“航空氣象”課程教學(xué)設(shè)計與實踐

張 潮，李昀英，黎 鑫，李 娜

（國防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院 湖南 長沙 410073）

航空氣象學(xué)是研究氣象條件同飛行活動和航空技術(shù)之間的關(guān)系，航空氣象保障的方式和方法，以及飛行器在地球大氣層中飛行時的氣象等問題的一門學(xué)科，屬于應(yīng)用氣象學(xué)的一個分支，是大氣科學(xué)類學(xué)生的專業(yè)選修課程之一。從歷年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，由于氣象原因造成的飛行事故占到了事故總數(shù)的三分之一，因此氣象保障對于航空安全來說非常重要[1]?！昂娇諝庀蟆边@門課程旨在讓學(xué)生掌握大氣環(huán)境對飛行活動的影響，培養(yǎng)學(xué)生將專業(yè)基礎(chǔ)知識應(yīng)用到具體的工作實踐中，形成實施航空氣象保障的能力。隨著當前民航及通航領(lǐng)域的發(fā)展，航空氣象保障的范圍逐漸拓展，越來越多的飛行活動急需更加專業(yè)的航空氣象保障，因此，提高航空氣象課程的教學(xué)水平，緊跟航空技術(shù)的發(fā)展也就有著重要的意義。

1 “航空氣象”課程特點

“航空氣象”課程在國內(nèi)外高校的教學(xué)中已有悠久的歷史，但在不同學(xué)校又有一定的差別。與國內(nèi)其他民航類院校相比，國防科技大學(xué)氣象海洋學(xué)院的“航空氣象”課程無論是培養(yǎng)目標還是講授方式都具有鮮明的特色。首先，課程面向的對象不同。本課程主要面向大氣科學(xué)專業(yè)氣象海洋預(yù)報方向的學(xué)生，其將來任職的主要方向之一是機場氣象臺站的預(yù)報員。但在民航類院校，課程更多的是面向空管人員、簽派員及飛行員，兩者的對象明顯不同。本課程根據(jù)學(xué)生任職方向的特點，需要提供航空氣象保障相關(guān)知識，幫助其初步了解崗位工作任務(wù)。其次，學(xué)生的知識背景不同。氣象海洋學(xué)院的“航空氣象”課程是在學(xué)生大四年級秋季學(xué)期開設(shè)，學(xué)生在前面三年的學(xué)習(xí)過程中先修課程包括“動力氣象”“天氣學(xué)原理”“大氣物理”“大氣探測”等，具備了相對完善的氣象基礎(chǔ)理論知識，但對飛行專業(yè)知識了解較少。而民航類專業(yè)的學(xué)生，在學(xué)習(xí)“航空氣象”課程時并不具備氣象專業(yè)基礎(chǔ)知識。

另外，從“航空氣象”課程本身來說，其特點可以概括為三個方面。一是知識結(jié)構(gòu)完善、覆蓋面廣、邏輯性強。本門課程的內(nèi)容不僅僅包含了基礎(chǔ)氣象知識，也包括簡單的飛行知識，同時覆蓋了多種航空危險性天氣，課程知識從易到難，從基本氣象要素對飛行的影響到具體的天氣條件對飛行的影響，層層深入，具有很好的邏輯性。二是課程應(yīng)用性強。本門課程的主要目的不是為了講授具體的氣象學(xué)原理，而是強調(diào)將氣象學(xué)基本理論運用到航空氣象保障或服務(wù)當中，注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的能力。三是課程知識延伸性強。航空氣象除了作為本科學(xué)歷教育階段的教學(xué)模塊，也可以進一步提煉內(nèi)容適用于任職培訓(xùn)專業(yè)課程[2]；同時，課程知識點可以與最新的時事內(nèi)容結(jié)合，比如飛機顛簸可以結(jié)合空中加油等內(nèi)容拓展，具有較強的延伸性。

2 “航空氣象”知識板塊設(shè)計

2.1 氣象及飛行基礎(chǔ)知識板塊

氣象及飛行基礎(chǔ)知識板塊主要包括兩部分內(nèi)容，一是航空大氣環(huán)境，二是飛行原理。航空大氣環(huán)境主要介紹地球大氣環(huán)境的基本構(gòu)成，重點包括標準大氣以及大氣的垂直分層結(jié)構(gòu)。標準大氣是垂直方向上溫度、氣壓、密度按一定假定規(guī)律分布的模式大氣，是對中緯度地區(qū)真實大氣的概略表征，對飛行器設(shè)計、飛行儀表的標定有重要意義。飛行原理部分包括飛機的結(jié)構(gòu)組成、飛機飛行中的受力分析以及影響飛機升力阻力的氣象因素。該知識板塊是航空氣象課程的基礎(chǔ)，是為了學(xué)生進一步學(xué)習(xí)氣象對飛行的影響進行必要的鋪墊。在教學(xué)中，需要根據(jù)學(xué)生特點靈活設(shè)計，也可利用互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)慕課視頻資源，加深學(xué)生的理解。

2.2 氣象影響理論知識板塊

氣象影響理論知識板塊主要介紹氣象要素以及天氣變化對航空活動的影響，探討如何在航空活動中對氣象的影響做到“趨利避害”，是整個航空氣象課程的核心內(nèi)容。根據(jù)知識的難易程度和內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)，突出講授內(nèi)容的完整性和獨立性，可以再將該知識板塊分為六個章節(jié)。

第一章主要介紹常規(guī)氣象要素對飛行的影響。實際的大氣環(huán)境每時每刻都在發(fā)生變化，其變化可以通過不同的大氣物理量來表征，最常見的是大氣的溫度、壓強、密度，不僅僅會影響到飛行儀表示度的準確性，也會影響到飛機的性能，包括起飛及著陸滑跑距離、載重量、升限、飛行速度等，這部分內(nèi)容從基礎(chǔ)的氣象要素出發(fā)，將學(xué)生帶入簡單的飛行情景中，一方面激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，另一方面也凸顯了氣象與飛行的聯(lián)系。此外，考慮到風(fēng)對于航空安全有較大的影響，因此需要以專門的章節(jié)來討論，其內(nèi)容可以包括均勻、定常的風(fēng)對于飛行起飛及著陸的影響，風(fēng)對于飛機航程、活動半徑等的影響，該部分內(nèi)容層層遞進逐步深入，符合認知的一般規(guī)律。除了大氣基本的物理狀態(tài)變化，不同的天氣條件變化對飛行的影響也不同，特別是幾種危險性天氣，如低空風(fēng)切變、飛機顛簸、飛機積冰、雷暴等，每一種危險性天氣的形成原因不同，對飛機的影響原理也存在較大差別，可分別按內(nèi)容設(shè)為一章。

從內(nèi)容上看，氣象影響理論知識板塊是對氣象及飛行基礎(chǔ)知識板塊的承接和延伸，教學(xué)設(shè)計上應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生思考氣象為什么會影響飛行，提示學(xué)生關(guān)注氣象要素變化的時候，飛機的受力如何變化，從原理上進一步理解氣象對飛行活動影響的物理機制。以飛機顛簸為例，飛機受到大氣湍流的作用時，簡化考慮向上的垂直陣風(fēng)作用在飛機上，飛機原本的升力和重力處于平衡狀態(tài)，而垂直陣風(fēng)會改變飛機空速，從而改變飛機的迎角，引起升力突然增加，最終就表現(xiàn)為飛機在垂直方向上姿態(tài)和高度發(fā)生改變，產(chǎn)生顛簸。通過類似的分析不僅能夠讓學(xué)生充分理解氣象要素及天氣變化對于飛行狀態(tài)的影響原因，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力。

2.3 航空氣象保障知識板塊

航空氣象保障知識板塊在知識結(jié)構(gòu)上是對前面兩個知識板塊的綜合拓展和深化，在能力培養(yǎng)上是對學(xué)生的進一步提升。學(xué)生通過學(xué)習(xí)已經(jīng)掌握了基本的氣象影響理論，那么如何將知識轉(zhuǎn)化為具體的工作能力，是本知識板塊的重點。這一部分的內(nèi)容主要包括航空氣象情報、航空天氣預(yù)報的制作、航空氣象保障的一般流程和組織實施方法，更加強調(diào)了對信息的搜集處理能力，知識的整合能力以及對問題的分解能力。面對具體的保障問題，根據(jù)實際保障流程進行教學(xué)，讓學(xué)生詳細體會保障過程的各個環(huán)節(jié)，充分理解航空氣象保障的方式方法。

3 “航空氣象”教學(xué)方法

不同的航空氣象知識需要通過恰當?shù)姆绞饺コ尸F(xiàn)才能取得較好的教學(xué)效果，在本門課程的實踐過程中，也總結(jié)了幾種較為實用的教學(xué)方法。

3.1 采用典型事故的案例式教學(xué)

“案例教學(xué)法”指的是通過對一個含有問題在內(nèi)的具體教育情境的描述，引導(dǎo)學(xué)生對這些情境進行討論的一種教學(xué)方法和教學(xué)范式[3]。在“航空氣象”教學(xué)中引入案例教學(xué)法，以典型的氣象因素造成的飛行事故案例為素材，將學(xué)生帶入相應(yīng)的情景中，分析飛行事故產(chǎn)生的原因，分析氣象因素對飛行的重要影響，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也容易加深學(xué)生對氣象會嚴重影響飛行這一問題的理解，不但學(xué)習(xí)了理論，而且對學(xué)生將來從事飛行保障提供了思路和參考。

例如在講授“低空風(fēng)切變”這一內(nèi)容時，選取了一次典型的由風(fēng)切變造成的事故案例。在引入環(huán)節(jié)，首先對事故的發(fā)生經(jīng)過進行回顧，讓學(xué)生有一個清晰、全面的了解，并對事故有一個深刻的認識。其次，通過歷史照片和事故前后的氣象雷達回波圖像、衛(wèi)星資料及天氣圖，模擬事故調(diào)查過程，讓學(xué)生參與其中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)造成這一事故的氣象因素，即低空風(fēng)切變。在找到低空風(fēng)切變這個“元兇”之后，同學(xué)們對它帶來的危害也就有了強烈的印象，通過進一步講授低空風(fēng)切變的概念及分類，層層遞進逐步講解低空風(fēng)切變對飛行的影響，最后介紹如何在日常業(yè)務(wù)工作中判斷低空風(fēng)切變保障飛行，幫助學(xué)生建立關(guān)于低空風(fēng)切變從現(xiàn)象到本質(zhì)的完整知識框架。

3.2 應(yīng)用雨課堂的線上線下混合教學(xué)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，教育教學(xué)的手段也進一步豐富和發(fā)展。2017年發(fā)布的《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出要發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，倡導(dǎo)新媒體技術(shù)與課堂的深度融合。自2020年以來，本課程基于“雨課堂”也進行了在線教學(xué)實踐和線上線下混合教學(xué)實踐。傳統(tǒng)課堂上，學(xué)生會有注意力不集中的情況，如果要想取得較好的互動效果，主要依靠不停地提問來牽引學(xué)生思考，但一個問題一般讓1~3名學(xué)生進行回答，而在雨課堂里可以通過發(fā)布問題，讓所有學(xué)生都參與進來，并且可以看到每一名學(xué)生的答題情況，這就大大提高了學(xué)生的課堂參與度。另外，也可以將現(xiàn)在學(xué)生普遍喜歡的彈幕方式應(yīng)用到課堂中，學(xué)生在課堂上有不懂的地方會及時地通過彈幕反饋出來，而老師可以根據(jù)學(xué)生的反饋調(diào)整自己的講課節(jié)奏或者重點答疑解惑，達到較好的教學(xué)效果。此外，在課堂教學(xué)活動開始之前，通過網(wǎng)絡(luò)將教學(xué)資源和學(xué)習(xí)資料提前推送給學(xué)生，由學(xué)生根據(jù)自己的時間安排和學(xué)習(xí)進度了解相關(guān)知識，增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力[4]。經(jīng)過兩年的課程實踐，統(tǒng)計結(jié)果顯示65%以上的學(xué)生會提前學(xué)習(xí)老師發(fā)布的預(yù)習(xí)課件，82%以上的學(xué)生會在課后對課件進行復(fù)習(xí)，90%以上的學(xué)生認為線上線下混合式教學(xué)的方式更容易接受，有助于課程學(xué)習(xí)。

3.3 結(jié)合熱點問題的研討式教學(xué)

在航空氣象的備課過程中，教師可以時刻關(guān)注航空領(lǐng)域最新的新聞和信息，通過新鮮熱點的問題，進一步提高學(xué)生的興趣。

2022年冬奧會，融入了大量的氣象“黑科技”，保障了奧運會的成功舉辦，其中一些最新的儀器和設(shè)備與航空氣象的教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)。比如，冬奧會期間在國家跳臺滑雪中心安裝了西南技術(shù)物理研究所開發(fā)的FC-III型激光測風(fēng)雷達。該雷達最先應(yīng)用的場景其實是機場，目的是為了測量飛機下滑道上的低空風(fēng)切變，從而為飛機起飛和著陸提供預(yù)警信息。因此，可以由冬奧會這一年度熱點，提出關(guān)于低空風(fēng)場測量的問題，引入國產(chǎn)最新的激光測風(fēng)雷達，介紹其在航空氣象保障領(lǐng)域的運用和發(fā)展。一方面借助奧運會的新聞熱點，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；另一方面，引入國產(chǎn)新型激光測風(fēng)雷達，也提高了學(xué)生對國產(chǎn)裝備的關(guān)注度，并通過介紹其在低空風(fēng)切變探測領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用，進一步增強學(xué)生對于課程內(nèi)容的理解[5]。

2022年5月，京東航空獲批引進3架B737貨機，京東航空也成為江蘇省首家本土貨運航空。結(jié)合這一事件，可以進一步與學(xué)生一起探討航空氣象保障的相關(guān)問題。比如，B737貨機攜帶的貨物重量是否與氣象因素有關(guān)？保障貨運飛機需要重點關(guān)注哪些氣象要素？通過結(jié)合這樣的熱點問題，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，幫助學(xué)生理解氣象要素對飛機性能等方面的影響，從而認識到航空和氣象息息相關(guān)，航空氣象所學(xué)習(xí)的知識也是與生活緊密結(jié)合的。

4 結(jié)語

本文分析了“航空氣象”課程的特點，并從課程知識點的前后聯(lián)系以及知識體系邏輯關(guān)系的角度進行了梳理，構(gòu)建了三大知識板塊，另外根據(jù)課程實踐探討了幾種較為有效的教學(xué)方法?！昂娇諝庀蟆弊鳛榇髿饪茖W(xué)類學(xué)生的一門專業(yè)課程，具有鮮明的應(yīng)用導(dǎo)向，盡管近幾年教學(xué)團隊取得了一定的教學(xué)效果，但如何更好地培養(yǎng)學(xué)生將氣象知識應(yīng)用到具體的航空氣象保障中，以及面對日益頻繁的飛行活動如何更有效、快速地培養(yǎng)航空氣象專業(yè)人才，還需要更加深入的思考和實踐。