《海洋數值預報》課程中“科學家精神”思政內容的設計

張雪艷 史 劍 張文靜

（國防科技大學氣象海洋學院 湖南·長沙 410003）

0 引言

2016年習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出“要使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應”。這給傳統專業課程教學當中融入思想政治教育元素帶來新的契機。

2019年5月，黨中央出臺了《關于進一步弘揚科學家精神加強作風和學風建設的意見》，要求大力弘揚胸懷祖國、服務人民的愛國精神，勇攀高峰、敢為人先的創新精神，追求真理、嚴謹治學的求實精神，淡泊名利、潛心研究的奉獻精神，集智攻關、團結協作的協同精神，甘為人梯、獎掖后學的育人精神。2020年9月，中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平在科學家座談會的重要講話進一步強調科學成就離不開精神支撐。科學家精神是科技工作者在長期科學實踐中積累的寶貴精神財富。

21世紀是海洋的世紀，向海而興，背海而衰，這是一條亙古不變的鐵律。十八大提出建設海洋強國，作為涉海院校，要想培養時代需要的海洋科技工作者，更應該對課程思政海洋學學員職業素養培養中的意義進行思考與探索。提高學生辨別是非的能力，引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀；以立德樹人為導向和理念，真正把培養德才兼備的海洋高素質人才。

1 教學內容匹配的思政設計思路

1.1 教學內容及學情分析

海洋數值預報作為數值計算在海洋領域的應用課程，主要包括建立數學物理模型、建立求解的計算方法和計算機實現三個階段。那么要求學生具有物理海洋學方程的基礎、數值分析的基礎和計算機編程實現的基礎。對于海洋科學專業的學生而言，先學習過物理海洋學和計算機程序設計語言，基本具備物理海洋學和計算機實現的基礎，但是中間數值分析的內容學員沒有學過，需要教員在課堂上進行補充學習。所以，海洋數值預報是一門理論性、技術性和應用性都很強的課程，包括海洋模式基本方程組、數值方法基礎、二維流場數值模式、三維流場數值模式、海浪數值模式、天文潮數值模式、風暴潮數值模式、海浪數值模式、海洋環流數值模式等基礎和實踐內容。其中，海洋模式基本方程組，是海洋科學專業學生學習過的專業基礎課內容，而數值方法基礎、二維流場數值模式、三維流場數值模式需要數值計算、計算流體力等理論基礎，海洋科學專業的基礎相對薄弱。

1.2 科學家內容引入的的理念

面對抽象的、理論性較強的內容，學生容易感覺枯燥，喪失學習興趣。這必然會影響學習效果，但這些理論卻是進行海洋數值預報必須具備的基礎，也是后續開展相關保障或者研究工作所必須具備的專業基礎素養。如上所述眾多問題影響了學生的學習效果，很多學者對此進行了有益的探討。為增強課程的趣味性，使學生在較短的時間內掌握眾多的方法并學以致用，筆者在多年的教學實踐中也進行了一系列的教學改革。

換個思路，課程中的方法、公式、定理是枯燥乏悶的，科學家是活生生的，科學家的故事、精神是引人入勝的、令人感動的，在專業領域的科學家門之間革命友誼和提攜互助，甚至于愛恨情仇，學科傳承的脈絡，也會提高學員的參與感和學科榮譽感、使命感。

在海洋科學、計算方法的產生發展歷程中，誕生許許多多的科學家，這些科學家們有的家境殷實，有的出身貧寒，有的堪比神童，有的刻苦努力，有的在一個領域求精求新，有的高齡轉行，但是所有的科學家們都為我們留下了寶貴的知識財富和精神財富，值得我們銘記，也值得我們學習。

2 科學家精神進課堂的思考

2.1 內容相關科學家引入，活躍課堂氣氛

數值計算環節是鏈接海洋物理過程模型到計算機算法實現，輸出預報的重要橋梁，數值計算部分內容也是課程的重要基礎內容，是后面海浪、天文潮、風暴潮、海洋環流數值預報的基礎。

進行數值預報，首先要做就是將基本方程離散，最簡單、通用、容易掌握的方法就是有限差分方法，最常用的就是有限差分的方法就是泰勒級數構造有限差分，教材本身的內容是利用函數的泰勒展開構造出一階導數的向前差分、向后差分、中央差分以及二階導數的中央差分，介紹它的構造方法、階段誤差及構造更高階的精度的差分的方法，這樣的流程下來，雖然內容充實，思路清晰。但是眾多的公式推導，總是枯燥的，我們在這里，就引入英國著名數學家布魯克·泰勒的生平事跡，以及跟課程內容緊密相關的有限差分的誕生及它的重要意義，來調節課堂氣氛。

布魯克·泰勒（Brook Taylor）1685年8月18日出生于英格蘭米德爾塞克斯郡的埃德蒙頓市，1731年12月29日卒于倫敦），泰勒出生于英格蘭一個富有的且優點貴族血緣的家庭他的全家，尤其是它的父親，都非常喜歡音樂和藝術，這對泰勒一生的工作造成了極大的影響，人說在它的兩個主要科學研究課題：弦振動問題及透視畫法，中就可以看出音樂和美的內容。在1715年發表的《正和反的增量法》（Methodus incrementorum directa etinversa）為高等數學添加了一各新的分支，那就是海洋數值預報課程的基礎有限差分方法，所以泰勒是有限差分理論的奠基者；他還提出了著名的泰勒公式，約瑟夫·拉格朗日稱這個公式為“導數計算的基礎”。這里面還有許多有意思的科學趣事，其中之一就是，關于泰勒定理的優先權之爭，J·伯努利在1694年在《教師學報》上發表過于泰勒定理相同的結果，所以很多人尤其是歐洲大陸的數學家認為定理應歸于伯努利，實際上，泰勒和J·伯努利之間的爭論是牛頓和萊布尼茨誰首先發明微積分的爭論的延伸。這場曠日持久的辯論賽，即推動了科學的發展，也使雙方受到了損害。

2.2 國內科學家的引入，強調愛國精神

在離散方程的另外一種重要的方法就是有限元法，也是我們學習的重要內容之一，相對有限差分方法，有限元法更復雜，公式更加繁瑣，課標要求理解有限元的思想。為了更好地達到這一要求，需要介紹有限元的發展歷程。

在有限元領域，有我們中國科學家的身影，那就是我國計算數學的先行者，馮康院士，在20世紀60年代，馮康就獨立于西方創始了有限元方法，并把它用來解決當時三峽大壩的設計問題。如今這一成就已為全人類所共享。80年代初，他功成名就、享譽國際，但在花甲之年，他卻毅然轉行進入一個全新的領域，哈密爾頓系統的辛幾何算法，從而開辟了一個全新的有廣闊應用前景的研究領域。在他去世的時候，美國數學會會長皮特·拉克斯在該學會會刊上，為馮康撰寫了悼文，這樣形容他：“那個小老頭，他瘦小的身影不知疲倦，聽到提問眼睛就發光。”皮特·拉克斯也是我們課程中出現的科學家，他的拉克斯等價定理，是進行差分格式性質分析的重要依據。

馮康院士是為數不多的，我國自主培養的科學家，在功成名就之后，也有很多國外研究機構投來橄欖枝，但馮院士不為所動，堅定地堅持著自己的祖國，自己的科學事業和祖國的人民。真正做到了一個大寫的人字，具有獨立自由的科學精神、獨立自由的人、一個誨人不倦的老師。

這不正是習主席倡導的科學家精神么，胸懷祖國、服務人民的愛國精神，勇攀高峰、敢為人先的創新精神，追求真理、嚴謹治學的求實精神，淡泊名利、潛心研究的奉獻精神，集智攻關、團結協作的協同精神，甘為人梯、獎掖后學的育人精神。

這樣的內容，在課堂中即是思政的內容，也可以很好地調節課堂氣氛和節奏，讓學員從公式的推導，邏輯的遞進，內容的學習中得以緩沖，了解方法的發展，大師的經歷，學習的階梯，走進科學家的圈子，知曉前因后果，提高學員的參與度和知識學習的全面性。

3 結論

2019年習近平在召開全國學校思想政治理論課教師座談會指出“各級學校要貫徹黨的教育方針，堅持社會主義辦學方向，落實立德樹人的根本任務；堅持教育為人民服務、為中國共產黨治國理政服務、為鞏固和發展中國特色社會主義制度服務、為改革開放和社會主義現代化建設服務。培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人”。海洋數值預報是一門數值方法、海洋科學、程序設計的多學科交叉融合課程，是海洋科學專業的核心課程，并且課程偏理論，前四章基礎部分涉及較多的數值方法的內容，在課程總引入涉及到的科學家介紹，不僅可以調節課堂氣氛，而且可以引導學員學習科學家的胸懷祖國、服務人民的愛國精神，勇攀高峰、敢為人先的創新精神，追求真理、嚴謹治學的求實精神，淡泊名利、潛心研究的奉獻精神，集智攻關、團結協作的協同精神，甘為人梯、獎掖后學的育人精神，進而提高課堂效果，培養德才兼備的海洋科技人才。