基本概念和形成原因，東亞季風的概念、基本特征和形成原因。掌握陸地表面所包括的主要物理過程及其對氣候作用的主要途徑；掌握氣候變化等基本概念以及人類活動對其的影響。最終目標是讓學生對氣候系統五大圈層的組成及其相互作用有一定的了解。

三、課程建設及教學改革措施

現代氣候學這門專業基礎課從它在大氣科學學科基礎課程體系中的地位、取材、教學思想，直到各教學環節的教學改革之基本目的即提高本課程的教學質量，都是致力于培養學生的現代地理學的科學素質。即從系統科學的角度來認識和解決地理學問題，讓學生在認識大氣圈的同時，更了解它和其他圈層的相互作用及其對全球變化的影響，認識本專業基礎課在地球科學體系中的重要性，在專業領域內發展學生的智力和創造能力，以迎接科技、社會發展的新挑戰。但目前該門課程的建設還存在一些問題，需要進行一定程度的教學改革。根據近年來南京信息工程大學大氣科學專業在該課程方面的教學內容集教學改革，結合我在具體教學過程中的感受，有以下幾點思考。

第一，該門課程內容牽涉氣候系統中五大圈層的所有內容，教學內容多，信息量大。由于教學學時的縮減，本課程的實習時間較少，對目前該門課程的教學效果存在一定影響。要想將這門課講解清楚，一方面需要更多課時支持，另一方面教學進度也比較難把握。在今后的教學過程中需不斷探索和改進。

第二，現代氣候學發展迅猛，但一本教材從編寫到出版需要一定的時間，使用教材時離編寫的時間就更長，所以存在現代氣候學授課所用教材相對落后于該領域的實際發展。在滯后的這段時間里，已有很多新的研究成果和科學問題涌現。這就要求授課老師在備課過程中查閱更多最新研究成果，實時掌握該學科發展前沿動態，及時為學生補充新知識。例如：海氣相互作用部分中，近幾年新提出了有別于傳統ENSO的新的概念，稱為El Ni？觡o Modoki，但目前所用教材中并沒有此部分內容的介紹，此時就需要授課教師將相關概念及進展傳授給學生。

第三，教學方法改進是加強課程建設，提供教學質量的重要途徑。授課老師不能單靠填鴨式講授方式來講解知識點，而應采用靈活多樣的教學方法和手段進行教學，比如：課堂討論、專題辯論等。教學方法的改進旨在吸引學生的注意，提高學生學習興趣。學生單靠死記硬背去記住一些氣候常用概念，對該門課的理解和學習是沒有多大用處的。例如：在講解氣候變暖的時候，應該舉例來說明我們常說的氣候變暖是有條件的。根據地球的氣候記錄，地球的氣溫在地質時期有非常劇烈的變化，其變化幅度與現代氣溫值的距平在+5℃—-10℃之間。在950—615Ma（Ma：百萬年）之間的前寒武紀晚期和250Ma前的二疊紀是發生大規模冰川的時期；白堊紀氣溫達到暖期的頂峰，溫度比現在高出5℃左右；之后，約在2Ma以來至10ka（ka：千年）期間，地球經歷了冰河時期，最低氣溫比現在平均氣溫低了將近10℃；自10ka以來，地球氣溫變化比較緩和，基本上在現代氣溫平均值附近擺動。從世紀尺度來說，現代氣候是處于一個間冰期，歷史上有比現在氣溫高得多的時候。

第四，教學形式和手段也可以進行相應的改進，有助于教學效果的提高。利用科學的思維方式引導學生積極思考，激發學生的求知欲，逐步形成科學的思維方法。比如：課堂以設置問題的方式開展，啟發學生一起思考，一起發現問題、提出問題、解決問題，激發學生對氣候問題的興趣，調動學生的積極些。甚至可以抽出一部分時間，給出科學問題，組織學生分組討論，各抒己見，從氣候系統的不同角度闡述對其的影響。例如：前面提到的El Ni？觡o Modoki的概念，可以選擇一兩篇最新經典研究文獻給學生講解，并啟發式的安排學生自行查閱相關文獻，并分組匯報結果。一方面可以提高學生自主學習能力，培養他們學習興趣；另一方面也有助于學生科學研究素養的提高，學會查閱文獻、閱讀文獻、總結文獻。

第五，基于現代氣候學這門課所涉內容甚廣，涉及研究方向眾多，有陸氣相互作用、海氣相互作用、輻射平衡、人類活動等。

四、總結與討論

氣候學雖然是一門有古老歷史的科學，但是現代氣候學卻以嶄新的面貌出現在我們面前。首先，全球氣候系統取代了經典的、狹隘的氣候概念。其次，氣候學的一些新的分支正在茁壯成長；以現代觀測技術為基礎的氣候診斷研究愈來愈深入，氣候模擬已成氣候研究的重要組成部分，氣候預測業已提上議事日程。再者，氣候學從來也沒有像今天這樣與國家的建設和社會的發展息息相關。目前人們已經認識到，氣候系統是由大氣圈、水圈、冰雪圈、巖石圈和生物圈等五個圈層組成，而且這五個子系統之間有著非常復雜的非線性聯系。其中，任何一個子系統變化，其他子系統都將發生相互影響的變化，進而導致各種時間和空間尺度的氣候變化。

南京信息工程大學大氣科學學科承擔著為全國科研院校和氣象、海洋、環境等部門培養人才的責任和重擔，尤其在我校大氣科學學院入選國家“雙一流”建設學科之后，對學生的綜合能力和教師隊伍的質量和水平都有更高的要求。

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Abstract：Climatology is a science with an ancient history，but modern climatology has actually become a comprehensive subject formed on the edge of many disciplines.That is，modern climatology is not simply a science to study the long-term state of the atmosphere and its evolution，but a study of the long-term state of the state，evolution and interaction between the hydrosphere，ice and snow，lithosphere and biosphere.The author introduces the course design and contents of atmospheric science at Nanjing University of Information Science and Technology （NUIST） systematically.Some problems in this course construction and some possible measures during teaching process based on the author's own teaching experiences in NUIST are also presented.Improving the quality of teaching in this course will contribute to the development of the scientific quality of modern geography among students，giving students a better understanding of the atmosphere and its interaction with other circles and its impact on global change.In order to meet the higher requirements and new challenges of "double first-class" subjects in the college of atmospheric science，NUIST，the students' intelligence and creativity should be developed in the specialized field.

Key words：modern climatology；teaching reform；curriculum construction