淺析注重思維培養(yǎng)的大氣輻射傳輸理論教學(xué)方法

摘 要:針對(duì)遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科大氣輻射傳輸理論課程的特點(diǎn)，基于交叉學(xué)科的優(yōu)勢(shì)，提出有效運(yùn)用多種教學(xué)方式，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，以最基本的大氣輻射傳輸方程為例，詳細(xì)討論了在高校理科專業(yè)課程的教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生“以簡化繁”的思維模式。

關(guān)鍵詞:思維培養(yǎng) 大氣輻射傳輸 教學(xué)方法

中圖分類號(hào):G642.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(a)-0170-01

高校專業(yè)課程具有較強(qiáng)的專業(yè)理論性和實(shí)踐性，知識(shí)覆蓋面廣，尤其是理科專業(yè)課程，初次接觸時(shí)的直觀感覺往往是理論高深、與實(shí)際需要有一定的距離。因此作為專業(yè)課授課講師，應(yīng)采取有效的教學(xué)方式激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的欲望。授課時(shí)除了盡量將理論與實(shí)踐相結(jié)合幫助學(xué)生理解科學(xué)問題，更重要的是思維方式和能力的培養(yǎng)，在教學(xué)實(shí)踐過程中逐漸讓學(xué)生掌握必備的科學(xué)思維方式和專業(yè)知識(shí)的能力。大氣輻射傳輸理論課程是遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，大氣輻射傳輸理論是大氣遙感領(lǐng)域不可或缺的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)影響很大。筆者通過連續(xù)六年本科大氣輻射傳輸理論等專業(yè)課程的教學(xué)工作，逐漸體會(huì)到明晰物理概念的重要性，及“以簡化繁”的思維方式對(duì)學(xué)生產(chǎn)生的影響。

1 交叉學(xué)科的優(yōu)勢(shì)

南京信息工程大學(xué)是全國最著名的以氣象專業(yè)為主的高校，我校遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的優(yōu)勢(shì)就是大氣科學(xué)相關(guān)知識(shí)背景，大二開設(shè)的大氣輻射傳輸理論課程，是該專業(yè)第一門專業(yè)主干課，是氣象與遙感兩個(gè)專業(yè)較好的結(jié)合點(diǎn)。大氣作為一種介質(zhì)，電磁波在大氣中的傳輸有其特殊規(guī)律，與海洋等介質(zhì)的輻射傳輸規(guī)律不同。基于物理學(xué)基礎(chǔ)，和數(shù)學(xué)方法，理解并掌握大氣輻射傳輸方程是這門課程的核心。如果遙感專業(yè)的學(xué)生較好的掌握大氣輻射傳輸規(guī)律，就可以將遙感技術(shù)應(yīng)用于氣象領(lǐng)域。

2 教學(xué)方式

《大氣輻射傳輸理論》的教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)是通過介紹電磁輻射過程及其理論、方法，闡述電磁輻射在遙感成像機(jī)理中的作用。根據(jù)大氣和地表介質(zhì)在電磁輻射傳輸中的不同特征，利用遙感影像反演大氣和地表的物理狀態(tài)參數(shù)以及成分結(jié)構(gòu)，提供理論基礎(chǔ)。

教學(xué)任務(wù)確定后，如何使其在授課過程中很好地被學(xué)生接受，很大程度上取決于教學(xué)方式。本門課程充分運(yùn)用多媒體教學(xué)手段，將大量的地球、大氣和太陽的自然現(xiàn)象及物理定律相關(guān)圖表展示給學(xué)生。多媒體課件盡量突出重點(diǎn)，恰當(dāng)運(yùn)用圖像、圖形、動(dòng)畫等形式，盡可能避免長篇大段的文字。內(nèi)容豐富、大信息量的多媒體課件有利于加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的形象認(rèn)識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率，但是多媒體課件不是課堂教學(xué)的全部，適時(shí)的講解和板書是非常必要的，避免教師照著多媒體課件宣讀。

教育心理學(xué)認(rèn)為:直觀教學(xué)能夠?yàn)閷W(xué)生理解和掌握知識(shí)提供必要的感性材料。正確而靈活的運(yùn)用各種直觀教學(xué)形式，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，從而有助于他們對(duì)所學(xué)知識(shí)的領(lǐng)會(huì)、理解和鞏固，有助于提高教育、教學(xué)質(zhì)量[1]。由相關(guān)物理學(xué)歷史，以故事的形式引出物理量、輻射定律及其物理意義。例如講到黑體輻射定律時(shí)先介紹幾位物理學(xué)家尤其是MaxPlanck，引申到德國的馬普學(xué)會(huì)。適當(dāng)介紹三大黑體輻射定律的歷史[2]，再總結(jié)定律的內(nèi)容和物理意義，說明其應(yīng)用價(jià)值。例如維恩位移定律，通過比較物體表面不同區(qū)域的顏色變化情況，來確定物體表面的溫度分布。應(yīng)用在森林火情和人體病變的監(jiān)測(cè)。在宇航、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事等方面應(yīng)用前景很好。

在教學(xué)過程中盡量將枯燥的理論與日常生活現(xiàn)象相結(jié)合，會(huì)讓學(xué)生有興趣聽并能從感性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為理性知識(shí)。例如介紹大氣輻射學(xué)在遙感科學(xué)中的應(yīng)用時(shí)會(huì)提到臭氧層空洞的遙感監(jiān)測(cè)，便可提及為什么療養(yǎng)院宜建在松樹林旁邊，雷雨過后空氣更清新？因?yàn)榭諝庵猩倭康某粞跤谐淖饔谩＿€可以問學(xué)生為保護(hù)青海長江源的楊欣為什么要留著滿臉的絡(luò)腮胡，楊欣稱這是為了擋住紫外線對(duì)皮膚的傷害。當(dāng)然，最重要的是希望學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)身邊的科學(xué)問題。

3 培養(yǎng)學(xué)生“以簡化繁”的思維模式

大氣輻射傳輸方程是課程的核心內(nèi)容[3，4，5]，所以是授課的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。舉例說明:入射輻射強(qiáng)度在大氣中傳播，通過的距離后變?yōu)?，如果我們能知道變化量的規(guī)律，就能定量描述不同波段的電磁波在大氣中的傳輸規(guī)律。那作為變化量要么增多、要么減少，增多了多少，又減少了多少，最后就是二者的綜合。為此我們說由減少的和增加的兩部分組成，即=+。分別分析這兩部分:是大氣吸收和單次散射作用使輻射強(qiáng)度在傳輸方向上的衰減。，其中負(fù)號(hào)代表衰減，稱為質(zhì)量消光截面，物理量單位是cm2g-1，描述單位質(zhì)量的介質(zhì)從入射輻射中截獲能量本領(lǐng)大小的物理量，是傳輸介質(zhì)的密度。同樣再分析，因介質(zhì)在傳輸方向上同波段輻射的發(fā)射和多次散射而造成的輻射增強(qiáng)。，稱為源函數(shù)系數(shù)，又稱為質(zhì)量發(fā)射系數(shù)，描述單位質(zhì)量的介質(zhì)向外放射輻射能量本領(lǐng)大小的物理量。為了保證等號(hào)左、右兩邊的物理含義相同，請(qǐng)同學(xué)們思考的物理量單位。由此可得最基本的輻射傳輸方程為:。在實(shí)際授課過程中，這部分內(nèi)容先粗后細(xì)，一邊講解一邊板書的授課方式。到此給學(xué)生思考幾分鐘，再繼續(xù)后面的數(shù)學(xué)過程，在此不累述。

這種分部分將復(fù)雜問題化為幾個(gè)簡單問題的思維方式是各學(xué)科常用的有效思維方式，教學(xué)中強(qiáng)調(diào)這種思維方式的重要性比公式的證明本身要有價(jià)值得多。

4 結(jié)語

作為高校一名年輕的專業(yè)課教師，不僅要有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論和一定的科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠把握本專業(yè)最新的科學(xué)成就和發(fā)展趨勢(shì)，還要努力學(xué)習(xí)教育心理學(xué)知識(shí)，了解學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的活動(dòng)規(guī)律。這對(duì)于提高教育教學(xué)效果是十分有利的。

從教學(xué)情況看，通過教學(xué)環(huán)節(jié)的精心設(shè)計(jì)與安排、認(rèn)真實(shí)施，既豐富了學(xué)生的知識(shí)面，提高了解決問題的能力，又取得了良好的教學(xué)效果，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出了很高的積極性與熱情，學(xué)習(xí)過程中主動(dòng)去圖書館及期刊網(wǎng)查閱資料，大部分學(xué)生反映學(xué)習(xí)的目標(biāo)性強(qiáng)了。

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