“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程設計＊

李曉蘭，劉 俊，王勇軍，劉天雄，文 剛

（1.中國氣象局氣象干部培訓學院四川分院，四川 成都 610072；2.高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室，四川 成都 610072）

為貫徹落實中國氣象局關于實現地面氣象觀測自動化的決策部署，進一步提高地面氣象觀測的能力和水平。自2020-04-01 起，地面氣象觀測自動化改革從全國試運行切換調整為正式業務運行。地面氣象觀測自動化發展與氣象觀測裝備技術水平不斷提升息息相關。產學研用協同促進的氣象觀測技術裝備發展格局基本形成，新技術新裝備研發和試驗工作成果豐碩。天氣現象視頻智能觀測儀作為氣象觀測裝備研發的成果之一，目前處于試點考核階段，待通過業務化評估后，將調整相關項目觀測方式正式業務化運行。自2020-09-30T20：00 開始，天氣現象視頻智能觀測儀業務試運行。全國國家級氣象觀測站于2020-09-30 前完成了天氣現象視頻智能觀測儀安裝。天氣現象視頻智能觀測儀采用人工智能視頻識別技術，可實現對云狀、凝結類天氣現象、雪深等觀測項目的自動觀測。

1 課程目的

為進一步了解天氣現象視頻智能觀測儀業務試運行情況，國家氣象信息中心對2021-01-16—2021-02-28全國天氣現象視頻智能觀測儀觀測數據的完整性進行了統計分析，發現部分臺站視頻、圖像、判識結果數據文件完整率較低。為提升基層臺站天氣現象視頻智能觀測儀觀測數據的完整性，氣象觀測業務人員關于天氣現象視頻智能觀測儀的維護、維修管理能力有待加強。目前，天氣現象視頻智能觀測儀處于業務試運行階段，現有天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障方面的課程尚屬空白。以培養合格的專業人才隊伍，保障天氣現象視頻智能觀測儀穩定高效運行為目標，急需開發“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程。綜上所述，展開“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程設計，彌補“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程的空白，滿足基層氣象觀測業務人員天氣現象視頻智能觀測儀維護保障技能提升階段的培訓需求，有效助推氣象觀測業務改革調整后，新型氣象觀測裝備維護保障工作的進一步展開。

2 調研

2.1 調研目的

為緊密圍繞氣象觀測業務現狀和發展趨勢，明確“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程培訓的組織需求、崗位需求及個人需求，展開課程培訓需求調研。

2.2 調研方案

“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程培訓需求調研內容包括崗位職能情況、調查對象基本情況，業務技能水平、教學內容需求度、業務試運行情況以及日常裝備保障工作的重難點等。“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程培訓需求調研方法和內容如表1 所示。

表1 “天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程培訓需求調研方法和內容

2.3 問卷調查情況

采用文本資料分析法，全面學習分析地面氣象觀測自動化改革相關政策文件，通過與氣象觀測業務管理人員座談，了解天氣現象視頻智能觀測儀試運行情況以及業務人員崗位情況，初步了解“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程培訓的組織需求和崗位需求。根據調研方案制作《“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程培訓需求問卷》，面向氣象觀測裝備保障相關培訓班學員和縣級綜合氣象業務人員發放該調查問卷，共計發放118 份，收回115 份。

2.3.1 調查對象基本情況

本次問卷調查對象年齡大部分在35 歲以下，文化程度大部分為本科及以上學歷，所學專業包括大氣科學、電子信息科學與技術、計算機科學與技術、軟件工程、信息與通信工程以及其他理工類。調查對象工作崗位為縣級綜合氣象觀測業務崗和地市級氣象觀測裝備技術保障崗，77%的年齡在35 歲以下，從事該工作崗位的年限在1 年以上的占97%，屬于氣象觀測裝備保障方面的主力軍，并具有一定工作經驗，滿足本次調查所需調查對象的要求。

2.3.2 業務技能水平及培訓需求

統計調查對象關于天氣現象視頻智能觀測儀裝備的保障技能水平，74%的調查對象認為自身天氣現象視頻智能觀測儀裝備維護保障方面的知識技能水平一般或較低，并且針對“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程均表現出強烈的培訓需求，認為需求很強烈的占40%，需求較強烈的占60%。從調查結果可知，調查對象的天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障技能水平相對欠缺，并表現出強烈的培訓需求，開發“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程，具有較強的業務適用性。

2.3.3 課程教學內容需求度

為詳細了解調查對象在“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程教學內容方面的需求，統計“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”各知識點教學內容需求度，天氣現象視頻智能觀測儀組成結構、工作原理、安裝、調試、維護以及故障排查部分教學內容需求度的占比分別為77%、83%、77%、100%、97%、100%。

從調查結果可知，調查對象對天氣現象視頻智能觀測儀調試、維護和故障排查部分需求度較高，對組成結構、工作原理和安裝部分需求度一般。調查對象表示，在基層臺站日常工作中，天氣現象視頻智能觀測儀調試、維護及故障排查工作屬于常規性事務。例如：天氣現象視頻智能觀測儀攝像頭遮擋和污染的維護，攝像機水平、方位以及傾角的維護，供電故障和通信故障的排查處理等。天氣現象視頻智能觀測儀組成結構和工作原理部分對于知識完整性有一定的幫助，但對于基層臺站常規性氣象觀測業務工作適用性相對較弱。針對上述調查統計結果，采用詳細問詢的方式，了解調查對象對天氣現象視頻智能觀測儀安裝部分需求度較低的原因。由于氣象觀測儀器安裝工作一般由省（州）局或者儀器廠家相關人員負責，調查對象普遍認為天氣現象視頻智能觀測儀安裝部分對于基層臺站氣象觀測業務工作的適用性不強。

2.4 實地調研情況

在問卷調研的基礎上，使用訪問調查法，選擇具有代表性的地市級氣象部門和縣級單位進行實地調研，更準確地把握“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程的培訓需求。

市、縣兩級氣象業務人員認為，天氣現象視頻智能觀測儀正處于業務試運行階段，為了保證設備正常穩定運行及觀測數據質量，需切實提升氣象業務人員的維護保障能力。通過課程培訓初步具備從事天氣現象視頻智能觀測儀裝備維護保障的能力。基層業務人員日常工作最關注的是維護和故障排查，與問卷調查的結果相符。“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程教學內容需包括維護、數據處理、探測環境、通信、工作原理、供電等方面。其中故障排查部分的講授，應詳細講授天氣現象視頻智能觀測儀電路接線圖、故障排查流程以及硬件和軟件的交互調試等。

通過問卷調研和實地調研相結合，總結分析“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程培訓需求，形成“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程教學內容，如表2 所示。

表2 “天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程教學內容

3 課程開發思路

為打造質量高、適用廣的“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程，運用三維動畫仿真技術制作“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程視頻課件。在教學內容呈現方式上更為生動形象，相較于傳統PPT 講授，更能激發學習興趣，同時有效解決了基層氣象業務人員的工學矛盾，可以隨時在線完成課程學習。

根據“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程教學內容，結合三維動畫仿真視頻課件制作要求，撰寫“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程視頻課件制作腳本。“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程視頻課件制作腳本主要包括場景序號、分鏡頭序號、畫面呈現需求、參考畫面示例、配音文本、文本標識內容以及參考畫面時長等。“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程視頻課件制作擬采用三維動畫仿真展示、文本標識、配音以及字幕等方式呈現，運用三維動畫仿真、二維動畫、屏幕錄制以及視頻剪輯等多媒體技術，完成課程視頻畫面的制作。“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程視頻課件適用的培訓形式包括面授培訓，混合式培訓以及遠程培訓。

3.1 面授培訓

在氣象觀測裝備保障面授培訓中，通過理論講授和實習實訓，使得培訓對象能夠全面掌握氣象觀測裝備保障相關知識。天氣現象視頻智能觀測儀作為新型氣象觀測儀器，是現階段氣象觀測裝備保障培訓需重點掌握的儀器設備。為了使培訓對象能夠更直觀地了解天氣現象視頻智能觀測儀工作原理、維護調試及故障排查等方面，將“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程視頻課件進行片段節選，將課程視頻課件工作原理部分應用于理論講授，將課程視頻課件維護調試和故障排查部分應用于實習實訓，幫助培訓對象將抽象的知識形象化，更容易理解記憶，輔助面授培訓取得更好的成效。

3.2 混合式培訓

近年來，教學方法的改變越來越迫切，為了提升教學效果，新的培訓方式在現代化培訓教育中廣泛應用。基于混合式培訓的模式越來越受歡迎，翻轉課堂作為混合式培訓的一種方式被越來越多的研究者應用于實際教學中，特別適用于氣象觀測裝備保障實習實訓課程。因此，“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程視頻課件可采用翻轉課堂的教學模式，將“課程傳授”放到課外完成，而將“知識內化”作為課堂教學的重點。通過分析教學內容和培訓對象特征，明確教學目標，完成“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程的教學設計。采用翻轉課堂教學模式，賦予培訓對象更多自由時間、最大化利用時間的理念，滿足氣象教育培訓現代化理念。在培訓中，將“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程視頻課件作為“課堂傳授”的在線學習資料，并提出學習要求。在“知識內化”階段，在課堂教學中，檢驗在線學習效果并詳細講解本課程的重點、難點。

3.3 遠程培訓

新形勢下氣象教育培訓多元化發展，遠程培訓在基層氣象業務人員的職業技能學習中占有較大比例。通過中國氣象遠程教育網組織基層氣象業務人員在線集中或者自主完成“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程學習，學習地點和學習時間相對面授培訓更為靈活。

無論是面授培訓、混合式培訓還是遠程培訓，在課程結束后，應采用課后即評，收集課程學習情況，不斷完善“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程。

4 結論

通過制定調研方案，展開“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程培訓的組織需求、崗位需求和個人需求的調研。運用文本資料分析法、問卷調查法、訪問調查法及分析歸納法，形成“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程教學內容，為“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程開發奠定了堅實的基礎。通過對“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程視頻課件制作及應用的思考，初步確定了課程開發方案。

隨著氣象基層業務人員工學矛盾的日益凸顯，打造高質量、高水平的多媒體課程，可以有效提升基層氣象觀測業務人員學習興趣，提高遠程學習質量。“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程視頻課件緊密圍繞地面氣象觀測業務現狀，業務適用性強，研發思路及方案科學可行，可以彌補“天氣現象視頻智能觀測儀裝備保障”課程培訓的空白。