大氣科學(xué)專業(yè)“臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)”實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)構(gòu)想

王麗娟 江燕如 譚桂容

(南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210044)

大學(xué)教育需要調(diào)整教育教學(xué)理念，堅(jiān)持傳授知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題的能力，同時(shí)也要培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)社會(huì)的能力、創(chuàng)新發(fā)展的能力［1］。

實(shí)踐教學(xué)是提升學(xué)生能力的主要載體，是整個(gè)教學(xué)過程的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)教材又是搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)，是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和運(yùn)用理論處理實(shí)際問題、驗(yàn)證消化和鞏固基礎(chǔ)理論、獲得科學(xué)研究方法的教科書。因而，優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)教材是高質(zhì)量培養(yǎng)學(xué)生、切實(shí)提高學(xué)生創(chuàng)新能力的必要條件。

“臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)”是南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)專業(yè)學(xué)生必須要學(xué)習(xí)的一門專業(yè)實(shí)踐課程，主要內(nèi)容是利用多普勒雷達(dá)資料、衛(wèi)星云圖資料、自動(dòng)站資料、GPS、風(fēng)廓線、雷電等非常規(guī)資料及其融合、同化數(shù)據(jù)和數(shù)值模式數(shù)據(jù)等多源資料，在專業(yè)化業(yè)務(wù)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)平臺(tái)支持下，結(jié)合中國氣象局相關(guān)業(yè)務(wù)規(guī)范和規(guī)定，學(xué)習(xí)中尺度分析，進(jìn)行強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)、預(yù)警訓(xùn)練。準(zhǔn)確的強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)一直以來是預(yù)報(bào)員們面臨的最大難題之一，因此強(qiáng)對(duì)流天氣的形成、發(fā)展、移動(dòng)的機(jī)理也就成為氣象學(xué)家們的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。在編寫教材的過程中，為了適應(yīng)氣象臺(tái)站業(yè)務(wù)的需求和發(fā)展，要能夠引入當(dāng)前強(qiáng)對(duì)流天氣的最新研究成果，讓學(xué)生了解最前沿的科研動(dòng)態(tài)，推動(dòng)學(xué)生去思考、去創(chuàng)新。

1 “臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)”教材建設(shè)的背景

強(qiáng)對(duì)流天氣是可以對(duì)大自然和人類的生命、生產(chǎn)活動(dòng)造成嚴(yán)重災(zāi)害。短歷時(shí)強(qiáng)降水引發(fā)山洪、城市漬澇和地質(zhì)災(zāi)害已屢見不鮮。全國每年對(duì)流性(雷雨)大風(fēng)都造成人員傷亡和大量建筑物倒塌，每年冰雹給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重?fù)p失，對(duì)人畜安全構(gòu)成威脅;每年雷擊都造成人員傷亡。凡此種種，氣象防災(zāi)減災(zāi)迫切需要提高強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

鑒于大氣科學(xué)進(jìn)展及資料源的獲取等客觀因素，長(zhǎng)期以來，南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于天氣尺度的分析和預(yù)報(bào)(其他國內(nèi)高校亦然)?！爸行〕叨忍鞖鈩?dòng)力學(xué)”選修課程在本校大氣科學(xué)、大氣探測(cè)、應(yīng)用氣象等專業(yè)的本科教學(xué)中已開設(shè)數(shù)年，大氣科學(xué)專業(yè)還開設(shè)了“中小尺度數(shù)值模擬”。但與之相應(yīng)的有關(guān)中小尺度天氣分析和短臨預(yù)報(bào)的實(shí)踐課程一直空缺。而在過去的30年中，隨著氣象衛(wèi)星、電子計(jì)算機(jī)以及大氣遙感技術(shù)的興起，使得中小尺度氣象學(xué)得到了迅速的發(fā)展，無論在觀測(cè)事實(shí)、理論研究和預(yù)報(bào)方面都有了很大進(jìn)展，國內(nèi)外氣象部門紛紛開展了臨近預(yù)報(bào)和短時(shí)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)業(yè)務(wù)試驗(yàn)或業(yè)務(wù)工作，發(fā)布強(qiáng)天氣警報(bào)。中國氣象局已在其2010年發(fā)布的“現(xiàn)代天氣業(yè)務(wù)發(fā)展指導(dǎo)意見”中明確提出，天氣分析業(yè)務(wù)將以多種觀測(cè)資料和數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的綜合應(yīng)用為基礎(chǔ)，以MICAPS 系統(tǒng)為平臺(tái)，逐步從以天氣尺度分析為主的業(yè)務(wù)向天氣尺度與中尺度分析相結(jié)合的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換。

因此，近兩年來南京信息工程大氣科學(xué)學(xué)院及時(shí)調(diào)整了教學(xué)計(jì)劃，增加了集中性實(shí)踐課程“臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)”，以彌補(bǔ)當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)中存在的缺失，切實(shí)體現(xiàn)主動(dòng)服務(wù)氣象行業(yè)的專業(yè)特色。

在開展“臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)”這門課程的教學(xué)活動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，雖然國內(nèi)外研究強(qiáng)對(duì)流天氣的論文不少，涉及中尺度系統(tǒng)、強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)的書也有出版，但這些參考書的內(nèi)容對(duì)本科生而言偏多、偏難，以本科生目前的知識(shí)結(jié)構(gòu)尚不能很好地將書中的內(nèi)容理解、消化，因此學(xué)生很難從中提煉出重點(diǎn)、難點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時(shí)有畏難的心理，最終使得教學(xué)效果大打折扣。因此急需與該課程配套的適合本科生使用的教材［2］。

2 “臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)”教材的特點(diǎn)

作為教師和學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)依據(jù)的實(shí)驗(yàn)教材，必須具有指導(dǎo)教師如何“教”和啟發(fā)學(xué)生如何“學(xué)”的功能。因此，在編寫教材的過程中，應(yīng)圍繞教學(xué)目標(biāo)，針對(duì)具體的主題或要解決的實(shí)際問題，從學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探索的角度，為教師提供指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行方法學(xué)習(xí)、思維學(xué)習(xí)的案例，為學(xué)生提供各種解決問題的線索、方法。重視學(xué)生基于知識(shí)理解的學(xué)習(xí)能力、基于知識(shí)應(yīng)用的實(shí)踐能力、基于知識(shí)融合的創(chuàng)新能力的發(fā)展，依據(jù)國家氣象中心編制的“中尺度對(duì)流天氣的天氣圖分析技術(shù)指南”，綜合利用多源資料分析典型災(zāi)害性強(qiáng)天氣案例，并實(shí)踐模擬短臨預(yù)報(bào)。試圖建立以規(guī)范的中尺度分析思路為主線，引導(dǎo)學(xué)生深入分析剖析典型案例的各類常規(guī)、非常規(guī)的多源氣象資料，訓(xùn)練大氣科學(xué)專業(yè)本科生逐步建立災(zāi)害性強(qiáng)天氣分析思路，并進(jìn)行短臨預(yù)報(bào)模擬，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和業(yè)務(wù)水平。

3 “臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)”教材編寫應(yīng)注意的問題

3．1 基于全真模擬平臺(tái)，以學(xué)生為中心

本教材擬搜集篩選近年的典型強(qiáng)天氣個(gè)例資料，采取全真模擬省級(jí)氣象臺(tái)的短臨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)流程及分析思路，對(duì)典型強(qiáng)天氣個(gè)例進(jìn)行綜合分析與總結(jié)(過程概況、天氣背景、中小尺度系統(tǒng)、有關(guān)的各類物理量、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)資料分析)。進(jìn)行基于多種資料的天氣尺度［3—5］和中尺度主觀分析;進(jìn)行基于高空和地面資料的常規(guī)天氣尺度分析，特別是對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展有明顯指示意義的各種特征線、特殊區(qū)域、特征系統(tǒng)和物理量的分析;進(jìn)行基于中尺度觀測(cè)資料和精細(xì)數(shù)值分析預(yù)報(bào)產(chǎn)品的中尺度天氣分析;繪制反映中尺度天氣系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展特征及其環(huán)境特征的綜合分析圖。訓(xùn)練學(xué)生對(duì)中尺度系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)、要素配置和物理過程演變的認(rèn)識(shí)和理解，學(xué)習(xí)判斷災(zāi)害性天氣的種類、強(qiáng)度和落區(qū)。

本教材的應(yīng)用主體是大氣科學(xué)專業(yè)的本科生，針對(duì)學(xué)校的實(shí)踐教學(xué)資源條件，充分考慮業(yè)務(wù)部門對(duì)大學(xué)生培養(yǎng)的需求，因此，教材具有鮮明的院校特色。由于受年齡、閱歷、知識(shí)結(jié)構(gòu)等因素的影響，大學(xué)生個(gè)體之間的實(shí)踐能力水平有較大差異。因此，在編寫教材時(shí)，注重內(nèi)容難易程度的比例、注重不同地域的特色，注重個(gè)例選取的典型性，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

另外，本教材以滿足實(shí)踐教學(xué)為主，在實(shí)踐過程中，通過教學(xué)互動(dòng)，不斷反思、調(diào)整、改進(jìn)，再進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)踐，旨在提高實(shí)踐教學(xué)效果，具有鮮明的實(shí)踐性。

3．2 確保教材內(nèi)容的創(chuàng)新性

實(shí)踐教學(xué)是學(xué)校實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)人才目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，它對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，以及使學(xué)生成為一個(gè)復(fù)合型人才都具有特殊作用。此教材的編寫，旨在通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生建立臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)的思路的過程中，能夠展現(xiàn)最新科研成果、最新業(yè)務(wù)水平，瞄準(zhǔn)新原理、新技術(shù)、新方法、新資料，突出創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，須特別注重具有較新穎的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生在進(jìn)行基礎(chǔ)訓(xùn)練的同時(shí)，了解更多的新技術(shù)、新方法，為今后從事業(yè)務(wù)、科研打下基礎(chǔ)，同時(shí)，也有利于開拓學(xué)生的眼界。

采用虛擬仿真技術(shù)，將復(fù)雜的強(qiáng)對(duì)流天氣過程用多媒體技術(shù)生動(dòng)地展現(xiàn)在學(xué)生面前，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生利用多源資料對(duì)個(gè)例進(jìn)行分析，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變。這將有效地提高“臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)”課程的教學(xué)效果，有利于實(shí)現(xiàn)學(xué)校與工作單位的“無縫接軌”［6］。

3．3 確保教材的應(yīng)用價(jià)值

南京信息工程大學(xué)一直被譽(yù)為氣象工程師的搖籃。長(zhǎng)期以來，學(xué)校在培養(yǎng)大氣科學(xué)本科生的過程中突出“厚基礎(chǔ)、重實(shí)踐”的培養(yǎng)目標(biāo)。此教材的主要目標(biāo)就是強(qiáng)化將來從事天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)人員的對(duì)災(zāi)害性強(qiáng)天氣綜合分析能力和業(yè)務(wù)水平，可有效提高學(xué)生的工作技能，為學(xué)生順利走上氣象工作崗位打下較好的基礎(chǔ)，體現(xiàn)了“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)的指導(dǎo)思想，具有很強(qiáng)的實(shí)踐意義。本教材的編寫有助于學(xué)生做好預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)，由淺入深地理解、掌握課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)，打開學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不知所措、無從下手的局面，全面提高學(xué)生的實(shí)踐能力、提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

3．4 充分利用現(xiàn)有教學(xué)資源

本課程的教學(xué)活動(dòng)開展才剛剛起步，但已積累了不少素材。本著由淺入深、由易到難的原則，首先構(gòu)建與課程配套的、符合教學(xué)目標(biāo)的教材編寫方案，期望隨著教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的增多、個(gè)例庫的豐富、新資料和新技術(shù)的不斷發(fā)展，逐步完成教材的編寫，再通過幾輪教學(xué)活動(dòng)的開展，反復(fù)使用本教材，在實(shí)踐中不斷修訂、完善教材。

要想順利完成教材的編寫，必須要有身處教學(xué)一線的優(yōu)秀教師的參與。本教材編著者大多來自本校大氣科學(xué)學(xué)院臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，具有從事氣象學(xué)、氣候?qū)W及其他大氣科學(xué)類專業(yè)本科生天氣分析、天氣預(yù)報(bào)綜合實(shí)習(xí)、臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)課程的教學(xué)經(jīng)歷，大部分編者還有參加中國氣象局短期預(yù)報(bào)員培訓(xùn)以及全國新預(yù)報(bào)員培訓(xùn)的經(jīng)歷，對(duì)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)及氣象臺(tái)站臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)流程較為了解。

目前，依照課程教學(xué)大綱要求，在諸位教師的共同努力下，已初步篩選了近幾年來發(fā)生的典型強(qiáng)對(duì)流天氣過程個(gè)例，搜集了相關(guān)的常規(guī)探測(cè)資料、診斷分析資料、非常規(guī)新型探測(cè)資料等。這些都為編寫好“臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)”教材奠定了良好基礎(chǔ)。

3．5 設(shè)置“小技巧”

由于學(xué)生的個(gè)體差異較大，教材不能不照顧到一些學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生，在編寫教材時(shí)可在適當(dāng)?shù)奈恢们擅畹亟o出一些有針對(duì)性的提示和指導(dǎo)性的建議，幫助這部分學(xué)生少走彎路，引導(dǎo)他們較快地理解、消化知識(shí)點(diǎn)。此外，還可以在適當(dāng)位置插入一些思考題，便于引導(dǎo)學(xué)生在閱讀教材時(shí)積極思考，帶著問題去聽課，效果會(huì)事半功倍。

3．6 鼓勵(lì)學(xué)生參與教材編寫工作

教師編寫完教材文稿，只是標(biāo)志著已經(jīng)具備了成為教材的可能性，并不是真正意義上的教材，要真正成為現(xiàn)實(shí)的教材，必須經(jīng)由學(xué)生使用。學(xué)生是教材的主要服務(wù)對(duì)象［7］，他們的需求是教材編寫的方向，只有真正了解了學(xué)生的實(shí)際狀況、真正面對(duì)學(xué)生、把學(xué)生放在主體位置，才能做到有的放矢，取得預(yù)期的教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。讓學(xué)生參與到教材編寫工作中可以為我們提供教材編寫與參考建議;學(xué)生也可以參與探討和交流，使我們能從不同的視角與高度來完成教材的編寫;學(xué)生也能夠成為我們的得力助手，幫助我們完成發(fā)放調(diào)查問卷、整理數(shù)據(jù)、組織學(xué)生小組交流等工作。

人才實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)過程是復(fù)雜的，培養(yǎng)模式是多樣的。這是由于人才的智力、能力、興趣、特長(zhǎng)的發(fā)展具有復(fù)雜性和多樣性［8］。每個(gè)個(gè)體都具有在某一方面或幾方面的發(fā)展?jié)撡|(zhì)，讓學(xué)生參與教材編寫后，更有利于我們把握教材的難易程度，可以通過調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的難易程度去調(diào)節(jié)學(xué)生個(gè)體的差異，為不同發(fā)展特點(diǎn)的學(xué)生提供多樣的、適合自己的、感興趣的學(xué)習(xí)內(nèi)容，使每個(gè)學(xué)生都得到切實(shí)的收獲，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的最大化。

4 結(jié)語

編寫教材，是在先進(jìn)的教育教學(xué)理念指導(dǎo)下，為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要而不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的一個(gè)漸進(jìn)性過程。鑒于強(qiáng)對(duì)流天氣的形成是一個(gè)非常復(fù)雜的物理過程，就目前的預(yù)報(bào)方法和技術(shù)水平而言，對(duì)其進(jìn)行“定點(diǎn)、定時(shí)、定量”預(yù)報(bào)的難度相當(dāng)大。因此，在教材編寫的過程中，教師要根據(jù)具體的教學(xué)任務(wù)、學(xué)生特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際氣象臺(tái)站工作的需要，選擇合理的教學(xué)內(nèi)容，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生走近“臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)”，以此實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能的社會(huì)實(shí)用性人才的目標(biāo)。本文提出的一些觀點(diǎn)，只是一個(gè)初步的框架，很多細(xì)節(jié)還有待于進(jìn)一步完善。

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