水文與水資源工程專業(yè)《氣象學》教學實踐與總結(jié)

陳要平+趙瑞君+許光泉

【摘要】《氣象學》是水文與水資源工程專業(yè)的核心課程，依據(jù)教學實踐，從教材與教輔書選用、課堂教學過程設(shè)計和實踐教學活動安排等三個方面，對課程的建設(shè)進行了討論。

【關(guān)鍵詞】氣象學 水文與水資源工程專業(yè) 教學實踐

【基金項目】安徽理工大學本科專業(yè)核心課程建設(shè)項目；安徽理工大學博士科研基金；大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201610361006）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）40-0225-02

《氣象學》是我校水文與水資源工程專業(yè)的七門核心課程之一，于2016年被列入學校首批本科專業(yè)核心課程建設(shè)名單。根據(jù)專業(yè)教學計劃，該課程被安排在大二學年的第二學期，總課時為48學時，其中：理論課40學時，實驗課8學時。課程教學內(nèi)容主要為大氣物理屬性、大氣動力學、天氣系統(tǒng)、天氣過程和氣候的形成與變化等，著重于從物理和數(shù)學推導(dǎo)的角度對天氣現(xiàn)象和天氣過程的發(fā)生機理進行研究。為取得良好的教學效果，更好地服務(wù)于專業(yè)培養(yǎng)目標，我們嘗試從以下幾個方面著手，開展了該課程的教學工作。其一，綜合安排課堂教學和實踐教學的內(nèi)容，使其各有側(cè)重，相互補充；其二，課堂教學注重聯(lián)系生活實際，培養(yǎng)學生的學習興趣，調(diào)動學生學習的積極性；其三，實踐教學注重聯(lián)系科研生產(chǎn)，與專業(yè)其他主干課程相銜接，學以致用。

一、教材和教輔書的選用

專業(yè)教材是教師組織授課內(nèi)容的主線，也是學生自學或課后復(fù)習的重要參考書籍。然而，如果教師僅僅依靠教科書來進行授課，一來會有按部就班、照本宣科之嫌，二來專業(yè)教材內(nèi)容的嚴肅性和理論性也往往使得課堂顯得沉悶和枯燥。

本課程選用了姜世中2010年主編、科學出版社出版的《氣象學與氣候?qū)W》作為主講教材，另外選用了Lutgens和Tarbuck合著的《氣象學與生活》、胡毅主編的《應(yīng)用氣象學》和Shelton著的《水文氣候?qū)W-視角與應(yīng)用》作為教輔書?！稓庀髮W與氣候?qū)W》分氣象篇、天氣篇和氣候篇等三個部分，對天氣現(xiàn)象和氣候形成與變化的機理進行分析和推導(dǎo)，體系清晰，內(nèi)容緊湊，具有較強的理論性和專業(yè)深度?！稓庀髮W與生活》與生活實際聯(lián)系緊密，圖表豐富，內(nèi)容深入淺出，并穿插了人們發(fā)現(xiàn)天氣現(xiàn)象形成原因的歷史進程和故事，將氣象科學的專業(yè)性和趣味性很好地融合在一起?！稇?yīng)用氣象學》側(cè)重于介紹氣象學與農(nóng)業(yè)、林業(yè)、能源、大氣污染、醫(yī)療、建筑和交通等方面的聯(lián)系，包含了很多應(yīng)用實例，與社會生產(chǎn)聯(lián)系緊密，具有很強的實用性。《水文氣候?qū)W-視角與應(yīng)用》著重于研究氣象與氣候系統(tǒng)在水文研究中的應(yīng)用，分析了氣候系統(tǒng)對陸地水循環(huán)和水平衡的影響，闡述了氣象學與土壤蒸散發(fā)、地表徑流、土壤截流和地下水補給等方面的聯(lián)系，其研究內(nèi)容和水文與水資源工程專業(yè)的培養(yǎng)目標有很強的相關(guān)性。因此，專業(yè)教材與教輔書的結(jié)合使用，既保證了課程教學內(nèi)容的體系完整和理論深度，又能充實授課內(nèi)容，開拓師生的知識面。

二、課堂教學設(shè)計

課堂教學過程的設(shè)計是組織好教學活動的關(guān)鍵。在教學活動中，教師往往居于主導(dǎo)地位，而學生的角色一般比較被動；然而，教學效果的好壞卻在很大程度上取決于學生的學習積極性和對課堂教學內(nèi)容的參與程度。因此，應(yīng)采取多樣化的教學方式，優(yōu)化課堂教學內(nèi)容，調(diào)節(jié)課堂節(jié)奏，提高學生的學習效率。

1.聯(lián)系生活實例，激發(fā)學習興趣

比如，在第一章第一節(jié)講解空氣的相對濕度和露點溫度時，如果單純的介紹一下二者的概念，則往往會讓學生覺得過于抽象而不易理解。但如果課堂由同學們的日常生活開始，比如先提出兩個問題：在炎熱的夏季，向一個空玻璃杯倒入冷飲后，為什么玻璃杯的外表面很快會出現(xiàn)一層水膜？在寒冷的冬季，向空氣中哈一口氣，能看到白色的霧痕，而在夏季時卻很難看到？結(jié)合這些問題，然后再對空氣中水汽凝結(jié)的相關(guān)概念和馬格努斯公式進行介紹，學生就容易理解這個知識點，并且會有較深的印象。又如，在第二章第二節(jié)講到大氣對太陽輻射的散射時，如果直接講解瑞利散射和米散射的概念和計算公式，則會顯得平鋪直敘和抽象。如果先提出幾個問題，如：為什么日常晴朗干凈的天空是藍色的，而空氣混濁的天空是灰白色的？為什么早晨和傍晚的太陽看起來是紅色的，而正午時是白色的？這些日常生活中的大氣現(xiàn)象，正是由于空氣中不同粒徑分子的散射作用而產(chǎn)生，但人們往往由于太司空見慣而未去探究其發(fā)生的機理。再比如，在第五章低緯度天氣系統(tǒng)中熱帶氣旋這一部分，可以讓學生先回顧一下自己的家鄉(xiāng)是否受到過臺風天氣的影響，一般發(fā)生在哪個季節(jié)和月份，臺風的路徑有什么特點，然后再去探討臺風形成的必要條件與消亡過程，就更容易激發(fā)學生的探究心理。

2.多媒體和板書相結(jié)合，多種方式展示教學內(nèi)容

氣象學雖與現(xiàn)實生活聯(lián)系緊密，但由于一些大氣現(xiàn)象的發(fā)生尺度太大、出現(xiàn)的頻率較低或者產(chǎn)生的機理比較抽象，往往在課堂上單靠教師的語言描述難以表達清楚。比如大氣環(huán)流、洋流、鋒面氣旋、熱帶氣旋和我國的雨帶推移等，發(fā)生尺度廣，影響范圍大；云的成因與分類、雨虹、寒潮、雷暴、冰雹和龍卷風等極端天氣，隨季節(jié)更替其發(fā)生的頻率有較大的變化，并且存在一定的區(qū)域性；而風的形成、降雨的伯杰龍過程與云滴的沖并增長、厄爾尼諾與拉尼娜現(xiàn)象等，其機理又相對抽象。這些知識點單靠教師使用語言描述或者板書作圖示意，很難達到理想的教學效果，如果通過搜集相關(guān)圖片、動畫、視頻材料等制作成多媒體課件進行呈現(xiàn)，則形象直觀，學生容易理解。此外，氣象學課程中有些章節(jié)如干濕空氣狀態(tài)方程、熱輻射的基本定律、太陽高度角的計算、大氣穩(wěn)定度的判別、拉普拉斯壓高公式、氣壓梯度力與地球自轉(zhuǎn)偏向力等，因涉及到大量的推導(dǎo)或者計算，為幫助學生掌握其推理和計算過程，則以板書授課的方式效果更好。

三、實踐教學安排

氣象學是一門實踐性很強的課程，如氣象儀器的使用、氣象參數(shù)的測定和氣象數(shù)據(jù)的整理分析等，學生只有在動手操作中才能得以掌握。校內(nèi)實驗教學的優(yōu)勢在于能夠充分利用學校的自有儀器設(shè)備，通過近距離觀察、甚或拆解重裝和反復(fù)操作，幫助學生熟練掌握儀器的構(gòu)造特征與使用方法。校外實習則有助于認識氣象觀測的新技術(shù)、新方法和氣象學知識在科研生產(chǎn)中的應(yīng)用，但實習往往以現(xiàn)場教師講解和參觀的方式進行，一般不允許學生隨意觸碰工作中的儀器設(shè)備。我校的實踐教學環(huán)節(jié)以校內(nèi)實驗和校外實習相結(jié)合的方式進行。endprint

實驗教學環(huán)節(jié)不可或缺。在一次校外氣象站的參觀活動結(jié)束后，有學生提出了一個看似簡單的問題：老師，翻斗式雨量計的內(nèi)部是如何工作的？盡管教師已經(jīng)在課堂上用圖片展示的形式向?qū)W生介紹了雨量計的結(jié)構(gòu)和工作原理，并且在氣象站進行了實地參觀，然而由于在開課之初部分實驗儀器尚未到位，學生沒有機會進行實際操作，因而對其結(jié)構(gòu)和工作原理并未真正的掌握。目前，利用不斷完善的實驗條件，我們開展了空氣溫度和日照的觀測，氣壓和風的觀測，空氣濕度、蒸發(fā)和降水的觀測，以及天氣圖的認讀等四個實驗項目，要求學生在實驗過程中重點掌握溫度計、濕度計、日照計、氣壓表、風速計、雨量計、蒸發(fā)器等基本氣象觀測儀器的結(jié)構(gòu)特征、工作原理和使用方法。

校外實習在教學計劃里沒有單列，我們借助于本專業(yè)的“水利工程認識實習”和“水文測驗實習”，分別建立了“六安市望城崗蒸發(fā)實驗站”、“壽縣國家氣候觀象臺”和“五道溝水文水資源實驗站”等三個實習基地。利用各站點的資源優(yōu)勢，分別開展針對性的實習內(nèi)容。在望城崗蒸發(fā)實驗站進行了風向風速、降雨、土壤蒸發(fā)、水面蒸發(fā)、溫度、濕度、日照、地溫等基本氣象參數(shù)的量測，在壽縣國家氣候觀象臺開展了氣象參數(shù)測定新技術(shù)、人工降雨技術(shù)、大氣成分探測、近地層通量、高空觀測、天氣預(yù)報、氣象防災(zāi)減災(zāi)和氣候變化預(yù)測預(yù)估等項目的認識實習，在五道溝水文水資源實驗站重點進行了土壤蒸散發(fā)、降水產(chǎn)匯流和水平衡等水文氣象方面的科研活動參觀。

四、總結(jié)

《氣象學》課程的教學目標是幫助學生認識天氣與氣候現(xiàn)象并理解其發(fā)生的機理，掌握氣象儀器的操作技能與氣象參數(shù)的量測與分析方法，并初步了解氣象學在水文學與水資源研究中的應(yīng)用。通過近幾年的教學實踐，作者從教材和教輔書的選用、課堂教學過程設(shè)計和實踐教學活動安排等幾個方面，提出了課程建設(shè)的建議，旨在提升課程的教學效果，更好地為專業(yè)的培養(yǎng)目標服務(wù)。

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