基于信息化視角的校園氣象科普教育實現(xiàn)路徑探討

楊 華，楊亞利 ，周曉麗，吳 毅

1.銅川市氣象局，陜西銅川 727000； 2.銅川市中草藥氣象服務(wù)研究中心，陜西銅川 727000

氣象科普是向公眾普及氣象防災(zāi)減災(zāi)和應(yīng)對氣候變化知識、增強公眾風(fēng)險意識和自救互救能力的重要手段[1]。在氣候變暖的背景下，海平面上升、北極海冰和永凍土融化、高原積雪消融，極端氣候事件增多，極端天氣氣候事件發(fā)生的頻率和概率增加，極端天氣對各行各業(yè)和人民群眾安全的影響日益加劇，公眾對氣象科普的多元化、差異化需求進一步增加[2-3]。

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)的快速發(fā)展，微博、微信、短視頻等新媒體和VR虛擬現(xiàn)實等方式為公眾喜聞樂見，公眾獲取信息方式發(fā)生了顯著變化。當(dāng)下，氣象科普需要適應(yīng)信息化、數(shù)字化、智能化的發(fā)展趨勢，運用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人機交互等信息化手段，豐富氣象科普的內(nèi)容與形式，提高公眾對氣象科普的認(rèn)知度、關(guān)注度和滿意度，使氣象科普可參與、可體驗，幫助公眾更好地理解氣象知識、用好氣象信息、提高防災(zāi)減災(zāi)意識和能力。

校園氣象站是氣象科普進校園的一大品牌，也是各類中小學(xué)科普教育研究創(chuàng)新的亮點。截至2017年年底，全國各地建成1 000多個校園氣象站[4]。許多學(xué)校將氣象科普融入學(xué)?？萍冀逃?，通過建設(shè)人工或自動氣象監(jiān)測站、成立氣象科技興趣小組、開展氣象科普活動，開闊學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)自然科學(xué)的興趣和熱情，有效普及氣象科學(xué)知識和氣象科學(xué)方法，使其掌握應(yīng)對氣象災(zāi)害的保護措施，為推進氣象科普信息化提供了實踐經(jīng)驗。

立足科普信息化的新視角，從信息化支撐、校園氣象科普教育的內(nèi)容開發(fā)、校園氣象科普的實踐活動設(shè)計等環(huán)節(jié)入手，探討了以校園氣象站為中心的校園氣象科普教育實現(xiàn)路徑，旨在增強校園氣象科普教育效果，為推進氣象科普信息化技術(shù)升級和傳播理念更新提供思路。

1 校園氣象科普教育的信息化支撐

基于校園環(huán)境，按照可感知、可參與、可互動的目標(biāo)，利用地理信息系統(tǒng)、氣象災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)、預(yù)警發(fā)布技術(shù)、數(shù)據(jù)共享技術(shù)，為校園氣象科普教育提供信息化支撐，同時保障安全校園建設(shè)。校園氣象科普教育的信息化支撐，概括為監(jiān)測、預(yù)警、教學(xué)3項功能。

1.1 校園氣象監(jiān)測系統(tǒng)

校園是人員密集場所和公共場所，也是氣象監(jiān)測布局的重點區(qū)域。通過在校園建設(shè)氣象災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)，既可滿足學(xué)校氣象科普的需求，又可提高氣象監(jiān)測預(yù)警能力。

校園氣象監(jiān)測系統(tǒng)包括自動氣象站、環(huán)境監(jiān)測、負(fù)氧離子監(jiān)測等氣象環(huán)境要素監(jiān)測。自動氣象站的基本配置采用四要素（溫度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量）、六要素（氣溫、氣壓、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量）等監(jiān)測設(shè)備[5]。技術(shù)上采用先進的氣象傳感器、數(shù)據(jù)采集器、控制處理器、GPRS無線傳輸?shù)取－h(huán)境監(jiān)測、負(fù)氧離子監(jiān)測系統(tǒng)，使用專用傳感器可自動采集空氣中PM2.5濃度數(shù)據(jù)、負(fù)氧離子濃度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對校園環(huán)境質(zhì)量的綜合監(jiān)測。

各類氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線GPRS方式傳送回服務(wù)器中心數(shù)據(jù)庫，存儲數(shù)據(jù)可用于監(jiān)測預(yù)警、教學(xué)、科研分析等。學(xué)生可在輔導(dǎo)員的指導(dǎo)下，觀測、記錄氣象要素，并分析數(shù)據(jù)的變化規(guī)律。

1.2 校園氣象預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)

校園氣象預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)兼有預(yù)警發(fā)布、科普傳播的雙重功能。校園氣象預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采取“云+端”模式，建立校園預(yù)警信息管理平臺，對預(yù)警信息和發(fā)布終端進行數(shù)字管理。發(fā)布終端主要包括校園廣播、校園電子顯示屏2種。其中，校園廣播依托計算機網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)級電源模塊、GPRS通訊模塊、中央控制模塊、功放模塊，實現(xiàn)重要預(yù)警信息即時通過語音形式進行廣播和發(fā)布；校園電子顯示屏充分利用計算機網(wǎng)絡(luò)、GPRS無線通信傳輸、嵌入式處理、自動控制等技術(shù)，完成預(yù)警信息的文字、圖形動態(tài)更新展示[6]。

重要氣象預(yù)警信息通過校園網(wǎng)、手機短信、校園廣播、校園電子顯示屏、多媒體教學(xué)屏、校園網(wǎng)即時插播或重復(fù)滾動播出。通過全覆蓋、“現(xiàn)場式”強化教育，使學(xué)校師生隨時隨地能夠聽到、看到氣象預(yù)警信息，在互動參與中增強主動防災(zāi)避險的意識。

1.3 校園氣象科普教學(xué)系統(tǒng)

校園氣象科普教學(xué)系統(tǒng)是校園氣象監(jiān)測系統(tǒng)、校園氣象預(yù)警信息系統(tǒng)與氣象科普教育資源的連接器。將監(jiān)測系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)形成的氣象數(shù)據(jù)與氣象網(wǎng)站采集的氣象科普教學(xué)素材或案例相結(jié)合，共同組成校園氣象科普教育“數(shù)據(jù)云”。通過建設(shè)高清數(shù)字多媒體教室、科普教學(xué)教育拼接墻等，可滿足校園氣象科普教育展示需要。教師利用實時自動更新的校園氣象數(shù)據(jù)、豐富多彩的氣象科普圖文素材，向?qū)W生傳播氣象防災(zāi)減災(zāi)知識，最終實現(xiàn)氣象科普教育的落實。

2 校園氣象科普教育的內(nèi)容開發(fā)

在信息化時代背景下，青少年對氣象科普的內(nèi)容需求更加趨于細(xì)分。校園氣象科普教育的內(nèi)容開發(fā)上，采取“分層教育”的思路，遵循學(xué)生年齡特點、認(rèn)知規(guī)律和教育規(guī)律，體現(xiàn)本地化鄉(xiāng)土特色，滿足普及氣象科學(xué)知識、宣傳氣象科技發(fā)展、傳播特色氣象文化的需要，增強校園氣象科普教育的吸引力、針對性和實效性。以中小學(xué)為例，對校園氣象科普教育的主體內(nèi)容、校本氣象科普教材的內(nèi)容設(shè)計作如下分析[7]。

2.1 校園氣象科普教育的主體內(nèi)容

通過分析重大氣象災(zāi)害防范應(yīng)對的案例，可預(yù)判公眾氣象災(zāi)害防御素養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)公眾對氣象災(zāi)害基本認(rèn)知度不高，風(fēng)險風(fēng)范意識和防災(zāi)避險自救能力不強，有些人員在災(zāi)害來臨前不夠警覺，有些人員未采取避險措施，或者避險措施不得當(dāng)，造成生命財產(chǎn)嚴(yán)重?fù)p失。因此，校園氣象科普教育的重點，必須關(guān)注災(zāi)害防御意識、災(zāi)害防御知識技能2個方面。按照這一思路，結(jié)合中小學(xué)地理教育、德育目標(biāo)，提出中小學(xué)氣象科普教育的主體內(nèi)容，主要包括4個方面：（1）開展大氣、水、生態(tài)環(huán)境等資源的教育，幫助學(xué)生了解當(dāng)?shù)氐牡乩淼孛埠蜌夂蚋艣r、氣象災(zāi)害特點，提升學(xué)生應(yīng)用氣象科學(xué)知識和方法處理實際問題、參與防災(zāi)避險的能力；（2）對天氣現(xiàn)象和災(zāi)害性天氣、氣象監(jiān)測、氣象預(yù)報預(yù)警、氣象服務(wù)信息進行科學(xué)解讀，宣傳氣象災(zāi)害避險知識，幫助學(xué)生理解氣象知識、用好氣象信息，增強氣象防災(zāi)減災(zāi)的意識和能力；（3）了解氣象科學(xué)發(fā)展前沿知識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)氣象知識興趣，倡導(dǎo)科學(xué)思想，樹立科學(xué)精神；（4）加強應(yīng)對氣候變化、生態(tài)文明建設(shè)、可再生氣候資源的開發(fā)利用等知識和文化教育。上述4個方面主體內(nèi)容是校園氣象科普教育的通用內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上，需要把握天氣氣候的地方性特點，動態(tài)更新校園氣象科普教育內(nèi)容，以滿足不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同災(zāi)種的氣象災(zāi)害防御需要。

2.2 校本氣象科普教材的內(nèi)容設(shè)計

積極推動氣象科普教育“課程化”，結(jié)合小學(xué)中低年級、高年級課程體系，開設(shè)校本氣象科學(xué)課，使小學(xué)生接受至少10課時的氣象科學(xué)知識學(xué)習(xí)。以縣級行政區(qū)為單位，編寫地方校本氣象科普教材，突出地方氣候特點和本地主要氣象災(zāi)害，促進氣象防災(zāi)減災(zāi)教育進校園、進課堂，有利于幫助學(xué)生更好地認(rèn)識氣象、應(yīng)用氣象，提高科學(xué)素養(yǎng)。

中小學(xué)氣象科普教材的設(shè)計，根據(jù)各學(xué)段科技素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)，分別涵蓋：氣象科學(xué)基礎(chǔ)知識、氣象災(zāi)害預(yù)警、雷電災(zāi)害防御、應(yīng)對氣候變化等模塊。氣象科學(xué)基礎(chǔ)知識模塊的主要知識點包括：大氣、氣候、氣溫、濕度、氣壓、降水、雷電、風(fēng)等。氣象災(zāi)害預(yù)警模塊的主要知識點包括：氣象災(zāi)害，主要氣象災(zāi)種（干旱、大風(fēng)、沙塵暴、暴雨、雪、寒潮、冰雹、雷電、低溫、高溫、霜凍、大霧、干熱風(fēng)等），了解天氣預(yù)報，認(rèn)識氣象災(zāi)害預(yù)警信號，氣象災(zāi)害防御等。雷電災(zāi)害防御模塊的主要知識點包括：雷電、雷擊的形式、室外防雷、室內(nèi)防雷、學(xué)校防雷等。應(yīng)對氣候變化模塊地主要知識點包括：氣候資源、全球氣候變化、厄爾尼諾、拉尼娜現(xiàn)象等[8]。

科普信息化的理念同樣可被應(yīng)用于校本氣象科普教材的設(shè)計。例如，采取漫畫、兒歌、短視頻等小學(xué)生樂于接受的表現(xiàn)形式，趣味優(yōu)先、寓教于樂，充分調(diào)動學(xué)生對科技、學(xué)氣象的興趣，促進其主動學(xué)習(xí)和運用氣象災(zāi)害防御知識。

3 校園氣象科普教育的實踐活動設(shè)計

青少年在掌握氣象科學(xué)知識后，應(yīng)加大氣象防災(zāi)減災(zāi)的實踐演練力度，使學(xué)生能夠熟練掌握各類氣象災(zāi)害防御知識，在氣象災(zāi)害來臨時能夠采取正確的防御行動，從而增強災(zāi)害風(fēng)險意識和自救互救能力。校園氣象科普實踐活動正是普及氣象防災(zāi)應(yīng)急知識，提高學(xué)生預(yù)防、避險、自救互救和減災(zāi)能力的重要手段。按照科普信息化的思路，依托校園氣象站，成立校園氣象科技興趣小組，利用科普信息化設(shè)施、校本氣象科普教材，樹立“探究式”“參與式”的新理念，設(shè)計開發(fā)形式多樣的氣象科學(xué)知識學(xué)習(xí)活動、天氣觀測活動等，更好地強化氣象災(zāi)害意識教育、防災(zāi)避災(zāi)減災(zāi)教育，增強校園氣象科普宣傳教育效果[9]。

3.1 “探究式”的氣象科學(xué)知識學(xué)習(xí)活動設(shè)計

以世界氣象日、氣象科技活動周、防災(zāi)減災(zāi)日和全國科普日等為契機，開展校園氣象科普嘉年華、氣象知識競賽、寶貝報天氣、氣象研學(xué)之旅等多種活動，形成針對不同年齡段的校園氣象科普品牌。融氣象科學(xué)知識學(xué)習(xí)與認(rèn)知、理解、探究、實踐教育為一體，通過運用有效形式，讓學(xué)生加深對氣象科學(xué)知識的了解。立足校園氣象監(jiān)測、預(yù)警、教學(xué)系統(tǒng)，可以開展的體驗式學(xué)習(xí)包括：實地測量記錄溫度、濕度、氣壓等，現(xiàn)場看云識天氣，背一背風(fēng)級歌。在課堂內(nèi)外或校園氣象站可以開展的探究式學(xué)習(xí)活動包括：認(rèn)一認(rèn)天氣預(yù)報和預(yù)警信號，講一講神奇的古代氣象故事，分享氣象諺語、氣象詩詞，辯一辯天氣的“好”與“壞”等。通過動手、動腦、思考、實踐等環(huán)節(jié)，讓教育對象進一步了解氣象科學(xué)知識，學(xué)習(xí)并掌握氣象防災(zāi)減災(zāi)方法。

3.2 “參與式”的天氣觀測活動設(shè)計

結(jié)合地方天氣氣候特點，可組織小學(xué)高年級、初中學(xué)生動手開展雨、雪、霧、霾等常見天氣觀測活動，激發(fā)學(xué)生的探索興趣，增強校園氣象科普的互動性。校園天氣觀測活動主要通過天氣實況拍照、目測分級、儀器觀測的方式進行。這里以降雨、降雪、霧和霾的天氣觀測為例，列出通用的流程設(shè)計。

3.2.1 降雨天氣現(xiàn)象觀測活動流程主要包括：（1）學(xué)生對降雨量級進行目測分級（表1）；（2）拍攝降雨實況照片；（3）記錄自動氣象站雨量數(shù)據(jù)；（4）記錄降雨持續(xù)時間。

表1 降雨目測分級表

3.2.2 降雪天氣觀測活動流程主要包括：（1）學(xué)生對降雪量級進行目測分級（表2）；（2）拍攝降雪、積雪現(xiàn)象和周圍景物；（3）用量尺測量雪深；（4）記錄降雪持續(xù)時間。

表2 降雪目測分級表

3.2.3 霧或霾觀測活動霧和霾均是視程障礙現(xiàn)象，對空氣質(zhì)量、空氣污染都有影響。霧是懸浮于近地面大氣層中的水滴或冰晶，使地面能見度小于1.0 km的現(xiàn)象。霾是大量微小的固體雜質(zhì)浮游在近地層或空中的逆溫層下，出現(xiàn)能見度小于10.0 km的現(xiàn)象。霧和霾觀測活動流程主要包括：（1）拍攝霧、霾實景照片。（2）估測能見度，對霧、霾進行分級（霧的目測分級）（表3）。若視力范圍內(nèi)能見的某最遠(yuǎn)目標(biāo)物（各種建筑物、樹木、較大物體等）的形體輪廓大致可見，估測此目標(biāo)物離觀測者的距離即當(dāng)時的能見度。例如，可見1 km處左右的房屋輪廓可見，其他細(xì)微部分不可見，此時能見度可估測為1 km。（3）學(xué)校配有相關(guān)氣象觀測儀器，可以測量、記錄此時的溫度、濕度。

表3 霧的目測分級表

以學(xué)習(xí)為紐帶的“探究式”“參與式”氣象科普實踐活動，有利于激發(fā)學(xué)生對氣象科技特別是災(zāi)害防御知識的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生增強防災(zāi)減災(zāi)的責(zé)任感，在潛移默化中提高應(yīng)對氣象災(zāi)害的綜合素質(zhì)。除了上述實踐活動以外，還可采取校內(nèi)與校外結(jié)合的方式，開展校外氣象實踐、氣象科學(xué)調(diào)查、氣象科普知識競賽、小小氣象科普宣講員等多元化的特色活動，促進氣象科普大范圍傳播和擴散。

4 結(jié)論

從信息化的視角出發(fā)，以校園氣象科普教育為研究對象，分別從校園氣象科普教育的信息化支撐、科普教育內(nèi)容設(shè)計、科普實踐活動設(shè)計3個方面出發(fā)，闡述了校園氣象科普教育的實現(xiàn)路徑，體現(xiàn)了“普及與提高”“學(xué)習(xí)與實踐”相結(jié)合的科普理念，為氣象科普信息化的研究和應(yīng)用提供了有益的借鑒思路。概括為4個方面。

（1）在全球氣候變暖、極端天氣氣候事件的背景下，面對互聯(lián)網(wǎng)、人工智能和新媒體的飛躍發(fā)展，公眾對氣象科普的內(nèi)容、獲取方式、參與方式在發(fā)生變化，氣象科普信息化將成為發(fā)展趨勢。

（2）運用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人機交互等信息化手段，集成災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警發(fā)布、宣傳展示等功能，形成氣象科普宣傳教育的數(shù)據(jù)環(huán)境和信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，共同保障氣象防災(zāi)減災(zāi)和氣象科普，促進氣象科普向全天候、可視化、全媒體傳播轉(zhuǎn)變。

（3）緊扣分眾化傳播的需求，全面?zhèn)鞑庀罂萍贾R、氣象科技創(chuàng)新和氣象科學(xué)文化，形成知識、方法、文化互融的氣象科普內(nèi)容體系，既構(gòu)建了氣象科學(xué)知識普及的總體框架，又提高了防范本地主要氣象災(zāi)害的知識水平和技能。

（4）遵循氣象防災(zāi)減災(zāi)的規(guī)律，滿足安全管理和風(fēng)險管理的需要，組織開展學(xué)用合一的氣象科學(xué)知識探究活動、天氣現(xiàn)象觀測活等，形成可學(xué)習(xí)、可參與、可體驗的氣象科普實踐活動模式，實現(xiàn)常態(tài)化普及氣象災(zāi)害預(yù)防、避險、互救自救、減災(zāi)知識和技能，有助于提高氣象科普宣傳教育的質(zhì)量，從而達(dá)到提升社會公眾氣象防災(zāi)減災(zāi)素養(yǎng)和能力的目標(biāo)。