一流大學(xué)背景下大氣科學(xué)專業(yè)課程改革探研

祝薇+郭麗青+黎偉標(biāo)

摘要：本文在中山大學(xué)教學(xué)改革專項基金的支持下，介紹了大氣科學(xué)核心專業(yè)課程之一的“雷達氣象學(xué)”課程創(chuàng)新改革探研情況，擬通過對課程改革建設(shè)成果的實踐分析，探索分析大氣科學(xué)學(xué)科專業(yè)課程改革的重點和難點。提出在大氣科學(xué)專業(yè)課程教學(xué)中，加入創(chuàng)新性實驗教學(xué)、開放性研究以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)節(jié)等平臺和教學(xué)手段，無論學(xué)生還是教者均受益，教學(xué)效果遠遠可超過單純專業(yè)理論教學(xué)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：一流大學(xué);大氣科學(xué);課程建設(shè)

我國一流大學(xué)對不同的一級學(xué)科人才培養(yǎng)有不同的具體規(guī)定和要求，如何進行課程改革培養(yǎng)拔尖人才是眾多學(xué)者研究的內(nèi)容。在我國氣象服務(wù)事業(yè)對一流人才迫切需要的大背景下，我們通過對中國氣象局發(fā)布的《氣象發(fā)展規(guī)劃（2011—2015年）》以及長期發(fā)展規(guī)劃的內(nèi)容解讀，對中山大學(xué)大氣科學(xué)專業(yè)核心課程之一的“雷達氣象學(xué)”課程建設(shè)進行研究，分析一流大學(xué)大氣科學(xué)專業(yè)課程改革的重點和難點，探索一流大學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的新途徑和方法。

“十一五”規(guī)劃期間，我國新建新一代天氣雷達73部，形成了由164部新一代天氣雷達組成的雷達觀測網(wǎng)，為天氣預(yù)報特別是災(zāi)害性天氣預(yù)警預(yù)報提供有效的服務(wù)。“十二五”規(guī)劃把天氣雷達工程作為我國積極推進建設(shè)的重點工程之一，要求天氣雷達觀測覆蓋率提高10%左右。[1]我國《氣象部門人才發(fā)展規(guī)劃（2013-2020年）》則明確我國目前是“一流裝備、一流技術(shù)、一流人才、一流臺站”四個一流的戰(zhàn)略目標(biāo)攻堅時期，尊重人才，堅持以用為本，把人才建設(shè)確定為氣象發(fā)展主要目標(biāo)之一。

本文在中山大學(xué)本科教學(xué)改革專項基金的支持下，圍繞一流人才培養(yǎng)的宗旨，介紹了專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法創(chuàng)新改革及優(yōu)化建設(shè)的情況以及取得的積極成果。

一、課程教學(xué)大綱設(shè)置及重點

（一）專業(yè)課程教學(xué)大綱改革的必要性

課程大綱是任課教師依據(jù)學(xué)科特點、社會需求以及教育部對學(xué)科的要求，編寫的能體現(xiàn)專業(yè)課程教學(xué)的計劃大綱，包括整體教學(xué)實施的目標(biāo)與基本要求、課程內(nèi)容以及課程實施的所需條件等。課程教學(xué)大綱有利于學(xué)生明白課程內(nèi)容以及老師對本課程教學(xué)工作的總體要求，引導(dǎo)學(xué)生樹立整體學(xué)習(xí)理念。教學(xué)大綱有利于學(xué)校主管部門對課程進行審核、管理和評價。課程大綱要求教師把握自己的教學(xué)工作，遵循教學(xué)工作的系統(tǒng)性、整體性和可預(yù)見性。學(xué)生從大綱能夠知曉整個課程的教學(xué)目的、要求和課程評價方法。根據(jù)中山大學(xué)教務(wù)處的要求，任課教師必須每年對教學(xué)大綱進行檢查更新，學(xué)校對此建立了完整的審核制度，專業(yè)課程教學(xué)大綱的定期修訂是必須進行的工作。

（二）專業(yè)課程教學(xué)大綱修訂的重點

大氣科學(xué)作為中山大學(xué)的一級學(xué)科，教學(xué)大綱的修訂須緊緊圍繞我國氣象事業(yè)的發(fā)展對人才培養(yǎng)的需求。所以，修訂重點在于如何切合我國氣象事業(yè)日新月異的發(fā)展步伐，達到學(xué)以致用的教學(xué)目標(biāo)。在內(nèi)容上，教學(xué)大綱除了考慮一般學(xué)生的需求外，還需注重拔尖學(xué)生在教學(xué)課程建設(shè)中的培養(yǎng)問題，如何根據(jù)個體差異因材施教，避免強求一律，如何開發(fā)優(yōu)秀學(xué)生的個性和創(chuàng)新能力以提升學(xué)生整體競爭能力，如何設(shè)計實驗項目及開放性研究學(xué)習(xí)，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新思維、自主開發(fā)、公開公平競爭。以拔尖帶動全局，統(tǒng)籌推進課程的協(xié)調(diào)發(fā)展，在教學(xué)手段上要進行如何的改革，在教學(xué)形式上要如何建設(shè)等，這些都是我們在修訂專業(yè)課程大綱時必須考慮的重點。

（三）“雷達氣象學(xué)”教學(xué)大綱修訂實例

我們在多年專業(yè)教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前我國氣象事業(yè)發(fā)展形式的要求，在2013年對“雷達氣象學(xué)”教學(xué)大綱進行了較全面的調(diào)整，將課程大綱由原來單純理論教學(xué)體系改革成為“1+1”（1學(xué)分理論，1學(xué)分實驗）課程體系，其中理論部分占18學(xué)時，實驗部分占36學(xué)時，共54學(xué)時。同時，網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)配合開展，使整個課程體系完整化、系統(tǒng)化。

實驗教學(xué)大綱建設(shè)部分，我們給學(xué)生量身設(shè)計實驗及研究性項目十余項，包括新一代多普勒雷達基數(shù)據(jù)讀取、雷達產(chǎn)品生成系統(tǒng)、雷達工作站終端的設(shè)置及相關(guān)操作、新一代雷達暴雨回波資料分析、新一代天氣雷達冰雹回波資料分析、新一代天氣雷達臺風(fēng)回波資料分析、雷達災(zāi)害性天氣綜合分析及預(yù)警預(yù)報、雷達資料質(zhì)量控制、雷達資料的同化、風(fēng)場反演等。實驗及開放性研究有必做項目也有自選項目，以使優(yōu)秀學(xué)生有自主創(chuàng)新的空間。指導(dǎo)學(xué)生獨立思考，培養(yǎng)獨立分析問題、解決問題的能力。此外，創(chuàng)建以討論組方式進行的研究性學(xué)習(xí)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)時無形中養(yǎng)成了團隊協(xié)作的學(xué)習(xí)討論氛圍。對實驗報告嚴(yán)格把關(guān)，要求以正式論文的形式完成實驗報告。

二、課程教學(xué)資源整合及難點

（一）課程教學(xué)資源整合的必要性

大氣科學(xué)專業(yè)由于其學(xué)科的獨特性，教學(xué)資源是專業(yè)課程建設(shè)的基礎(chǔ)和保障，專業(yè)實驗教學(xué)資源是專業(yè)課程資源的一部分。以中山大學(xué)為例，校內(nèi)有大氣探測實驗實習(xí)基地、氣象觀測場、氣象臺，校外大部分省市氣象局設(shè)有學(xué)校大氣科學(xué)實驗實習(xí)基地，它們均為學(xué)生實驗實習(xí)教學(xué)工作提供場地。目前，這四部分的教學(xué)資源未進行整合，分別進行實驗教學(xué)，這不僅使得有些實驗教學(xué)重復(fù)開展，而且造成實驗教學(xué)資源的浪費。整合專業(yè)課程實驗教學(xué)資源不僅可以提高教學(xué)效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且可以節(jié)約教學(xué)資源成本，因此整合實驗教學(xué)資源不僅有必要，且具有極其重要的意義。

（二）教學(xué)資源建設(shè)現(xiàn)狀及整合難點

?傳統(tǒng)教學(xué)資源建設(shè)模式的主要問題體現(xiàn)在：資源建設(shè)經(jīng)費不集中，難以形成規(guī)模效益;低水平重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象嚴(yán)重，資源質(zhì)量良莠不齊;優(yōu)質(zhì)資源共享不充分，受益范圍有限。[2]如何摒棄“教學(xué)資源僅靠教學(xué)單位自己建”的狹隘思想，融合教學(xué)資源整合理念，形成區(qū)域教學(xué)資源優(yōu)勢互補，大幅提高資源質(zhì)量和增加資源數(shù)量，促使學(xué)校與學(xué)校之間、學(xué)科與學(xué)科之間、學(xué)校與氣象局之間教學(xué)信息資源達到共享，促使優(yōu)質(zhì)教學(xué)信息資源在更大范圍內(nèi)的整合化是目前教學(xué)資源整合的難點。

（三）教學(xué)資源整合創(chuàng)新

?近幾年來，中山大學(xué)加大學(xué)科建設(shè)的投入，大氣科學(xué)本科教學(xué)資源建設(shè)經(jīng)費基本上由以下幾方面組成：學(xué)?！?85”人才培養(yǎng)計劃、教育部或省級教學(xué)示范中心建設(shè)、學(xué)校教改基金、精品課程建設(shè)、學(xué)校教學(xué)日常運行設(shè)備購置等?？傮w來看，下?lián)艿慕?jīng)費主要是用于重點教學(xué)項目的建設(shè)、新建課程建設(shè)、實驗教學(xué)中心以及本科教學(xué)平臺基本運行費用等，遠遠不能滿足大氣科學(xué)學(xué)科理想的專業(yè)課程建設(shè)需求。在如此需求經(jīng)費缺口較大的具體情況下，只能利用其他資源進行課程建設(shè)，比如學(xué)校資源整合、科研條件用于教學(xué)、與省市氣象局合作辦學(xué)、自制創(chuàng)新實驗教學(xué)設(shè)備等，均是解決的出路。多方資源整合是當(dāng)今及今后辦學(xué)之路。

以中山大學(xué)大氣科學(xué)實驗教學(xué)平臺為例，近三年，“985”三期人才培養(yǎng)建設(shè)投入近60萬，省教學(xué)實驗示范中心建設(shè)投入約25萬，主要用于對長期老化實驗教學(xué)設(shè)備進行更新升級以及實驗教學(xué)條件的改善。此外，中大與廣東省、市氣象局多方積極加強合作，共建共享教學(xué)資源平臺，完成了天氣業(yè)務(wù)信息共享平臺的建設(shè)、雷達數(shù)據(jù)庫、雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、終端顯示回放系統(tǒng)的建設(shè)。同時，通過接入中國移動10M氣象數(shù)據(jù)專線，學(xué)生可實時調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)進行天氣預(yù)報的實踐學(xué)習(xí)。此外，我們把教學(xué)資源開發(fā)與科研項目成果有機結(jié)合，使成果應(yīng)用于教學(xué)，讓有潛力有興趣的優(yōu)秀同學(xué)參與到課題組研究學(xué)習(xí)中。在理論和實驗教學(xué)中，我們把充分啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維放在首位，堅持培養(yǎng)引導(dǎo)、理論與實踐相結(jié)合，在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力，以此形成良性機制，提升教學(xué)效果。

三、課程教學(xué)體系創(chuàng)新改革

（一）理論教學(xué)改革

理論教學(xué)是必須的教學(xué)環(huán)節(jié)，課堂理論教學(xué)的學(xué)習(xí)和運用是影響課堂教學(xué)質(zhì)量的重要因素。其中，如何提高課堂教學(xué)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)積極性也是大家一直探討的重要課題。我們在理論教學(xué)改革中發(fā)現(xiàn)，把當(dāng)前氣象部門業(yè)務(wù)中常用的事例或?qū)嵗玫嚼碚摻虒W(xué)中，能收到不錯的效果。

例如“雷達氣象學(xué)”理論課程要求學(xué)生牢固掌握雷達的工作機理，氣象目標(biāo)對雷達電磁波的散射，大氣、云、降水粒子對雷達波的衰減，雷達氣象方程，超短波在大氣中的折射，雷達探測能力和準(zhǔn)確度，脈沖多普勒天氣雷達探測，多普勒天氣雷達回波的識別和分析方法等[3] 。我們在內(nèi)容上，增加充實了以2012年廣東省新一代雷達網(wǎng)探測的冰雹、臺風(fēng)、暴雨等全年災(zāi)害性天氣數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的雷達產(chǎn)品的深度學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，從產(chǎn)品的基數(shù)據(jù)到通過仿真回放系統(tǒng)對產(chǎn)品的生成，使學(xué)生能更直觀更科學(xué)地學(xué)到雷達回波分析知識。

（二）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)建設(shè)關(guān)鍵點

課程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)化是建設(shè)自主學(xué)習(xí)體系的重要支撐，是學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下學(xué)習(xí)的一種重要的學(xué)習(xí)資源。我們從長期的教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)出，一個成功的網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)平臺，關(guān)鍵點在于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模塊的設(shè)計，基本分為四大模塊：專業(yè)知識、網(wǎng)上教學(xué)、習(xí)題與解答、互動交流。其中，網(wǎng)上教學(xué)模塊又分為理論教學(xué)和實驗教學(xué)兩個分支。在專業(yè)知識模塊設(shè)計中應(yīng)既能讓學(xué)生可以隨時隨地下載學(xué)習(xí)資源，又能作盡可能詳盡的教學(xué)內(nèi)容指導(dǎo)。

在中山大學(xué)教學(xué)改革基金立項給予“雷達氣象學(xué)”課程網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的支持下，我們從網(wǎng)絡(luò)教學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計到內(nèi)容的選定，直至最后的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的搭建，實現(xiàn)以學(xué)生為中心，以應(yīng)用分析能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和大量新一代多普勒天氣雷達回波資料為支撐的多媒體教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)相結(jié)合的學(xué)習(xí)環(huán)境和體系的構(gòu)建，開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)課件，建設(shè)了網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)和作業(yè)系統(tǒng)，實現(xiàn)教學(xué)資源的整合，創(chuàng)建學(xué)生互教互學(xué)機制，建立科學(xué)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理系統(tǒng)，使學(xué)生學(xué)有所獲。新一代多普勒天氣雷達網(wǎng)絡(luò)平臺分為四大模塊，并另預(yù)留實驗?zāi)K以便進一步完善整個專業(yè)網(wǎng)絡(luò)課程體系。四大模塊為：理論知識、網(wǎng)上教學(xué)（主要著重于災(zāi)害性天氣回波資料分析，如臺風(fēng)、冰雹、龍卷、下?lián)舯┝?、雷暴等）、?xí)題與解答、學(xué)生互動交流。各模塊運用Fireworks、Photoshop、ACDSEE、Visio等軟件處理圖像和進行平面設(shè)計，利用Dreamweaver進行網(wǎng)頁設(shè)計，F(xiàn)lash進行動畫設(shè)計，設(shè)計出先進、專業(yè)、簡潔直觀、可操作性強、時尚的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程系統(tǒng)。本平臺對加強學(xué)生對災(zāi)害性天氣分析預(yù)報的能力培養(yǎng)，具有很強的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

（三）實驗及研究性學(xué)習(xí)建設(shè)

實驗教學(xué)部分是不可或缺的教學(xué)環(huán)節(jié)，而有效推進研究型教學(xué)是提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的發(fā)展趨勢。 培養(yǎng)一流人才，開展科研工作的宗旨在于發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造新知識，而培養(yǎng)創(chuàng)新型人才更離不開實驗教學(xué)。

中山大學(xué)對“雷達氣象學(xué)”課程建設(shè)增加了實驗教學(xué)，編寫了《新一代多普勒天氣雷達資料分析》實驗講義。講義一方面匯集了由廣東省新一代雷達監(jiān)測網(wǎng)對2012年全年冰雹、暴雨、臺風(fēng)等災(zāi)害性天氣現(xiàn)象雷達觀測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制后，得到的新一代天氣雷達基本數(shù)據(jù)產(chǎn)品、物理量產(chǎn)品、風(fēng)場反演產(chǎn)品、強天氣自動識別和跟蹤產(chǎn)品等27類、五十余張回波圖像，供學(xué)生實驗教學(xué)之用;另一方面匯集了新建實驗項目、開放性研究學(xué)習(xí)項目十余項，并要求以正式論文形式提交綜合實驗報告。

經(jīng)過近幾年的實踐，“雷達氣象學(xué)”課程考試一次通過率保持100%，優(yōu)秀率由原來的43%上升到79%，出勤率由原來的85%上升到95%以上。教學(xué)效果學(xué)生反映良好，學(xué)生通過創(chuàng)新教學(xué)實驗和研究性學(xué)習(xí)后，對研究學(xué)習(xí)產(chǎn)生了興趣。有的學(xué)生直接加入了老師的科研團隊，有的學(xué)生因而萌生了繼續(xù)深造的熱情，例如馬文倩同學(xué)被保送到清華大學(xué)，于威同學(xué)被保送到南京大學(xué)繼續(xù)碩博深造等。

四、結(jié)論

通過對一流大學(xué)大氣科學(xué)專業(yè)課程建設(shè)的探研，得出以下幾點結(jié)論：教學(xué)大綱修訂重點要緊跟我國氣象事業(yè)日新月異的發(fā)展對人才的要求，達到學(xué)以致用的教學(xué)目標(biāo);教學(xué)資源建設(shè)及整合難點的攻堅關(guān)鍵，在于提高教師隊伍業(yè)務(wù)整體水平，爭取課題負責(zé)人的支持和理解，使研究資源用于教學(xué)，實現(xiàn)學(xué)研互進機制、跨學(xué)科促進整合機制、省市氣象局與學(xué)校共同建設(shè)、學(xué)生創(chuàng)新研究等方面;理論教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、實驗教學(xué)和研究性學(xué)習(xí)，是培養(yǎng)現(xiàn)代化急需人才很好的教學(xué)方法和教學(xué)手段。我們注意到，專業(yè)理論課程教學(xué)加入實驗建設(shè)環(huán)節(jié)后，無論學(xué)生還是教者均受益，教學(xué)效果可遠遠超過單純理論教學(xué)。本文亦為兄弟院校的相關(guān)專業(yè)課程建設(shè)提供可借鑒的經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]中國氣象局. 氣象發(fā)展規(guī)劃（2011～2015年）[EB/OL]. http：//zwgk.cma.gov.cn/web/showsendinfo.jsp？id=4362.2011-12-07.

[2]楊文正.基礎(chǔ)教育信息資源優(yōu)化配置模式與機制研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2014.

[3] 張培昌等. 雷達氣象學(xué)[M].北京：氣象出版社， 2011.1-3.