大氣科學專業實習短學期課程探索與實踐

劉 瑞，朱佩君

（浙江大學 地球科學學院，浙江 杭州 310027）

1 課程背景

大氣科學的主要任務是認識大氣運動和大氣中各種物理、化學、生物過程的基本規律及其與周圍環境的相互作用，發展新的探測和實驗手段，為天氣、氣候和環境的監測、預報和控制提供理論和方法，從而服務于國民經濟和社會發展，是一個有很強應用目標的公益性基礎學科[1]。20 世紀80 年代以來，隨著地球系統科學和各圈層相互作用概念的提出，大氣科學研究進入了一個嶄新的歷史發展時期，更注重學生綜合能力的培養[2]，實踐教學是鞏固學生專業基本理論、加強理論聯系實際、培養學生分析和解決問題能力、提高學生綜合素質的重要環節[3-4]。在學科以及大學教育的環境背景下，浙江大學大氣科學專業實踐教學課程建設貫徹學校關于開展本科生深度實習的指導意見，結合大氣科學專業特點，自2015 年開始，有針對性地對實踐教學課程進行改革，實現實踐教學立體化。其中，大氣科學實踐教學包括三個短學期課程（暑期短學期課程），分別針對一至三年級學生的認識實習（15 天，96 學時）、專業實習（20 天，128 學時）和綜合實習（20 天，128 學時）。短學期實習首先要求在實習內容建設上實現逐層推進，使學生在專業的內涵和外延上，由初步認識提升到對科學問題和實際業務問題的綜合解答。其次，解決實習課程建設的關鍵問題，包括如何充實實踐內容并穩步發展，如何使學生有更多自主學習和思考的機會，如何客觀評價實踐效果等。其中，大氣科學專業實習課程是大氣科學專業學生進行初步科研的實踐階段，是認識實習、綜合實習的中間環節，具有“承上啟下”的作用。如何在本科二年級利用大量專業課較好地引導學生，激發學生專業學習、科研研究的興趣，是大氣科學專業實習課程的核心任務。

2 課程情況

考慮到大氣科學本身交叉性強及行業需求特點，并結合課程定位、學生培養階段現狀、產教融合的需求等[5-7]，通過多方面的調研、探索，形成了本課程教學特色。

2.1 教學安排

本課程前期介紹大氣科學有關分支方向研究概況，學生根據興趣選擇研究方向和具體研究題目，題目選定后進行閱讀文獻、數據資料獲取與整理、數據診斷、繪圖、分析、撰寫研究報告等。具體內容及課時分布見表1，實際操作過程中，環節1、5 為基本課時，其他環節根據學生個人情況所用課時有所不同。

表1 教學安排

2.2 教學資源及實踐題目來源

教師團隊由課程教師、大氣科學系教師、浙江省氣象局及下屬單位專家以及其他氣象業務單位專家組成（如阿克蘇氣象局等）。

本課程要求每位學生選定一個實踐題目，課程結束后提交一份論文形式的研究報告，實踐題目來源多樣性，有科教協同創新項目（該項目有具體實施方案表，其中有多個實踐題目，且不定期更新）、學校SRTP、探究性實驗項目（學生基于這些平臺申請或者已經立項），教師團隊科研項目（從科研項目中演化合理的實踐題目）以及學生興趣（比如以往幾屆藏族學生對于青藏高原地區相關的天氣、氣候、環境等關注度更高）。

有效的數據和計算條件的支撐，是較好完成實踐題目的前提。局校（氣象局與高校）合作為部分數據提供了保障；學校、學院加強改善實驗教學條件，2017年底完成氣象信息CMACast 用戶站系統大型儀器安裝調試，實現縣級氣象站建站，運行情況持續穩定、狀況良好，每天接收約50 G 氣象信息數據，資料覆蓋地面、高空實況、城市預報、數值預報、雷達、衛星等，目前達到近10 T 數據量；本課程依附大氣科學實踐中心，該平臺實時下載、存儲大氣科學相關數據，如FNL 再分析數據、降水融合數據、衛星陸地海洋遙感數據、典型天氣過程個例數據等，目前平臺數據量近20 T，有條件支撐各類實踐項目。

大氣科學實踐中心具有 8 萬億次運算能力的TC5000 曙光高性能服務器系統以及3 臺小型服務器，在計算條件方面提供了保障。

2.3 教學評價

學生通過課堂研究方向的介紹、圖書館數據庫文獻資料閱讀、研究數據資料下載、診斷分析程序設計、繪圖和分析、論文撰寫等階段，最終完成并提交專業研究報告。教師根據報告完成情況給出綜合評價。評價指標見表2，旨在引導學生注重科研規范養成，并且在一定程度上把握學生報告內容的質量。

表2 學生報告評價標準

3 效果、存在問題及解決辦法

2015—2019 年，參與該課程的學生完成52 個實踐題目，有針對區域極端天氣的，也有針對全球尺度下氣溶膠分布特征的，方向覆蓋天氣、氣候、環境、航空、大氣物理等；有主要進行統計分析的，也有對專業的數值的反演及模擬，其中應用于實際業務單位成果3 項，并在此過程訓練中后續引導成功發表SCI論文1 篇[8]。

科研課題向實驗教學轉化具有重要意義[9-10]，但科研任務和教學實驗中存在一些矛盾[11-12]，就浙江大學大氣科學專業實習課程而言，主要矛盾是科研課題所涉及的知識較綜合，具有一定的專業深度，或是科學前沿；而教學實驗對學生相關知識的要求是基礎性或是綜合的知識或技能[12]。結合培養方案，此時學生還沒有接觸到一些核心專業課程，所以一方面采取科研項目合理分解的方式[12-13]，減輕學生實習實踐壓力；另一方面基于科研項目“演化”出基礎的科學問題，比如對一個概念比較大的題目“降水與溫度的關系”，進行發散式的探究，學生可以從不同的時空范圍下充分探討降水與溫度的關系。

隨著課程進行到后期，學生實踐出現拖沓，逐漸演變為中斷狀態[5]，教師需要及時關注學生動態，考慮實習題目的難度，將題目內容有效分解，使學生能分階段完成，但是要求每項階段性工作充分、詳實。

最后，在高校大力鼓勵學生自主創新、培養學生研究能力、動手能力大環境下，學生立項普遍，有些學生可能會承擔多個項目，此時需要充分考慮學生的個人能力、尊重學生的個人意愿，否則會導致學生疲于立項、疲于完成任務，無法實現自主創新立項的本意。

4 結語

大氣科學不僅是理論科學，更是一門實驗科學，涉及大氣、海洋、陸地等許多方面。基于學科特點和復合型人才需求的行業要求以及當前教學現狀，大氣科學專業實習立足教學，組成了一支包括不同研究方向的教師和氣象局不同業務崗位專家的教師隊伍，充分利用局校雙方智力資源和科技條件，實現優勢互補，培養學生自主學習能力、獨立解決問題能力、科研創新與實踐能力。課程項目部分覆蓋氣象局實際業務需求，將知識轉換為生產力，真正將產、教、學、研、用有機結合。希望這樣的“組合”模式可以給兄弟院校實驗教學提供借鑒及參考。