大氣物理學基礎課程教學改革研究

王皓 何維

（成都信息工程大學 四川·成都 610225）

0 引言

大氣物理學是大氣科學的基礎學科，是從物理學基本原理和數學方法出發去理解和分析大氣過程與大氣現象，該課程在培養學生對大氣物理過程的理論分析能力和推理能力上具有重要作用。為了培養在掌握現代電子技術理論、通曉電子系統設計原理與設計方法、具有較強的計算機和相應工程技術應用能力的同時具備一定基礎的氣象學理論知識的“氣電結合”人才，我校為電子信息工程專業氣象探測方向的學生開設了必修課程“大氣物理學基礎”，為進一步學習天氣學、大氣探測及大氣遙感等專業課奠定基礎。

隨著高等教育規模不斷擴大，高等教育面臨著科學技術飛速發展和知識迅速更替的挑戰。全國調查顯示，在專業教育中存在“雙不足現象”，一方面是高等教育所培養的學生實踐能力不足；另一方面是學生理論知識遠離生產實踐，并且儲備不足[1]。這一現象反映出專業教育教學的效果仍需加強。目前“大氣物理學基礎”教學過程中暴露出課程內容理論性強且相對枯燥繁雜、部分學生缺乏主動性等問題。針對教學過程中存在的這些不足，結合課程和本校自身發展的特點，從改革教學思路、更新教學內容、加強實踐和改革考核模式等多個方面，為“大氣物理學基礎”課程教學提供了主要的改革思路和改革內容，以此進一步提高教學質量，建設一流線下課程，提升學生學習的效果，培養面向氣象、民航、國防等部門的氣象高級人才。

1 課程主要存在問題

經過多年的“大氣物理學基礎”課程教學，總結了該課程在教學過程中存在的一些不足，主要有以下幾個方面：

1.1 課程內容相對枯燥繁雜

該課程中包含大量復雜而抽象的物理學理論原理、數學方法和實驗方法。對學生來說，需要具有數學物理功底的同時，還需要具備從現象到理論模型的建模分析能力和邏輯思維能力。在教學的過程中，教學手段和方法尤為重要。

1.2 實踐環節不足

聯系實際的實踐，可以將抽象問題具體化。大氣物理難點不僅在于學生自身具備的知識積累和認知能力不夠，還在于學習內容本身過于抽象，實踐環節的缺乏會導致學生更難理解部分理論原理。因此，可以在掌握基本理論的基礎上開展實踐工作，對大氣物理過程開展更深入的理解和分析。

1.3 教學方式方法對氣象探測方向的學生針對性不強

大氣物理原來是大氣科學專業的基礎課程，結合課程和本校自身特點，為電子信息工程專業氣象探測方向的學生開設了“大氣物理學基礎”。當課程所針對的專業發生了改變，所對應的課程設在教學大綱和教學方法也需要做出調整。

2 改革主要內容與措施

2.1 教學內容改革

教學內容設計是提升教學質量的重點環節，將直接體現教學目的和教學目標。為了學生今后的工作和能夠開展相關科學研究提供良好的基礎，正確處理單門課程和相關專業課程間的關系，應該根據專業研究領域不同和后續課程的結構，進行有側重點的教學，同時科學選擇教學內容，及時更新本學科領域的最新研究成果。

“大氣物理學基礎”是我校為電子信息工程專業氣象探測方向開設的課程，本課程以大氣中的基本物理過程和過程間的彼此關系為研究對象，培養學生在發掘問題、理解問題和處理問題上應有的科學方法。在教學內容側重點上，根據本專業教學大綱和課程體系的構成，將大氣概況、大氣熱力學基礎和大氣輻射學基礎作為重點進行教學。使氣象探測方向學生建立對大氣層結構特征及氣象要素的三維時空分布的認識，掌握大氣物理過程和現象的物理機制，清楚大氣層中輻射能量的傳輸特點，了解大氣的熱力過程。指引學生把物理學中的物理關系和物理規律應用到大氣科學中，并使用普通物理和高等數學等課程中的基礎知識認識到大氣科學中的物理過程，為進一步學習相關專業課奠定基礎。

根據近年來的教學實踐經驗，選擇北京大學出版社出版的《大氣物理學》作為教材。具體教學內容將結合本課程大綱要求把教材中的內容進行收集、選擇與整理，在規定學時內，將各個章節的內容劃分為需要在課堂上詳解的重要內容和學生自學完成的內容，并自制成較為系統的電子課件。對于學生自學完成的內容，通過學生查閱參考文獻進行自我歸納，以課堂答疑的方式進行講解，利用較為有限的時間豐富與完善教學了教學內容，同時進一步鍛煉了學生的自主學習能力。在向學生推薦參考書籍的選擇上，以突出特點、避免同水平和同類別的重復為原則，有針對性的挑選著名出版社編寫的優秀教材作為補充和輔助教學的參考書籍，通過對科學問題的不同解釋說明，引導學生樹立自己的觀點和想法。

2.2 教學方法改革

提高教學質量和加強課程建設的重要途徑是教學方法的改革。傳統課堂教學往往是以教師為主體的教學[2]，學生往往只是被動的接收老師傳授的知識，在這種教育方式使得師生之間缺少了有效的互動。成果導向教育（Outcome-based Education,OBE）是實現學生特定學習產出的教育過程[3]，OBE教學理念是一種以學生為中心的教育教學思想，強調的不僅僅是“教”和“學”，而是“教與教”“教與學”“學而學”和“學與評”之間的彼此循環的關系邏輯，在此基礎上，進一步推動課堂上教師和學生間的交流，學生與學生之間的交流。根據目前“大氣物理學基礎”課程教學中存在的問題，可以采用OBE教學理念進行教學改革，從而提升課程的教學質量。

由于課程內容具有復雜而抽象的特點，在進行教學時，對于抽象的教學內容可以使用直觀的教學法，聯系實際生活，使學習對象具象化。隨著現代化信息技術的發展，具象化教學手段上要充分發揮信息技術的優勢，通過圖片、視頻等多媒體進行教學的演示，使抽象概念形象而直觀的展示出來，以此提高課堂的信息量，不僅有助于理解難點問題，還可以大大提升學生的學習興趣。例如，對于氣象要素的起源和演變、大氣現象的生消過程以及大氣系統中各種不同尺度系統之間的相互作用等內容可通過多媒體進行直觀展示。在使用形象化多媒體教學的同時，課堂板書環節還應適當的保留，通過板書的形式可以對教學內容進行補充與深入，以此增強學生對問題的認識和理解。特別是在一些大氣物理方程、物理定律和數學公式的講解上，以板書的形式對公式進行逐步推導，不僅有助于學生對公式的直觀理解，更有助于學生對該知識點背后的物理過程的清晰認識。

教學過程中存在少部分學生缺乏學習主動性的情況，可以采用了適當的教學方法活躍課堂氣氛，如課堂討論、專題辯論和分階段小測驗等方法。在進行課堂討論時，可以調動學生與學生間、學生和老師間的互動討論，引導學生自主思考的同時敢于發表自己的觀點。在進行專題辯論時，老師挑選教學過程中本學科的多個熱點問題作為研究主題，學生分組討論研究各個主題，并以小組為單位給出觀點，最終提交相應的主題文獻綜述和以PPT演講的形式進行總結答辯。在這一過程中，各個組的學生需要主動查閱和整理相關文獻來支撐自己的觀點，不僅可以鍛煉學生查找文獻和閱讀文獻的能力，還可以了解到最新的科研信息，并在主動的學習中調動學生的積極性，引導學生進行深層次的思考。在進行分階段小測驗時，一方面可以督促學生的平時學習，另一方面老師可以掌握學生的學習情況。

2.3 加強實踐教學

實踐對于培養和提高學生的創新能力有重要作用，需要重視實驗、實習等實踐性環節。該課程依托國家級大氣探測實驗示范中心實驗資源，開展理論與實踐教學活動。目前，擁有1臺X波段雙偏振多普勒天氣雷達、3臺X波段多普勒天氣雷達、1臺毫米波測云雷達、1個大氣觀測基地和許多高端儀器儀表，并擁有西南地區首個區域性組網雷達協同觀測基地。此外，學校與四川省氣象局建立了天氣雷達回波數據、衛星遙感數據共享網絡，這給課程的順利開展和實施創造了非常有利的條件。根據目前已有的條件，為實踐環節的開展提供較大支持，例如在大氣觀測基地開展大氣物理特征量的觀測實踐、在雷達機房實時觀測雷達回波數據等，并指導學生如何根據得到的觀測數據進行分析。通過實踐使學生把課堂的理論教學內容和實際業務使用相結合，培養理論基礎扎實、強動手能力和能聯系實際的專業技術人才。

2.4 教學與科研相結合

隨著科學技術的不斷發展，在不同的研究問題上可能出現了新的研究手段、研究方法或研究成果。但由于教學教材的編寫到實際教學應用中，期間間隔的時間較長。在這段時間里，可能已有大量新的觀測結果，新的研究方法以及新的科研成果的出現，因此在教學過程中要及時掌握大氣物理學及其相關領域的最新科研發展動態，了解相關科研發展方向，使講授的課程與當前國內外大氣物理學領域的最新研究成果同步。在遵循教學大綱和課程結構的前提下，有選擇性的將國內外最新的理論與技術成果納入教學，始終保持課程內容的鮮活性，培養學生的科學意識。

在實際教學時，要做到教學與科研相結合，需要教師在教學過程中不斷提高自身的業務能力和水平，不斷學習最新的科研方法和科研成果讓自己的知識結構更加充實。針對每個章節的重點和難點，選擇將當前國內外相關研究進展和最新研究成果介紹給學生，引導學生將教學中的理論知識與實際科研相結合，這也有助于學生提高學習興趣。根據學校現有的資源，比如正在進行或者已經完成的科研項目，可以將這些項目的完成過程作為案例向學生展示，讓學生明白，面對科學問題，如何建立研究方法，怎樣制定研究方案以及實施研究工作等詳細流程，為學生后續進一步的畢業設計的設計、科研或工作提供解決問題的思路。

2.5 課程考核模式改革

課程考核對評價學習效果和教學目標的達成情況至關重要，以前的“大氣物理學基礎”的課程考核方式重點在于對知識內容的考核，而在學生能力的考核上仍有不足，這導致了部分學生不注重學習過程只應付考試、不注重實踐只著重于理論知識的情況。為了避免這種情況，可以建立“多元化—重過程—考能力”的考核新模式[4]。

制定以閉卷考試為基礎的多元考核形式，將專題辯論和分階段小測驗納入平時成績的考核。在專題答辯考核時，著重考查學生實踐能力、自學能力、表達能力和小組的團隊協作能力。另外將課堂討論設立為加分項，鼓勵學生在課堂上積極回答問題，參與更多的課堂互動環節，充分調動學生的學習主動性。在批改試卷及測驗題時，需要將學生的邏輯方式和整體觀點作為評分的重要一環，這不但可以展現學生對所學專業知識的掌握和應用情況，還可以進一步了解到學生運用相關理論知識進行分析和解決相關問題的能力，引導學生在思考問題時對解決問題邏輯和整體的認識。

在課程結束后，通過問卷調查的方式，從實際出發多角度設立問卷題目，讓學生進行充分的自我評價，反饋學習過程中存在的不足，以此幫助教師了解學生情況，在后續的教學工作種進行相應的教學改進。最終，通過本次課程對學生的考核情況，反思學生能力的提升情況和專業知識的學習情況，對不足之處進行整改，從而不斷改進和完善教學大綱、豐富教學內容和提升教學手段，更加有效的完成培養目標和畢業要求，推進專業教育質量的提升。

3 結語

在教育部全面振興本科教育和新人才培養方案的大背景下，針對目前“大氣物理學基礎”教學過程中暴露出的問題，提升教學質量，在OBE理念的指導下，從以下五個方面進行改革探索：

（1）針對學校專業特點，根據專業研究領域不同和后續課程的結構，科學選擇教學內容，進行有側重點的教育，為學生后續相關專業課學習建立更好的聯系。

（2）針對教學過程中課程內容理論性強且相對枯燥繁雜和部分學生缺乏主動性的情況，通過以OBE教學理念為指導，推動課堂上教師和學生間的交流，增加課堂討論、專題辯論和分階段小測驗等環節，在增強學生學習的主動性的同時提高學生的綜合素質發展。

（3）依托學校現有資源和平臺，增加實驗觀測環節，不僅有助于學生對理論知識的理解，還有助于培養學生的實踐動手能力。

（4）為了保證教學內容的鮮活性，將國內外的最新理論和研究成果有選擇的納入課程，在提高學生學習興趣同時培養學生的科研意識。

（5）為了避免只注重學習結果而不注重學習過程的考核模式，建立多元考核形式，將學生的實踐能力和學習過程都納入考核，針對考核中的不足之處，進行后續教學改革，達到不斷提升教學質量的目的。

教育教學改革之路任重而道遠，只有循序漸進地解決教學過程中存在的各種問題，才能為社會培養更加優秀的專業技術人才。