《海洋氣象學(xué)》課程教學(xué)實踐探索

王磊 彭旭鋼 陳柏洋

摘? 要：《海洋氣象學(xué)》是為海洋科學(xué)專業(yè)本科生開設(shè)的一門專業(yè)選修課程，課程的教學(xué)任務(wù)主要是讓學(xué)生掌握海洋氣象學(xué)的基礎(chǔ)知識和基本理論。文章從作者近年來的教學(xué)實踐出發(fā)，闡述了有關(guān)《海洋氣象學(xué)》課程的教學(xué)實踐經(jīng)驗，總結(jié)了在課程的內(nèi)容設(shè)計和安排、教學(xué)形式的組織、學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)興趣的提升等方面的具體措施。希望文章對這些具體教學(xué)實踐經(jīng)驗的總結(jié)能夠促進《海洋氣象學(xué)》課程的教學(xué)改革，不斷提高海洋科學(xué)專業(yè)復(fù)合型人才的培養(yǎng)質(zhì)量，從而可以更好地滿足國家在海洋科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中對復(fù)合型專業(yè)人才的迫切需求。

關(guān)鍵詞：海洋氣象學(xué);教學(xué)實踐;海洋科學(xué);課程改革;大氣科學(xué)

Abstract： "Marine Meteorology" is a professional elective course for undergraduates majoring in marine science. The teaching task of the course is mainly to let students master the basic knowledge and basic theories of marine meteorology. The establishment of the course is a need to train the combined talents of marine science and atmospheric science. Based on the author's teaching practice in recent years， this article expounds the teaching practice experience of the "Marine Meteorology" course， and summarizes the specific measures in the design and arrangement of the learning content of the course， the organization of teaching forms， the improvement of students' learning quality and interest， etc. It is hoped that the summary of these specific teaching and practical experiences in this article can promote the teaching reform of the course， and continuously improve the training quality of compound talents in marine science， so as to better meet the urgent needs of the state for compound talents in the development process of marine science and technology.

Keywords： marine meteorology; teaching practice; marine science; curriculum reform; atmospheric science

本文總結(jié)了作者近年來在《海洋氣象學(xué)》課程教學(xué)中的實踐經(jīng)驗，希望能夠推動和促進該課程的教學(xué)改革，不斷提升該課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

一、《海洋氣象學(xué)》課程簡介

《海洋氣象學(xué)》課程是廣東海洋大學(xué)海洋與氣象學(xué)院開設(shè)的一門海洋科學(xué)專業(yè)拓展課程，海洋科學(xué)和大氣科學(xué)是關(guān)系密切的姊妹學(xué)科，海洋大氣專業(yè)復(fù)合型人才的培養(yǎng)需要學(xué)生同時具備海洋科學(xué)和大氣科學(xué)方面的專業(yè)知識基礎(chǔ)。海洋科學(xué)專業(yè)的本科生學(xué)生需要同時具備一定的大氣科學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，這也是我們長期在海洋科學(xué)人才培養(yǎng)過程中逐漸形成的共識。在科技快速發(fā)展和學(xué)科交叉融合更緊密的新時代，具有跨學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)的海洋大氣專業(yè)復(fù)合型人才更加符合新時代社會對專業(yè)人才的要求。海洋氣象學(xué)是大氣科學(xué)和海洋科學(xué)共同研究的領(lǐng)域，具有能夠?qū)⒑Ｑ罂茖W(xué)和大氣科學(xué)很好地交叉融合的特點。因此，《海洋氣象學(xué)》課程可以促進海洋大氣專業(yè)復(fù)合型人才的培養(yǎng)，使海洋科學(xué)專業(yè)的學(xué)生通過學(xué)習(xí)本課程掌握大氣科學(xué)方面的一些專業(yè)基礎(chǔ)知識。《海洋氣象學(xué)》課程的教育改革也可以提高我們對同時具備海洋科學(xué)和大氣科學(xué)專業(yè)知識背景的專業(yè)復(fù)合型人才的培養(yǎng)水平。[2-4]

二、《海洋氣象學(xué)》課程教學(xué)思考與改革實踐

為了提高《海洋氣象學(xué)》課程的教學(xué)效果，作者在課程的內(nèi)容設(shè)計和安排、教學(xué)形式的組織、學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)興趣的提升等方面采取了以下的一些具體措施。

（一）不斷完善和系統(tǒng)化課程的教學(xué)內(nèi)容

在實際教學(xué)過程中，融合了多本相關(guān)教材在內(nèi)容設(shè)置方面的優(yōu)點和長處，積極促進課程教學(xué)內(nèi)容的不斷完善和系統(tǒng)化。課程的主要教學(xué)內(nèi)容分為四大板塊：海洋氣象要素和氣象學(xué)基礎(chǔ)知識、天氣系統(tǒng)及其天氣特征、海洋氣象災(zāi)害、海洋與氣候變化。在教學(xué)過程中，重視對基本物理概念和物理現(xiàn)象的講授，加強學(xué)生對海洋氣象學(xué)方面的基本概念的理解和掌握。低年級本科生課程的教學(xué)更要注重對學(xué)生基本物理概念的培養(yǎng)，只有在這些方面將學(xué)生的基礎(chǔ)打牢固，才能夠在未來的其他課程中進行更深入的專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。

在海洋氣象要素和氣象學(xué)基礎(chǔ)知識部分，安排的教學(xué)內(nèi)容主要包括：大氣概況和大氣層結(jié)、大氣成分及其天氣和氣候效應(yīng)、基本的氣象要素（氣溫、氣壓、風(fēng)、大氣環(huán)流、大氣濕度、垂直運動和穩(wěn)定度、云和降水、霧和能見度、海流和海溫等）。在教學(xué)過程中，對這些內(nèi)容所涉及的一些基本物理過程和物理概念進行更重點的講解。例如，在氣溫部分會涉及到影響大氣增熱和冷卻的物理方式，包含熱傳導(dǎo)、輻射、對流、平流、湍流等一些最基本的物理概念。結(jié)合概念示意圖和日常生活常識等方式，幫助學(xué)生更好地理解這些基本的物理過程。在風(fēng)和大氣環(huán)流部分，首先讓學(xué)生自己思考是什么因素驅(qū)動了大氣的運動而產(chǎn)生了風(fēng)，在課堂上面先讓同學(xué)們討論和闡述了自己對這一問題的理解。然后再從高中物理基本動力學(xué)理論出發(fā)引出了驅(qū)動大氣運動的主要作用力，并引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)大尺度大氣運動的特點和規(guī)律，在此基礎(chǔ)上總結(jié)出風(fēng)壓定律等基礎(chǔ)專業(yè)知識。對比和分析了不同的風(fēng)運動的理想簡化模型：地轉(zhuǎn)風(fēng)、梯度風(fēng)、旋衡風(fēng)等。在大氣環(huán)流方面，首先結(jié)合日常生活常識，給出了大氣熱力環(huán)流原理，闡明了很多日常常見的大氣環(huán)流現(xiàn)象（例如季風(fēng)、海陸風(fēng)、山谷風(fēng)等）都可以滿足大氣熱力環(huán)流原理。注意引導(dǎo)學(xué)生理解大氣三圈環(huán)流結(jié)構(gòu)與大氣行星風(fēng)帶和氣壓之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生認識到大氣行星風(fēng)帶和氣壓帶隨緯度的帶狀分布結(jié)構(gòu)是與大氣基本的三圈環(huán)流結(jié)構(gòu)密不可分的。在氣壓部分，注重強調(diào)了四種典型的氣壓系統(tǒng)（暖性低壓、冷性低壓、暖性高壓和冷性高壓）在垂直結(jié)構(gòu)演變方面的差異。在大氣濕度部分，主要講授了各種表征大氣濕度的基本概念（絕對濕度、相對濕度、水氣壓、露點、露點-溫度差等）。引導(dǎo)學(xué)生理解大氣穩(wěn)定度的概念、分類和判別依據(jù)。結(jié)合各種云的圖片，幫助學(xué)生掌握不同云的類型分類及其主要特征。

在天氣系統(tǒng)及其天氣特征，首先從氣團和鋒面的基本概念出發(fā)，然后逐步介紹各種主要典型的天氣系統(tǒng)（熱帶氣旋、溫帶氣旋、熱帶云團、東風(fēng)波、副熱帶高壓、寒潮和冷高壓、阻塞高壓和切斷低壓、雷暴和龍卷等），最后介紹了有關(guān)天氣圖和天氣預(yù)報方面相關(guān)的基礎(chǔ)知識。重點講授不同鋒面類型（暖鋒、冷鋒、準靜止鋒和錮囚鋒）所對應(yīng)的典型天氣特征。分析和對比兩種重要的氣旋系統(tǒng)（熱帶氣旋和溫帶氣旋）的異同，幫助學(xué)生更好地理解兩類氣旋產(chǎn)生的不同能量來源，這種能量來源的差異決定兩類氣旋在生成的海陸性質(zhì)和季節(jié)分布的差異。引導(dǎo)學(xué)生理解不同氣壓系統(tǒng)（副熱帶高壓、冷高壓、阻塞高壓和切斷低壓等）的冷暖屬性及其垂直結(jié)構(gòu)的差異。結(jié)合日常生活常識，幫助學(xué)生認識西北太平洋副熱帶高壓對我國降雨帶分布、夏季高溫天氣和臺風(fēng)移動路徑等方面的重要影響。

在海洋氣象災(zāi)害部分，主要介紹了各種主要的海洋氣象災(zāi)害和防災(zāi)減災(zāi)方面的內(nèi)容。海洋氣象災(zāi)害是由氣象因素引起的海洋災(zāi)害，主要包括風(fēng)暴潮、海上大風(fēng)、海霧、海冰、海浪、臺風(fēng)、海嘯、海水入侵等。在我國沿海省份海洋經(jīng)濟的飛速發(fā)展情況下，海洋氣象災(zāi)害所引起的損失也是隨之快速增加，海洋氣象保障和海洋災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)的重要性也變得更加凸顯。在這部分內(nèi)容的教學(xué)中，有參考《海洋氣象災(zāi)害》（許小峰等主編）一書當中的相關(guān)內(nèi)容。并且，注重與具體的海洋氣象災(zāi)害實例相結(jié)合。例如2006年，珠江三角洲地區(qū)受到了咸潮和海水入侵的顯著影響。由于2015年入秋以來，珠江流域降水量減少，上游來水量銳減，在天文大潮時期咸潮上涌，直接影響到珠江三角洲地區(qū)城市的供水。通過結(jié)合這些海洋氣象災(zāi)害的具體實例，讓學(xué)生認識到海洋氣象災(zāi)害可能帶來的嚴重災(zāi)害損失，以及學(xué)習(xí)海洋氣象方面的專業(yè)知識在防災(zāi)減災(zāi)方面的重要實際應(yīng)用和現(xiàn)實意義。

在海洋與氣候變化部分，主要講授了海洋在氣候系統(tǒng)和氣候變化中的作用、在全球變暖背景下海洋環(huán)境發(fā)生的改變、氣候系統(tǒng)的反饋過程以及不同時間尺度的氣候變異過程等方面的內(nèi)容。全球變暖和氣候變化是全世界關(guān)注的熱點問題，這些全球性的環(huán)境問題愈來愈引起世界各國政府和人民的關(guān)注與重視。通過該部分內(nèi)容的教學(xué)，讓學(xué)生理解海洋在全球氣候變化當中的重要作用。講授了冰雪反照率反饋、水汽反饋、云反饋等氣候系統(tǒng)反饋過程。幫助學(xué)生認識不同時間尺度的氣候變異過程，包括季節(jié)內(nèi)尺度、季節(jié)尺度、年際尺度和年代際尺度等，初步了解MJO、ENSO、IOD、PDO、AMO等主要的氣候現(xiàn)象。

（二）不斷豐富和改進教學(xué)組織形式

在課堂教學(xué)中，增加了學(xué)生的參與互動和課堂討論的比重。注重培養(yǎng)學(xué)生的問題分析和邏輯思維能力，逐漸改變學(xué)生僅僅是在被動接受知識灌輸?shù)恼n堂授課模式。例如，在海洋與氣候變化部分的教學(xué)中，首先提出三個相關(guān)的問題讓學(xué)生自己思考和發(fā)表自己的個人觀點，很多同學(xué)在課堂上面可以很踴躍和積極地闡述了自己對這些問題的理解和看法。設(shè)計的三個相關(guān)問題包括：（1）為什么海洋在全球氣候變化中占有重要的地位？（2）在全球變暖背景下海洋環(huán)境在發(fā)生哪些變化？（3）海洋對于減緩全球變暖可能起著哪些作用？在學(xué)生對這些問題進行討論之后，引導(dǎo)學(xué)生在這些討論的基礎(chǔ)之上總結(jié)和歸納對這些問題的解答。由于海洋在熱量來源、水汽來源、碳的存儲庫和對大氣運動的調(diào)諧作用等方面的重要作用，海洋在全球氣候變化過程中占有重要的地位。在全球變化背景下，海洋環(huán)境也發(fā)生著改變：海平面的升高、極地冰雪的融化、海水溫度的增加、海水酸化、熱帶氣旋活動的改變、海洋深層環(huán)流改變等。海洋可以通過“熱海綿”的熱量存儲和生物泵效應(yīng)的碳存儲過程，在減緩全球變暖方面也起著非常重要的作用。

在部分的教學(xué)章節(jié)選用了英文的教材，嘗試采用了雙語教學(xué)。例如，在海洋與氣候變化部分教學(xué)中，選用了英文教材《Essentials of Oceanography》當中第16章“The oceans and climate change”的內(nèi)容。英文教材的選用，擴寬了學(xué)生的視野，提升了教學(xué)的國際化程度。學(xué)生通過閱讀英文教材內(nèi)容，熟悉了專業(yè)詞匯的英文表達，同時也提升了專業(yè)英語的水平。

在教學(xué)中，也注意融入最新的科學(xué)研究成果，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注最新的科研動態(tài)和研究前沿?zé)狳c。例如，2019年12月發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表的關(guān)于格陵蘭島的冰層正在以比20世紀90年代快7倍的速度消融的研究結(jié)果被《自然》選為2019年十大科學(xué)進展。我們在教學(xué)過程中將這一研究成果在講授相關(guān)課程內(nèi)容的時候介紹給學(xué)生，讓學(xué)生了解這些最新的國際研究動態(tài)。極地冰雪的加速融化是對氣候變化的響應(yīng)和表現(xiàn)，它又可以再對氣候系統(tǒng)產(chǎn)生反饋影響。海冰融化可以加速海平面的上升。極地的冰雪在氣候系統(tǒng)中也會產(chǎn)生冰雪反照率正反饋效應(yīng)，極地冰雪的融化又可以通過這種正反饋效應(yīng)加劇極地地區(qū)的增溫，從而產(chǎn)生極地地區(qū)增暖比其他緯度地區(qū)更劇烈的現(xiàn)象。在講授這部分內(nèi)容的時候，引導(dǎo)學(xué)生積極思考極地冰雪的加速融化對氣候系統(tǒng)可能產(chǎn)生的影響，注意培養(yǎng)學(xué)生對問題的分析能力和綜合的邏輯思考能力。

（三）積極促進學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)興趣的提升

為了提高學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握程度，在課堂教學(xué)中堅持課堂前的復(fù)習(xí)提問制度。在每堂課講授新的內(nèi)容之前，會對上一堂課學(xué)習(xí)的相關(guān)內(nèi)容進行提問，這種提問的過程也是幫助學(xué)生對重要的知識點進行回顧和對掌握程度進行加深的過程。課前提問的表現(xiàn)會作為課程平時成績考核的一部分，這也在一定程度上可以督促學(xué)生在每堂課后及時對相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容進行梳理和復(fù)習(xí)。

在學(xué)期末最后課程期末考試之前，嘗試進行了課程的模擬考試。模擬考試可以幫助學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)自己對課程內(nèi)容掌握的不足，可以更好地準備課程的期末考試。在模擬考試之后，教師會跟每一位同學(xué)針對這學(xué)期的課程學(xué)習(xí)情況進行面談和交流，幫助學(xué)生解答學(xué)習(xí)中遇到的困惑和難題，對每一位學(xué)生的課程學(xué)習(xí)狀態(tài)進行更好的監(jiān)督和檢查。作者將實施模擬考試和面談交流的班級（海洋1181班）的學(xué)習(xí)成績和沒有實施這些措施的班級（海洋1171班）課程學(xué)習(xí)成績進行比較發(fā)現(xiàn)：模擬考試和面談交流等具體措施的實施可以顯著地提高班級學(xué)生的課程學(xué)習(xí)成績。海洋1171班的課程平均成績?yōu)?4.5分，優(yōu)秀率為6.7%，不及格率為16.5%;相比較地，海洋1181班在實施了模擬考試和面談交流等措施之后課程成績出現(xiàn)了顯著的提升，課程平均成績?yōu)?0.4分，優(yōu)秀率提高為22.9%，不及格率降低為5.3%。實踐教學(xué)經(jīng)驗表明：課前提問、模擬考試和面談交流等措施可以顯著地提高班級學(xué)生的課程學(xué)習(xí)成績和學(xué)習(xí)效果。

在教學(xué)過程中，推薦給學(xué)生一些相關(guān)的紀錄片和新聞報道在課余時間自己觀看和閱讀。例如，英國廣播公司BBC的紀錄片“觀云，辨認云彩”中介紹了各種主要的云的類型、特征以及云對地球系統(tǒng)的重要性。在學(xué)習(xí)云的專業(yè)知識的時候，讓學(xué)生結(jié)合觀看紀錄片加深對專業(yè)知識的理解和認識。新聞報道“Fewer creatures in future oceans could provide less food”介紹了關(guān)于氣候變化對海洋生物多樣性的影響的研究成果，研究結(jié)果顯示全球變暖和氣候變化可能會降低海洋的生物多樣性和海洋初級生產(chǎn)力，從而可能會影響未來海洋可以給人類提供的食物來源數(shù)量。這一新聞報道也是跟海洋與氣候變化部分的教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合。通過這些科普紀錄片和新聞報道的引入，豐富了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式，更容易引起和激發(fā)學(xué)生對相關(guān)專業(yè)知識內(nèi)容的興趣。

在課堂教學(xué)的課間休息時間，引入了海洋氣象詩詞和海洋氣象歌曲，增強學(xué)生對海洋氣象專業(yè)知識的興趣。在古詩詞和現(xiàn)代詩詞中，有很多包含海洋氣象元素內(nèi)容的優(yōu)秀詩詞。例如，“清明時節(jié)雨紛紛，路上行人欲斷魂”，清明時節(jié)持續(xù)的降雨是與準靜止鋒的影響密切聯(lián)系的，還有“一蓑煙雨任平生”，“好雨知時節(jié)，當春乃發(fā)生”等等?，F(xiàn)代詩《海上的風(fēng)》將海上的風(fēng)形象地比喻成花神、琴師、大力士和獅子，可以在海上激起萬朵浪花和滔天波浪。在講授風(fēng)相關(guān)的專業(yè)知識的時候介紹給學(xué)生這首關(guān)于海上的風(fēng)的詩歌，讓學(xué)生對海上的風(fēng)能產(chǎn)生更形象的感知。在歌曲《我和我的祖國》的歌詞中寫道“我的祖國和我，像海和浪花一朵;浪是海的赤子，海是浪的依托;每當大海在微笑，我就是笑的漩渦”。從這些歌曲當中，學(xué)生可以感受到與課程專業(yè)知識相關(guān)的海洋氣象元素，也能夠接受到中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、思想情感和愛國主義方面的教育。

三、結(jié)束語

本文總結(jié)了作者在《海洋氣象學(xué)》課程教學(xué)中的實踐經(jīng)驗，包括在課程的內(nèi)容設(shè)計和安排、教學(xué)形式的組織、學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)興趣的提升等方面的具體措施。教學(xué)實踐表明這些措施的實施可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)質(zhì)量，增強學(xué)生對課程專業(yè)知識的興趣，提高學(xué)生的問題分析和邏輯思維能力。海洋氣象學(xué)是海洋科學(xué)和大氣科學(xué)的交叉邊緣學(xué)科，《海洋氣象學(xué)》課程教學(xué)質(zhì)量的提升可以促進我們對海洋科學(xué)和大氣科學(xué)交叉復(fù)合型專業(yè)人才的培養(yǎng)。希望本文對這些具體教學(xué)實踐經(jīng)驗的總結(jié)能夠促進《海洋氣象學(xué)》課程的教學(xué)改革，不斷提高海洋科學(xué)專業(yè)復(fù)合型人才的培養(yǎng)質(zhì)量，從而可以更好地滿足國家在海洋科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中對復(fù)合型專業(yè)人才的迫切需求。

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