《邊界層氣象學(xué)》課程教學(xué)改革實(shí)踐探討

姜海梅，王成剛

摘要：本文重點(diǎn)介紹了大氣科學(xué)專業(yè)主干課程《邊界層氣象學(xué)》課程教學(xué)改革的必要性，并在教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)，就該課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式提出相應(yīng)的教學(xué)改革措施以提高課程教學(xué)質(zhì)量，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：邊界層氣象學(xué)；教學(xué)改革；實(shí)踐探討

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）15-0036-02

邊界層氣象學(xué)是研究距離地面1～2公里，直接與下墊面發(fā)生相互作用的大氣層結(jié)內(nèi)各種物理過程的一門學(xué)科。它的發(fā)展與天氣、氣候以及大氣環(huán)境研究關(guān)系非常密切，是大氣科學(xué)的一個(gè)重要分支。近些年來邊界層氣象學(xué)研究也由此迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)，其內(nèi)涵和外延已經(jīng)發(fā)生了很大變化。應(yīng)對(duì)變化我們必須相應(yīng)地調(diào)整改革邊界層氣象學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式，才能切實(shí)提高邊界層氣象學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的優(yōu)秀人才。邊界層氣象學(xué)是大氣物理學(xué)與大氣環(huán)境、氣象學(xué)、大氣環(huán)境、應(yīng)用氣象等專業(yè)均開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程以基本統(tǒng)計(jì)方法、大氣物理學(xué)、動(dòng)力氣象和流體力學(xué)為先導(dǎo)，重點(diǎn)介紹邊界層氣象學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法，突顯出該門課程理論性強(qiáng)、實(shí)際應(yīng)用廣的特點(diǎn)。課程主要涵蓋邊界層氣象學(xué)導(dǎo)論、大氣湍流基礎(chǔ)、湍流控制方程組和湍流能量方程、近地層相似理論，以及中性邊界層、對(duì)流邊界層、穩(wěn)定邊界層、大氣擴(kuò)散基礎(chǔ)、大氣邊界層探測(cè)基礎(chǔ)等內(nèi)容。課程教學(xué)在強(qiáng)化邊界層湍流基礎(chǔ)、近地層相似理論兩大核心內(nèi)容的前提下，適當(dāng)刪減已過時(shí)和應(yīng)用較少的內(nèi)容，在學(xué)生可接受程度上增加應(yīng)用性和前沿性較強(qiáng)的內(nèi)容拓展學(xué)科的外延，在課程教學(xué)中引入介紹學(xué)科發(fā)展的熱點(diǎn)難點(diǎn)問題和未來發(fā)展方向。

綜上所述，隨著《邊界層氣象學(xué)》學(xué)科的發(fā)展和延伸，我們必須對(duì)該課程現(xiàn)有教學(xué)方式和內(nèi)容進(jìn)行改革。筆者是南京信息工程大學(xué)《邊界層氣象學(xué)》課程的授課教師，通過對(duì)該課程近3年的教學(xué)摸索，結(jié)合講授《邊界層氣象學(xué)》課程的教學(xué)實(shí)踐，認(rèn)為該課程的教學(xué)改革主要應(yīng)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式幾個(gè)方面入手進(jìn)行改革創(chuàng)新，以提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。

一、教學(xué)內(nèi)容的安排

1.教材選擇。教材選用與教學(xué)目的直接相關(guān)聯(lián)，必須根據(jù)學(xué)生專業(yè)方向和知識(shí)基礎(chǔ)選擇合適的教材，如此才能保證教學(xué)計(jì)劃的順利實(shí)施和教學(xué)任務(wù)的圓滿完成。目前，邊界層氣象學(xué)課程的教材主要有：Stull編著（楊長新譯）的《邊界層氣象學(xué)導(dǎo)論》（1991年，氣象出版社出版），Garratt編著的《The atmospheric boundary layer》（1992年，劍橋出版社出版），趙鳴編著的《大氣邊界層動(dòng)力學(xué)》（2006年，高等教育出版社出版）。其中《邊界層氣象學(xué)導(dǎo)論》是國內(nèi)高校邊界層氣象學(xué)課程廣泛使用的教材，我們也選用了該教材作為邊界層氣象學(xué)課程的主要參考書目。同時(shí)隨著大氣科學(xué)的發(fā)展，新理論和新成果不斷涌現(xiàn)出來，許多概念、知識(shí)都有了很大的發(fā)展，沿用上世紀(jì)90年代初編寫的教材已不能跟上該學(xué)科當(dāng)前發(fā)展形勢(shì)。此外，南京信息工程大學(xué)安排邊界層氣象學(xué)課程的學(xué)時(shí)數(shù)偏少（32學(xué)時(shí)）。

筆者在主要參考《邊界層氣象學(xué)導(dǎo)論》內(nèi)容的基礎(chǔ)上，適當(dāng)參考《大氣物理學(xué)》課本中大氣湍流和大氣邊界層部分的知識(shí)結(jié)構(gòu)安排課程內(nèi)容，適當(dāng)拓展大氣擴(kuò)散等與大氣環(huán)境專業(yè)學(xué)生科研和業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)比較密切的熱門內(nèi)容。在教學(xué)過程中，筆者結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)穿插介紹有關(guān)大氣污染擴(kuò)散等知識(shí)，發(fā)現(xiàn)該部分內(nèi)容既能豐富教學(xué)內(nèi)容，也能擴(kuò)寬學(xué)生的知識(shí)視野。其他基本教材作為學(xué)生課余學(xué)習(xí)時(shí)的輔助參考書，幫助學(xué)生完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，深化對(duì)邊界層氣象學(xué)的理解。

2.精選教學(xué)內(nèi)容。以大氣科學(xué)研究和業(yè)務(wù)應(yīng)用為目標(biāo)，以邊界層氣象學(xué)教學(xué)目的和課程內(nèi)在體系為依據(jù)，精選教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)、分散難點(diǎn)，擴(kuò)大涵蓋面。對(duì)于基本概念、理論、方法要加以充分講解，把教學(xué)內(nèi)容分為基本內(nèi)容、選講內(nèi)容和自學(xué)內(nèi)容?；緝?nèi)容包含邊界層氣象學(xué)學(xué)科方向所涉及到的基本理論與基本方法，選講內(nèi)容和自學(xué)內(nèi)容根據(jù)專業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)、學(xué)生接受能力和下一步學(xué)習(xí)需要來加以確定。同時(shí)注意在講解中突出重點(diǎn)難點(diǎn)，對(duì)大氣湍流基礎(chǔ)、湍流運(yùn)動(dòng)控制方程組和近地層相似理論等重點(diǎn)內(nèi)容要講深講透，難點(diǎn)內(nèi)容主要從提出問題、分析問題以及解決問題三方面入手，讓學(xué)生了解過程，理清思路，做到重點(diǎn)突出、難點(diǎn)分散、疑點(diǎn)講透。

二、教學(xué)方法的優(yōu)化改革

1.創(chuàng)新課堂教學(xué)方式和方法。教無定法。形式和手段的多樣化是課堂組織的一種創(chuàng)新。以培養(yǎng)學(xué)生思維能力和動(dòng)手能力為目的，在教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐基本相符的情況下，調(diào)整課堂的教學(xué)方式方法有助于高質(zhì)量完成教學(xué)任務(wù)并取得良好的教學(xué)效果。

過去課堂教學(xué)基本上是一言堂，師生互動(dòng)性不強(qiáng)。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與創(chuàng)造性，改變一統(tǒng)式的教學(xué)方式，筆者將教學(xué)內(nèi)容分為老師主講課、課堂練習(xí)、學(xué)生自學(xué)討論等部分。針對(duì)本課程屬于專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程理論部分較難以及物理公式較多的特點(diǎn)，在示講方式上采取以板書為主、PPT投影為輔的方式；在自學(xué)課與討論課環(huán)節(jié)，內(nèi)容要有針對(duì)性，在教學(xué)過程中積極組織、激發(fā)、誘導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生勤于思考、善于思考。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師起到引導(dǎo)、解疑、歸納的作用。這樣既可以在較短的時(shí)間內(nèi)消化大量的教學(xué)內(nèi)容，又可以調(diào)動(dòng)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，達(dá)到事半功倍的效果；充分利用現(xiàn)代教學(xué)手段，進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效率，授課過程中對(duì)復(fù)雜公式的推導(dǎo)采取板書和ppt演示相結(jié)合的方式，圖、表等內(nèi)容采用多媒體進(jìn)行教學(xué)，真正達(dá)到省時(shí)、清晰、易懂的效果。

2.分層次教學(xué)提高學(xué)習(xí)效率，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力，達(dá)到理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)這種理論性、應(yīng)用性強(qiáng)的課程，要使學(xué)生掌握知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)的能力得到培養(yǎng)和提高，可應(yīng)用四個(gè)層次漸進(jìn)教學(xué)。（1）夯實(shí)基礎(chǔ)，把基礎(chǔ)理論講透、講扎實(shí)，使學(xué)生基本概念清晰、基本理論明晰。（2）強(qiáng)化課堂練習(xí)，對(duì)于一些理論性應(yīng)用性較強(qiáng)的計(jì)算問題必須要學(xué)生熟練掌握，一方面可以幫助學(xué)生加深對(duì)理論的理解，實(shí)現(xiàn)第一層次的漸進(jìn)；另一方面可以通過學(xué)生自主編寫計(jì)算程序，提高解決實(shí)際問題的能力。（3）加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，在實(shí)踐中不斷深化理論。邊界層氣象學(xué)課程是一門理論和實(shí)踐并重的課程，課程中許多理論知識(shí)需要通過實(shí)踐去理解，課程設(shè)計(jì)和參觀實(shí)習(xí)可以達(dá)到理論結(jié)合實(shí)踐的教學(xué)目的。筆者充分發(fā)揮南京信息工程大學(xué)大氣探測(cè)基地的實(shí)驗(yàn)條件，在實(shí)踐教學(xué)中安排系留氣艇探空實(shí)驗(yàn)。通過觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生對(duì)邊界層的垂直結(jié)構(gòu)特征及其日變化規(guī)律有了更為深刻的理解。

三、考核方式的優(yōu)化

本門課程以往的考核方法，一般是將期末考試成績作為學(xué)生課程總評(píng)成績。這種考核方式也容易縱容學(xué)生“平時(shí)不燒香，臨時(shí)抱佛腳”的考前突擊現(xiàn)象。由此可見，這種傳統(tǒng)的考試方式不能真實(shí)地反映出邊界層氣象學(xué)課程的實(shí)際教學(xué)情況。筆者意識(shí)到這種考核方法的缺點(diǎn)，并就此對(duì)課程考核方式進(jìn)行一定的改良。筆者采用平時(shí)成績占40%、期末測(cè)評(píng)占60%的方式，科學(xué)合理地給出學(xué)生的課程總評(píng)成績。平時(shí)成績主要包括學(xué)生作業(yè)完成情況、課堂教與學(xué)互動(dòng)表現(xiàn)和實(shí)習(xí)完成情況。教學(xué)過程中針對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，合理安排課后作業(yè)，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考認(rèn)真完成，并及時(shí)批閱。課堂教學(xué)互動(dòng)情況主要考評(píng)平時(shí)教學(xué)過程中學(xué)生參與問題討論、回答提問以及聽課情況，并在教學(xué)過程中及時(shí)記錄。實(shí)習(xí)完成情況主要考評(píng)學(xué)生獨(dú)立思考解決問題的態(tài)度和能力，并對(duì)抄襲他人實(shí)習(xí)作業(yè)等現(xiàn)象予以嚴(yán)厲處分。對(duì)于在整個(gè)教學(xué)過程中以上表現(xiàn)均較為突出的學(xué)生，應(yīng)盡量提高其平時(shí)成績以鼓勵(lì)隨堂學(xué)習(xí)的積極性。

四、總結(jié)

大氣科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科的教學(xué)與實(shí)踐還存在有待探討改進(jìn)的空間，《邊界層氣象學(xué)》課程的教學(xué)工作更是如此。因此，積極進(jìn)行大氣科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)與實(shí)踐的改革研究，不僅對(duì)本校大氣科學(xué)專業(yè)的教學(xué)具有指導(dǎo)意義，對(duì)于全國大氣科學(xué)專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)也會(huì)起到一定的推動(dòng)作用。

《邊界層氣象學(xué)》課程經(jīng)過上述一系列的教學(xué)實(shí)踐，通過對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行改良，使得學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程的主動(dòng)性明顯增長，對(duì)課程知識(shí)的掌握程度也有顯著提高，并且有效地鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，基本上取得了預(yù)期的教學(xué)目的和效果。

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作者簡介：姜海梅（1982-），女，江蘇省海安人，博士，講師，研究方向：大氣邊界層物理與大氣湍流、地氣系統(tǒng)通量交換。