《污染氣象與大氣環(huán)境探測實(shí)習(xí)》課程的教學(xué)探索

安俊琳 嚴(yán)家德 王巍巍

摘要：《污染氣象與大氣環(huán)境探測實(shí)習(xí)》是大氣科學(xué)相關(guān)專業(yè)本科生的重要實(shí)踐實(shí)習(xí)課程，本文總結(jié)的“精選課程內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)方法，加強(qiáng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)”的教學(xué)方法，加強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐能力，提高了學(xué)生興趣，提升了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：大氣環(huán)境；實(shí)踐實(shí)習(xí)；教學(xué)方法；教學(xué)團(tuán)隊(duì)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）01-0143-02

一、引言

本校針對于大氣物理、大氣環(huán)境等相關(guān)專業(yè)本科生設(shè)置了《污染氣象與大氣環(huán)境探測實(shí)習(xí)》課程，開設(shè)該課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握大氣環(huán)境研究中的幾種常用的環(huán)境要素探測方法，以適應(yīng)未來工作和學(xué)習(xí)的需要。該實(shí)習(xí)課程包括照相法測煙云擴(kuò)散、雙經(jīng)緯儀測高空風(fēng)、污染氣體監(jiān)測和大氣氣溶膠監(jiān)測四部分組成。照相法測煙云擴(kuò)散、雙經(jīng)緯儀測高空風(fēng)這兩部分主要是在《污染氣象學(xué)》和《邊界層氣象學(xué)》這兩門專業(yè)理論課程之后開展的實(shí)習(xí)教學(xué)。而污染氣體監(jiān)測和大氣氣溶膠監(jiān)測則是在《大氣化學(xué)》和《大氣氣溶膠》理論課程之后相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)課程。同時，在完成這些實(shí)驗(yàn)觀測資料處理時，學(xué)生需要用到之前學(xué)習(xí)過的統(tǒng)計(jì)和繪圖軟件，才能完成實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)報(bào)告。因此，該課程是一門實(shí)踐性和綜合性都很強(qiáng)的課程，如何將理論的學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合，達(dá)到滿意的教學(xué)效果尤為重要。筆者結(jié)合近幾年的教學(xué)和思考有如下幾點(diǎn)想法。

二、精選課程內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力

1.精簡課程內(nèi)容，精煉相關(guān)先行理論課程中已經(jīng)介紹過的內(nèi)容?！段廴練庀笈c大氣環(huán)境探測實(shí)習(xí)》這門實(shí)踐課程的知識點(diǎn)已在先行理論課中有詳細(xì)的闡述。如何讓學(xué)生既能銜接理論課程的知識點(diǎn)，又能重點(diǎn)掌握通過實(shí)驗(yàn)方法獲得理論計(jì)算所需的關(guān)鍵參數(shù)的方法是這門應(yīng)用課程的一個關(guān)鍵問題。比如在進(jìn)行“照相法測煙云擴(kuò)散”的教學(xué)中，大氣擴(kuò)散參數(shù)和煙云抬升高度這兩個概念在《污染氣象學(xué)》課程中有詳細(xì)的概念定義，[1]而在實(shí)踐課程中主要通過疊加多張煙云照片勾畫出輪廓線，用直尺測量出水平距離及相應(yīng)的煙云半寬度，換算成真實(shí)的尺寸，再利用計(jì)算公式求解大氣擴(kuò)散參數(shù)。這個過程中需要應(yīng)用Photoshop等軟件以及matlab、origin等編程語言。因此在本課程中不再對這些方法的基本概念進(jìn)行展開，而是重點(diǎn)講解這些概念和原理在實(shí)際外場實(shí)驗(yàn)中如何通過觀測手段獲得和實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生掌握怎樣利用不同觀測手段實(shí)現(xiàn)特征參數(shù)測量的方法。

2.突出重點(diǎn)問題，要在有限的課時中講解最實(shí)用、最廣泛的實(shí)驗(yàn)方法。大氣環(huán)境要素獲得的方法很多，包括多種經(jīng)典方法和現(xiàn)代集成方式。在本門課程教學(xué)中挑選當(dāng)前該領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的觀測技術(shù)方法。例如在“大氣氣溶膠監(jiān)測”中選取環(huán)境保護(hù)部門廣泛使用的β射線法的顆粒物監(jiān)測儀進(jìn)行使用，此監(jiān)測儀能夠?qū)崟r的測量大氣環(huán)境中的PM10，PM2.5和PM1.0顆粒物的濃度。該監(jiān)測儀采用了高靈敏度的光散射光度計(jì)，其輸出信號與完整的β衰減質(zhì)量傳感器的平均測量值不斷的參比，實(shí)現(xiàn)了長期的精密度和準(zhǔn)確度要求。監(jiān)測儀采用先進(jìn)的固件優(yōu)化濁度計(jì)信號連續(xù)的質(zhì)量校準(zhǔn)，保證測量的質(zhì)量濃度隨著顆粒物采樣始終獨(dú)立的變化。學(xué)生經(jīng)過實(shí)習(xí)課程的學(xué)習(xí)，能夠掌握該類型儀器的基本原理，具有獨(dú)立操作儀器的能力，為今后走上工作崗位提供了必要的基礎(chǔ)。

3.緊跟學(xué)科前沿，講授最新的科研成果。隨著科學(xué)研究的深入和工程技術(shù)水平的提高，以前的一些概念、定義可能會有一些變化，儀器的觀測方式也會向著更準(zhǔn)確、更集成使用方向發(fā)展，這就需要學(xué)生掌握越來越的知識和信息。[2]因此，這門課程除了要求學(xué)生掌握經(jīng)典的觀測方法以外，還需要了解一些最新提出的方法和技術(shù)。這都需要在課程講授過程中，教師不斷獲得當(dāng)今最新科研成果中的相關(guān)信息，不斷補(bǔ)充到課程講授中去，讓學(xué)生接觸最新的理論和技術(shù)。

三、優(yōu)化教學(xué)方法，提高學(xué)生興趣

1.由實(shí)際個例入手，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。無論是理論知識還是實(shí)驗(yàn)儀器的工作原理，其計(jì)算過程多為復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)以及觀測儀器枯燥難懂的設(shè)計(jì)流程。學(xué)生聽講感覺枯燥乏味，不知所云，提不起來上課的興趣。[3]本課程從社會關(guān)心的熱點(diǎn)環(huán)境問題入手，例如霧霾天氣，PM2.5等，讓學(xué)生帶著思考和問題和之前學(xué)過的理論課程相關(guān)內(nèi)容相聯(lián)系，從而極大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)能動性。例如在分析PM2.5濃度日變化規(guī)律時，和老百姓的晨練習(xí)慣相聯(lián)系，指出PM2.5濃度存在典型的早晚高，而午后低的變化特征。晨練時的高濃度PM2.5濃度不利于居民的身體健康。午后的4-5點(diǎn)在低PM2.5來源和較高大氣邊界層擴(kuò)散條件容易帶來適宜的空氣質(zhì)量。這樣通過課本聯(lián)系實(shí)際生活的方式，可以有效地提高學(xué)生的積極性和主觀能動性，達(dá)到事半功倍的效果。[4]

2.設(shè)置實(shí)驗(yàn)小組，令學(xué)生學(xué)會自我管理。本課程在進(jìn)行外場試驗(yàn)時，需要多個同學(xué)協(xié)同合作，相互配合才能完成。對于某一個同學(xué)而言，不可能完成龐大的綜合實(shí)驗(yàn)工作。因此，在完成理論部分講解之后，將學(xué)生分成若干實(shí)驗(yàn)小組，每組一般4-5人，每個實(shí)驗(yàn)小組針對某一方面的課程內(nèi)容展開試驗(yàn)設(shè)計(jì)，開展實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)整理、綜合分析和撰寫總結(jié)報(bào)告等工作。同時，每一個實(shí)驗(yàn)小組內(nèi)部，學(xué)生有共同的研究方向，但分工不同，每個人負(fù)責(zé)一塊工作內(nèi)容，并進(jìn)行相互交流。從而讓學(xué)生就一個實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)課題，深入了解其基本理論原理后，自己設(shè)計(jì)方案，分工開展工作，自我組織管理。

3.注重信息反饋，提高教學(xué)過程中學(xué)生參與比例。通過實(shí)習(xí)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生每次上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，都先安排本實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)相互批閱，指出其亮點(diǎn)之處和存在的不足。然后推選出各小組中撰寫最優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，各小組之間進(jìn)行點(diǎn)評。這種措施提高了學(xué)生的參與度，激發(fā)了學(xué)生的興趣，并且隨著學(xué)生之間的點(diǎn)評工作，使學(xué)生不光關(guān)注試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容，而且使學(xué)生對繪圖，總結(jié)文字等寫作細(xì)節(jié)有更加充分的比較和掌握，使繪圖和寫作效果更加符合科技文章寫作和大眾審美要求。

四、加強(qiáng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)是多名副教授，高級實(shí)驗(yàn)師，講師和實(shí)驗(yàn)師組成，其中4位成員具有博士學(xué)位，3位具有碩士學(xué)位。團(tuán)隊(duì)成員學(xué)緣結(jié)構(gòu)多元化，分別畢業(yè)于南京信息工程大學(xué)、北京師范大學(xué)、浙江理工大學(xué)和中國科學(xué)院大氣物理研究所等國內(nèi)著名高校和科研院所。專業(yè)結(jié)構(gòu)多樣化，教師專業(yè)分別是氣象學(xué)、大氣物理學(xué)與大氣環(huán)境、環(huán)境科學(xué)、測控技術(shù)與儀器和自然地理學(xué)等專業(yè)，具有專業(yè)交叉，優(yōu)勢互補(bǔ)的特點(diǎn)。教師研究領(lǐng)域包括空氣污染氣象學(xué)，氣溶膠化學(xué)，邊界層氣象學(xué)等。所有成員先后主持完成多項(xiàng)國家級和省部級科研項(xiàng)目，在國內(nèi)外有影響力的SCI期刊上先后發(fā)表多篇高質(zhì)量的學(xué)術(shù)論文。多名成員先后主持完成校內(nèi)外教學(xué)改革項(xiàng)目多項(xiàng)，包括江蘇省教材建設(shè)項(xiàng)目，南京信息工程大學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐項(xiàng)目，南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)與環(huán)境氣象實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)教材建設(shè)項(xiàng)目，南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)與氣象信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)項(xiàng)目和南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)類野外實(shí)習(xí)實(shí)踐項(xiàng)目，在教學(xué)課程建設(shè)，教材編寫，實(shí)踐課程教學(xué)和組織學(xué)生開展實(shí)踐實(shí)習(xí)等方面都積累了豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。課程團(tuán)隊(duì)還與相關(guān)學(xué)校專業(yè)授課老師經(jīng)常性展開教學(xué)探討，以拓展眼界，交流技法，相互發(fā)現(xiàn)講授中存在的問題，從而使教學(xué)效果日臻完善。為了建立規(guī)范的考核機(jī)制，在學(xué)校教學(xué)考核的規(guī)章制度基礎(chǔ)上，建立了適用于教學(xué)實(shí)踐課程的相應(yīng)管理和考評機(jī)制，這為課程管理的高效實(shí)施提供了支持和保障制度。正是這些措施和制度為課程團(tuán)隊(duì)在教學(xué)和研究上的發(fā)展和創(chuàng)新筑建了扎實(shí)的工作基礎(chǔ)和長久的發(fā)展?jié)摿Α＿@也促使了該實(shí)踐課程教學(xué)走向一個新的水平和階段。

五、結(jié)語

本文總結(jié)和歸納了筆者所在的實(shí)踐教學(xué)課程團(tuán)隊(duì)在多年中積累的經(jīng)驗(yàn)和體會，使得該課程的教學(xué)效果不斷提高。教學(xué)過程是教師和學(xué)生相互配合，相互提高的過程。教師在教學(xué)過程中精選課程內(nèi)容，從而加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力；不斷優(yōu)化教學(xué)方法，達(dá)到提高學(xué)生興趣的目的；此外加強(qiáng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，不斷提升教學(xué)效果。本文對《污染氣象與大氣環(huán)境探測實(shí)習(xí)》這門實(shí)踐實(shí)習(xí)課程的總結(jié)和整理，希望能為其他高校相關(guān)學(xué)科實(shí)踐教學(xué)提供些思路。

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