構(gòu)建立體化、開放性、創(chuàng)新型的大氣科學實驗教學體系的探索與實踐

王亦平

摘要：為了提高大氣科學實驗教學和管理水平，構(gòu)建新的教學體系和教學方法，合理地配置實驗教學設(shè)備，實現(xiàn)實習基地的開放與共享，文章從教學實驗室建設(shè)及其功能、實驗教學隊伍建設(shè)、實驗教學中心特色等方面，介紹了南京大學大氣科學實驗教學中心通過實驗教學中心的建設(shè)，在立體化、開放性、創(chuàng)新型等方面進行了積極的探索與實踐，取得了非常好的效果。

關(guān)鍵詞：立體化;創(chuàng)新型;大氣科學;實驗教學體系

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）37-0166-02

大氣科學是一門集觀測、分析和預(yù)報于一體的應(yīng)用型學科，其中實驗教學是一個非常重要的環(huán)節(jié)，它能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力，不僅能夠加強學生利用計算機模擬和預(yù)報天氣、氣候的基本技能，還能培養(yǎng)學生綜合分析和獨立科研的能力。為了適應(yīng)科學技術(shù)的迅猛發(fā)展和社會的需求，必須建設(shè)一流的大氣科學實驗中心，從而培養(yǎng)出高層次的研究型和創(chuàng)新型人才。近年來，南京大學大氣科學實驗中心在實驗室建設(shè)、教學理念、師資配置和教學模式等方面做出了卓有成效的探索，具體介紹如下。

一、教學實驗室建設(shè)及其功能

南京大學大氣科學實驗教學中心按照國內(nèi)外氣象業(yè)務(wù)部門的最新發(fā)展狀況，以建設(shè)國內(nèi)一流的大氣科學實驗教學中心為目標，在學校的大力支持下，利用“985”、“211”工程的經(jīng)費，購置了一批大型的重要儀器設(shè)備，建設(shè)了完善的實驗室硬件和軟件設(shè)施。

南京大學氣象臺是具有省級氣象臺功能的現(xiàn)代化天氣預(yù)報臺，是南京大學與中國氣象局局校合作，于2010年4月共建的。氣象臺由氣象信息采集與處理實驗室、遠程網(wǎng)絡(luò)視頻會商大廳、天氣圖分析實驗室和綜合分析與預(yù)報實驗室四個實驗室組成。氣象信息采集與處理實驗室具有Cmacast衛(wèi)星綜合衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收與處理系統(tǒng)，建立了局域網(wǎng)絡(luò)，并接入江蘇省氣象信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸和衛(wèi)星實時氣象信息的自動采集、自動處理和自動存儲。遠程網(wǎng)絡(luò)視頻會商大廳用于展示各種氣象信息，并可與江蘇省氣象臺進行視頻會商，學生可以收看中央氣象臺和江蘇省氣象臺的天氣會商，觀摩南大教授與省氣象臺專家對重大天氣過程的聯(lián)合會商，與江蘇省氣象臺預(yù)報員進行交流和咨詢，將實踐教學與科研結(jié)合，開闊學生視野，培養(yǎng)和訓練學生的創(chuàng)新思維，成為南京大學大氣科學學院的一個對外交流的窗口。天氣圖分析實驗室主要用于天氣學原理和天氣學實驗的教學，通過分析各類典型天氣個例，培養(yǎng)學生手工分析天氣圖的能力，對學生進行基本技能訓練。綜合分析與預(yù)報實驗室是計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學平臺，主要用于天氣分析與預(yù)報技術(shù)、氣象業(yè)務(wù)自動化和衛(wèi)星氣象等課程的實驗教學，利用MICAPS4.0系統(tǒng)，綜合分析各類氣象信息，實時天氣圖和各種數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，并做出天氣預(yù)報，培養(yǎng)學生綜合分析和應(yīng)用的技能。

地球大氣綜合探測基地由氣象常規(guī)探測實驗室、大氣邊界層實驗室、大氣化學實驗室和大氣環(huán)境監(jiān)測站組成。氣象常規(guī)探測實驗室主要為地球大氣綜合探測和大氣探測實驗等大氣基礎(chǔ)探測系列課程服務(wù)，開展氣象常規(guī)探測方面的教學與實驗，擁有天氣常規(guī)觀測儀，包括國家級全要素自動氣象站、百葉箱、低層探空儀和經(jīng)緯探風儀等設(shè)備，大氣邊界層探測實驗室主要為邊界層氣象和城市氣象等課程及其實習服務(wù)，目前已建成梯度觀測系統(tǒng)、地面通陽觀測系統(tǒng)、波動相關(guān)系統(tǒng)和低空大氣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。大氣化學實驗室和大氣環(huán)境觀測站主要用于大氣化學和空氣污染氣象學等課程的教學和實習，同時還可以用于研究地球大氣的組成及其變化，以及引起這些變化的物理化學過程，該實驗室擁有基本的大氣化學、大氣物理和大氣環(huán)境等要素的綜合觀測儀器。大氣遙感實驗室擁有先進的氣象衛(wèi)星和移動式C波段雙偏振多普勒雷達探測設(shè)備，為衛(wèi)星氣象學和雷達氣象學等相關(guān)課程提供了強有力的條件支撐，通過Cmacast系統(tǒng)，以及靜止和極軌氣象衛(wèi)星接收器實時接收各種氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)，在這里學生掌握了計算機處理遙感圖像的基本技能和方法，也培養(yǎng)了學生獨立分析和解決科學問題的能力。高性能計算和數(shù)值模擬實驗室用于計算方法、FORTRAN語言、C語言、數(shù)值天氣預(yù)報和氣象統(tǒng)計預(yù)報等課程的教學和實習。

二、實驗教學隊伍建設(shè)

實驗室合理的隊伍結(jié)構(gòu)中應(yīng)包括研究人員、技術(shù)人員和管理人員等?！?85”、“211”工程建設(shè)的基本都是國家級或省部級水平的實驗室，購置的是大型精密貴重儀器設(shè)備，不是一般的實驗員所能運轉(zhuǎn)起來的。若要使這些大型儀器設(shè)備在今后發(fā)揮效益，我們需要的是掌握新技術(shù)和先進儀器操作技能的高級技術(shù)人才。大氣科學實驗教學中心教師隊伍力量雄厚，擁有一支具有良好政治和業(yè)務(wù)素質(zhì)、結(jié)構(gòu)合理、相對穩(wěn)定的師資隊伍，目前共有專職教師35人，兼職教師12人，高級職稱比例為79%，博士學位獲得者有45人（占95%），院士2人，長江學者1人，杰出青年基金獲得者3人，實驗技術(shù)人員11人，為開展高水平的實驗教學提供了保證。

三、實驗教學中心特色

在“拓展基礎(chǔ)、強化實踐、注重創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)理念指導下，實驗教學中心強化“以學生為中心”的教學理念，提高大學生的實踐創(chuàng)新能力和發(fā)掘科研潛力，堅持知識傳授和能力培養(yǎng)并重，瞄準“培養(yǎng)高層次、研究型、創(chuàng)新性人才”這一目標，開展實踐教學，形成以下特色：（1）以“地球系統(tǒng)科學”思想為指導，優(yōu)化學科結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑大地學實踐教學平臺。（2）以培養(yǎng)學生科研實踐能力為核心，以提高綜合素質(zhì)為目標，建立穩(wěn)定的學生科研訓練機制，實現(xiàn)科研訓練的“常規(guī)化和個性化”。（3）大氣科學實驗教學示范中心強調(diào)“六位一體”的環(huán)節(jié)的結(jié)合，所謂的“六位一體”就是強調(diào)實驗課程、校內(nèi)實習、校外產(chǎn)學研基地實習、野外科考、科研訓練和社會實踐這六個方面的結(jié)合：①實驗課程。實驗教學中心為本科生開設(shè)了計算方法、天氣學實驗、計算機C語言、計算機FORTRAN語言、天氣預(yù)報生產(chǎn)實習、衛(wèi)星氣象學、衛(wèi)星遙感技術(shù)、統(tǒng)計預(yù)報、數(shù)值預(yù)報、高性能計算技術(shù)和數(shù)值模擬等十多門實驗教學課程。②校內(nèi)教研基地實習。每年暑期，組織二三年級的本科生在校內(nèi)氣象臺和氣象園等大氣探測基地開展天氣預(yù)報和大氣探測實習，進一步加深對課堂知識的理解，了解業(yè)務(wù)部門的需求。③校外產(chǎn)學研基地實習。實驗教學中心與江蘇、安徽、湖北、上海等八個省市的氣象局簽訂了產(chǎn)學研基地協(xié)議，每年選派20—30名三四年級的本科生進入校外產(chǎn)學研實習基地，通過具有豐富的業(yè)務(wù)工作經(jīng)驗的預(yù)報員的指導，有效地提高了學生的實際業(yè)務(wù)能力。④野外科考。野外科考主要針對二三年級的本科生，聯(lián)合地球科學學院、地理與海洋學院等院系，每年選派部分優(yōu)秀同學參加野外科考，通過實地科學考察和交流，培養(yǎng)學生的科學交叉和綜合實踐能力。近五年來，已組織參加了新疆天山地區(qū)、長白山地區(qū)、臺灣地區(qū)、貝加爾湖等七次大地學綜合科考，參與人數(shù)近50人。⑤科研訓練。長期以來，一貫重視本科生的科研訓練和能力培養(yǎng)，構(gòu)建了“暑期小論文+學術(shù)講座+本科生創(chuàng)新計劃+拔尖人才培養(yǎng)計劃+畢業(yè)論文”的科研訓練體系。按照“注重創(chuàng)新”的培養(yǎng)理念和創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，通過多種途徑，安排本科生開展早期科研訓練，由專職教師指導，著重培養(yǎng)實踐型和創(chuàng)新型人才。⑥社會實踐。每年暑假期間組織各種類型的社會實踐活動，并先后獲得“校優(yōu)秀社會實踐集體”、“校優(yōu)秀社會實踐團隊”、“校優(yōu)秀社會實踐個人”等稱號。（4）以“資源共享和開放”為教學理念，中心所有實驗室對本科生創(chuàng)新計劃、拔尖計劃、小論文計劃和畢業(yè)論文設(shè)計等全面開放。對地理、地質(zhì)和環(huán)境等學科開放，已經(jīng)成為地球科學資源共享的平臺。

四、結(jié)語

南京大學大氣科學實驗教學示范中心仍在不斷完善建設(shè)中，希望通過不斷探索與創(chuàng)新，促進與大氣相關(guān)的學科，包括地理、海洋、地質(zhì)、環(huán)境、電子、商業(yè)和人工智能等相關(guān)學科之間相互交叉融合，建立立體化、開放性和創(chuàng)新型的大氣科學綜合實驗教學體系，為國家培養(yǎng)更多高素質(zhì)的地球系統(tǒng)科學實踐人才。

參考文獻：

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Exploration and Practice about Building a Three-dimensional，Multi-level，Opening and Innovative Atmospheric Science Experimental Teaching System

WANG Yi-ping

（School of Atmospheric Sciences，Nanjing University，Nanjing，Jiangsu 210023，China）

Abstract：In order to improve the experimental teaching and management level of atmospheric science，a new teaching system and methods were constructed，experimental teaching equipment were configured rationally，practicing bases are opening and sharing.It were introduced about the active exploration of the atmospheric science experiment teaching center of Nanjing University in this paper，focusing on the construction of teaching labs and their functions，the construction of experimental teaching teams，as well as the characteristics of experimental teaching centers.Through the construction of the experimental and practical teaching center，several active exploration have been done at those aspects，including three-dimensional，opening，as well as innovative，several good effects were obtained.

Key words：three-dimensional;innovative;atmospheric science;experimental teaching system