淺談《現(xiàn)代氣候?qū)W》課程建設(shè)及教學(xué)改革

胡定珠

摘要：氣候?qū)W雖然是一門有古老歷史的科學(xué)，但是現(xiàn)代氣候?qū)W實(shí)質(zhì)上已變成了許多學(xué)科邊沿上形成的綜合性學(xué)科。即現(xiàn)代氣候?qū)W不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為是研究大氣長(zhǎng)期狀態(tài)及其演變過程的科學(xué)，而應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是研究氣候系統(tǒng)大氣圈、水圈、冰雪圈、巖石圈和生物圈等五個(gè)圈層的狀態(tài)及其演變和相互作用過程的科學(xué)。作者通過系統(tǒng)介紹南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)科課程設(shè)置及內(nèi)容，結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)探討了該門課程在課程建設(shè)及教學(xué)改革中存在一些問題及可能措施。提高本課程的教學(xué)質(zhì)量有助于培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)代氣候?qū)W的科學(xué)素質(zhì)，讓學(xué)生在認(rèn)識(shí)大氣圈的同時(shí)，更了解它和其他圈層的相互作用及其對(duì)全球變化的影響，在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展學(xué)生的智力和創(chuàng)造能力，以更好地迎接南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院“雙一流”學(xué)科的更高要求和新的挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代氣候?qū)W；教學(xué)改革；課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）43-0134-03

一、引言

1972年聯(lián)合國(guó)大會(huì)上指出，世界正面臨空前規(guī)模的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)只有在各國(guó)密切合作下才能更好地解決。其中氣候問題就包含在這些挑戰(zhàn)之內(nèi)。1974年召開的聯(lián)合國(guó)糧食會(huì)議肯定了氣候在糧食生產(chǎn)上的重要作用。1977年聯(lián)合國(guó)水資源大會(huì)再次強(qiáng)調(diào)了認(rèn)識(shí)氣候變化及其在全世界供水用水問題上的重要性。隨后聯(lián)合國(guó)經(jīng)社委員會(huì)批準(zhǔn)了世界氣象組織關(guān)于建立世界氣候計(jì)劃的倡議。1979年，世界氣象組織召開了世界氣候大會(huì)并制訂世界氣候計(jì)劃（WCRP），這標(biāo)志著現(xiàn)代氣候?qū)W的興起。由此可見，當(dāng)前世界所面臨的各個(gè)緊迫問題，如：環(huán)境、能源、糧食等問題均與氣候有密切聯(lián)系，現(xiàn)代氣候?qū)W在這樣的國(guó)際背景下興起了。而且，科學(xué)研究已認(rèn)識(shí)到，氣候不僅對(duì)環(huán)境、能源、糧食等問題有巨大影響，氣候本身的研究也具有重要的意義。

隨著20世紀(jì)70年代氣候系統(tǒng)概念的提出，人們對(duì)氣候變化及其成因展開了深入研究。傳統(tǒng)氣候?qū)W認(rèn)為地面氣溫、降水量和氣壓是氣候的三要素。了解某地區(qū)這三要素的特點(diǎn)就等于認(rèn)識(shí)了該地區(qū)的氣候。經(jīng)過不斷完善，氣候系統(tǒng)的概念逐漸明確。研究表明，僅了解地面三要素對(duì)氣候形成的影響是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，世界海洋、陸地植被、陸地冰蓋、積雪、海冰甚至大氣化學(xué)成分在氣候形成中都起著重要作用。而且這些成員之間還存在復(fù)雜的相互作用和反饋。目前氣象學(xué)家已認(rèn)識(shí)到，氣候系統(tǒng)是由大氣圈、水圈、冰雪圈、巖石圈和生物圈等五個(gè)圈層組成，這五個(gè)子系統(tǒng)之間有著非常復(fù)雜的非線性聯(lián)系。其中，任何一個(gè)子系統(tǒng)變化，其他子系統(tǒng)都將發(fā)生相應(yīng)變化，并進(jìn)一步引起不同時(shí)間尺度和空間尺度的氣候變化。同時(shí)，這五個(gè)子系統(tǒng)之間的非線性相互作用也決定了氣候系統(tǒng)對(duì)外部強(qiáng)迫（如：太陽輻射變化，海溫）等的響應(yīng)方式。由此可見，深入理解氣候系統(tǒng)的五個(gè)圈層及之間的相互作用才能更好地了解現(xiàn)代氣候?qū)W，也會(huì)更有利于現(xiàn)代氣候?qū)W的發(fā)展。

21世紀(jì)以來，人類正面臨著人口、資源、環(huán)境等一系列全球性重大問題的挑戰(zhàn)，與現(xiàn)代科學(xué)向整體化、綜合化發(fā)展的趨勢(shì)相一致，地理學(xué)在長(zhǎng)期分化，強(qiáng)調(diào)部門地理的發(fā)展之后，重新又開始重視對(duì)其整體性的綜合研究。高校教育是為國(guó)家培養(yǎng)優(yōu)秀人才的重要途徑?，F(xiàn)代氣候?qū)W作為研究氣候變化的基礎(chǔ)課程，也是南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)氣候資源方向等專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一。該門課程的課程建設(shè)及教學(xué)改革對(duì)滿足新時(shí)期高等教育培養(yǎng)適應(yīng)21世紀(jì)需要的基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、能力強(qiáng)、高素質(zhì)人才的要求有重要實(shí)際意義。

二、課程內(nèi)容安排

《現(xiàn)代氣候?qū)W》是研究氣候變化的基礎(chǔ)課程，也是南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)氣候資源方向等專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一。為了貼合國(guó)際氣候變化形勢(shì)及各國(guó)政府和科學(xué)家對(duì)此問題的普遍關(guān)注，本世紀(jì)初，學(xué)校專門設(shè)置了《現(xiàn)代氣候?qū)W》這門課，旨在為大氣科學(xué)氣候資源方向等專業(yè)本科生系統(tǒng)講述氣候?qū)W的基礎(chǔ)理論、概念、原理、研究方法和知識(shí)，并闡述現(xiàn)代氣候?qū)W的發(fā)展概況、研究?jī)?nèi)容、研究方法以及研究成果，并介紹近年來國(guó)內(nèi)外氣候和氣候變化研究的最新進(jìn)展、成果和研究熱點(diǎn)與趨勢(shì)。該門課程開設(shè)于大三上學(xué)期，共3個(gè)學(xué)分，總課時(shí)為48個(gè)學(xué)時(shí)，教學(xué)時(shí)長(zhǎng)16周。南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院的這門課注重教授內(nèi)容尤其是知識(shí)體系的完整性、邏輯性和系統(tǒng)性，尤其是對(duì)教學(xué)大綱、教案編寫、課件設(shè)計(jì)等嚴(yán)格要求。

課程首先通過介紹氣候?qū)W的定義及發(fā)展歷史；現(xiàn)代氣候?qū)W的概念，包括氣候系統(tǒng)及其基本特性，要求掌握現(xiàn)代氣候?qū)W、氣候系統(tǒng)的概念及其主要過程和氣候的反饋性；熟悉氣候系統(tǒng)各組成部分的基本特性和各圈層之間的相互作用特點(diǎn)，并了解氣候?qū)W的發(fā)展歷史、現(xiàn)代氣候?qū)W和經(jīng)典氣候?qū)W的差異。隨后分章節(jié)介紹：（1）氣候系統(tǒng)的能量平衡問題，包括太陽輻射；地面輻射和大氣輻射；大氣中的輻射傳輸過程；氣候系統(tǒng)的輻射平衡；地-氣系統(tǒng)的熱量平衡；全球熱量平衡。（2）氣候系統(tǒng)的水分循環(huán)，包括氣候系統(tǒng)水循環(huán)的主要過程；地表水分收支；地氣系統(tǒng)的水分平衡。（3）大氣環(huán)流，包括大氣環(huán)流的形成；大氣環(huán)流的平均狀態(tài)；季風(fēng)的基本概念和形成原因；東亞季風(fēng)的基本特征；大氣遙相關(guān)和大氣濤動(dòng)等。（4）氣候系統(tǒng)中?！憽?dú)庀嗷プ饔?，主要介紹海、陸物理特性的差異；海洋對(duì)氣候的影響；熱帶海氣相互作用；陸面過程對(duì)氣候的作用；地形對(duì)氣候的影響；青藏高原對(duì)氣候的影響；冰雪對(duì)氣候變化的作用。（5）氣候變化及人類活動(dòng)在其中的作用。根據(jù)時(shí)間尺度劃分，介紹氣候變化定義及不同時(shí)期特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹人類活動(dòng)對(duì)氣候變化的影響及影響途徑。

通過這些內(nèi)容的介紹，以便學(xué)生能掌握大氣輻射相關(guān)的基本概念；理解大氣中的輻射傳輸過程、溫室效應(yīng)的基本原理和地面輻射平衡的概念；了解全球熱量平衡的含義。掌握氣候系統(tǒng)水循環(huán)的概念。掌握大氣環(huán)流形成因子；理解各在大氣環(huán)流形成的作用；熟悉大氣環(huán)流的基本特征；掌握季風(fēng)的基本概念和形成原因，東亞季風(fēng)的概念、基本特征和形成原因。掌握陸地表面所包括的主要物理過程及其對(duì)氣候作用的主要途徑；掌握氣候變化等基本概念以及人類活動(dòng)對(duì)其的影響。最終目標(biāo)是讓學(xué)生對(duì)氣候系統(tǒng)五大圈層的組成及其相互作用有一定的了解。

三、課程建設(shè)及教學(xué)改革措施

現(xiàn)代氣候?qū)W這門專業(yè)基礎(chǔ)課從它在大氣科學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)課程體系中的地位、取材、教學(xué)思想，直到各教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)改革之基本目的即提高本課程的教學(xué)質(zhì)量，都是致力于培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)代地理學(xué)的科學(xué)素質(zhì)。即從系統(tǒng)科學(xué)的角度來認(rèn)識(shí)和解決地理學(xué)問題，讓學(xué)生在認(rèn)識(shí)大氣圈的同時(shí)，更了解它和其他圈層的相互作用及其對(duì)全球變化的影響，認(rèn)識(shí)本專業(yè)基礎(chǔ)課在地球科學(xué)體系中的重要性，在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展學(xué)生的智力和創(chuàng)造能力，以迎接科技、社會(huì)發(fā)展的新挑戰(zhàn)。但目前該門課程的建設(shè)還存在一些問題，需要進(jìn)行一定程度的教學(xué)改革。根據(jù)近年來南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)專業(yè)在該課程方面的教學(xué)內(nèi)容集教學(xué)改革，結(jié)合我在具體教學(xué)過程中的感受，有以下幾點(diǎn)思考。

第一，該門課程內(nèi)容牽涉氣候系統(tǒng)中五大圈層的所有內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容多，信息量大。由于教學(xué)學(xué)時(shí)的縮減，本課程的實(shí)習(xí)時(shí)間較少，對(duì)目前該門課程的教學(xué)效果存在一定影響。要想將這門課講解清楚，一方面需要更多課時(shí)支持，另一方面教學(xué)進(jìn)度也比較難把握。在今后的教學(xué)過程中需不斷探索和改進(jìn)。

第二，現(xiàn)代氣候?qū)W發(fā)展迅猛，但一本教材從編寫到出版需要一定的時(shí)間，使用教材時(shí)離編寫的時(shí)間就更長(zhǎng)，所以存在現(xiàn)代氣候?qū)W授課所用教材相對(duì)落后于該領(lǐng)域的實(shí)際發(fā)展。在滯后的這段時(shí)間里，已有很多新的研究成果和科學(xué)問題涌現(xiàn)。這就要求授課老師在備課過程中查閱更多最新研究成果，實(shí)時(shí)掌握該學(xué)科發(fā)展前沿動(dòng)態(tài)，及時(shí)為學(xué)生補(bǔ)充新知識(shí)。例如：海氣相互作用部分中，近幾年新提出了有別于傳統(tǒng)ENSO的新的概念，稱為El Ni？觡o Modoki，但目前所用教材中并沒有此部分內(nèi)容的介紹，此時(shí)就需要授課教師將相關(guān)概念及進(jìn)展傳授給學(xué)生。

第三，教學(xué)方法改進(jìn)是加強(qiáng)課程建設(shè)，提供教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。授課老師不能單靠填鴨式講授方式來講解知識(shí)點(diǎn)，而應(yīng)采用靈活多樣的教學(xué)方法和手段進(jìn)行教學(xué)，比如：課堂討論、專題辯論等。教學(xué)方法的改進(jìn)旨在吸引學(xué)生的注意，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生單靠死記硬背去記住一些氣候常用概念，對(duì)該門課的理解和學(xué)習(xí)是沒有多大用處的。例如：在講解氣候變暖的時(shí)候，應(yīng)該舉例來說明我們常說的氣候變暖是有條件的。根據(jù)地球的氣候記錄，地球的氣溫在地質(zhì)時(shí)期有非常劇烈的變化，其變化幅度與現(xiàn)代氣溫值的距平在+5℃—-10℃之間。在950—615Ma（Ma：百萬年）之間的前寒武紀(jì)晚期和250Ma前的二疊紀(jì)是發(fā)生大規(guī)模冰川的時(shí)期；白堊紀(jì)氣溫達(dá)到暖期的頂峰，溫度比現(xiàn)在高出5℃左右；之后，約在2Ma以來至10ka（ka：千年）期間，地球經(jīng)歷了冰河時(shí)期，最低氣溫比現(xiàn)在平均氣溫低了將近10℃；自10ka以來，地球氣溫變化比較緩和，基本上在現(xiàn)代氣溫平均值附近擺動(dòng)。從世紀(jì)尺度來說，現(xiàn)代氣候是處于一個(gè)間冰期，歷史上有比現(xiàn)在氣溫高得多的時(shí)候。

第四，教學(xué)形式和手段也可以進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，有助于教學(xué)效果的提高。利用科學(xué)的思維方式引導(dǎo)學(xué)生積極思考，激發(fā)學(xué)生的求知欲，逐步形成科學(xué)的思維方法。比如：課堂以設(shè)置問題的方式開展，啟發(fā)學(xué)生一起思考，一起發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題，激發(fā)學(xué)生對(duì)氣候問題的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極些。甚至可以抽出一部分時(shí)間，給出科學(xué)問題，組織學(xué)生分組討論，各抒己見，從氣候系統(tǒng)的不同角度闡述對(duì)其的影響。例如：前面提到的El Ni？觡o Modoki的概念，可以選擇一兩篇最新經(jīng)典研究文獻(xiàn)給學(xué)生講解，并啟發(fā)式的安排學(xué)生自行查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并分組匯報(bào)結(jié)果。一方面可以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)興趣；另一方面也有助于學(xué)生科學(xué)研究素養(yǎng)的提高，學(xué)會(huì)查閱文獻(xiàn)、閱讀文獻(xiàn)、總結(jié)文獻(xiàn)。

第五，基于現(xiàn)代氣候?qū)W這門課所涉內(nèi)容甚廣，涉及研究方向眾多，有陸氣相互作用、海氣相互作用、輻射平衡、人類活動(dòng)等。

四、總結(jié)與討論

氣候?qū)W雖然是一門有古老歷史的科學(xué)，但是現(xiàn)代氣候?qū)W卻以嶄新的面貌出現(xiàn)在我們面前。首先，全球氣候系統(tǒng)取代了經(jīng)典的、狹隘的氣候概念。其次，氣候?qū)W的一些新的分支正在茁壯成長(zhǎng)；以現(xiàn)代觀測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)的氣候診斷研究愈來愈深入，氣候模擬已成氣候研究的重要組成部分，氣候預(yù)測(cè)業(yè)已提上議事日程。再者，氣候?qū)W從來也沒有像今天這樣與國(guó)家的建設(shè)和社會(huì)的發(fā)展息息相關(guān)。目前人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，氣候系統(tǒng)是由大氣圈、水圈、冰雪圈、巖石圈和生物圈等五個(gè)圈層組成，而且這五個(gè)子系統(tǒng)之間有著非常復(fù)雜的非線性聯(lián)系。其中，任何一個(gè)子系統(tǒng)變化，其他子系統(tǒng)都將發(fā)生相互影響的變化，進(jìn)而導(dǎo)致各種時(shí)間和空間尺度的氣候變化。

南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)科承擔(dān)著為全國(guó)科研院校和氣象、海洋、環(huán)境等部門培養(yǎng)人才的責(zé)任和重?fù)?dān)，尤其在我校大氣科學(xué)學(xué)院入選國(guó)家“雙一流”建設(shè)學(xué)科之后，對(duì)學(xué)生的綜合能力和教師隊(duì)伍的質(zhì)量和水平都有更高的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]高登義.氣候?qū)W：過去、現(xiàn)在與未來[J].自然雜志，2010，32（4）：208-212.

[2]華文劍，孫善磊.“現(xiàn)代氣候?qū)W”課程教學(xué)的思考[J].教育教學(xué)論壇，2015，（43）：201-202.

[2]余錦華.對(duì)氣象學(xué)與氣候?qū)W教學(xué)改革的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[J].科技信息：科學(xué)教研，2006，（4）：10-13.

[3]王紹武.從“氣候”到“全球氣候系統(tǒng)”概念的發(fā)展[J].氣象科技進(jìn)展，2011，01（3）：30-32.

[4]王紹武.當(dāng)代氣候?qū)W前沿[J].學(xué)科研究進(jìn)展，1992，（6）：24-26.

[5]張家誠(chéng).現(xiàn)代氣候?qū)W的興起[J].科技通報(bào)，1986，（3）：15-16.

Abstract：Climatology is a science with an ancient history，but modern climatology has actually become a comprehensive subject formed on the edge of many disciplines.That is，modern climatology is not simply a science to study the long-term state of the atmosphere and its evolution，but a study of the long-term state of the state，evolution and interaction between the hydrosphere，ice and snow，lithosphere and biosphere.The author introduces the course design and contents of atmospheric science at Nanjing University of Information Science and Technology （NUIST） systematically.Some problems in this course construction and some possible measures during teaching process based on the author's own teaching experiences in NUIST are also presented.Improving the quality of teaching in this course will contribute to the development of the scientific quality of modern geography among students，giving students a better understanding of the atmosphere and its interaction with other circles and its impact on global change.In order to meet the higher requirements and new challenges of "double first-class" subjects in the college of atmospheric science，NUIST，the students' intelligence and creativity should be developed in the specialized field.

Key words：modern climatology；teaching reform；curriculum construction