新工科背景下“氣象學(xué)與氣候?qū)W”教學(xué)改革探索

李淑萍

（揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇 揚(yáng)州 225009）

2017 年2 月教育部和復(fù)旦大學(xué)共同主辦了“高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會”，經(jīng)過研討一致通過了“復(fù)旦共識”，提出了新工科教育的發(fā)展思路和目標(biāo)，標(biāo)志著中國高等工程教育進(jìn)入新工科時代[1]。新工科是以未來的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型為目標(biāo)的教育改革，同時也是高等院校為應(yīng)對新一輪科技與產(chǎn)業(yè)變革而進(jìn)行的改革，主要包括專業(yè)設(shè)置、教學(xué)方法、教學(xué)目標(biāo)等方面的調(diào)整[2]。其目的是推動高等院校人才培養(yǎng)類型的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)面向未來的創(chuàng)新型、復(fù)合型工程科技人才，為提高我國的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國際競爭力提供人才支撐[3]。新工科背景下，水文與水資源專業(yè)的專業(yè)設(shè)置需要更加貼合時代需求，注重培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，擴(kuò)大專業(yè)涉及領(lǐng)域，適應(yīng)多樣化的產(chǎn)業(yè)需求，例如增加對新型水資源技術(shù)的學(xué)習(xí)、對大數(shù)據(jù)分析、模擬和可視化技術(shù)的應(yīng)用等[4]。

近幾十年來，水資源短缺問題日益嚴(yán)峻，水資源對人類社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用，同時也是農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)的必要條件，特別是在干旱缺水的地區(qū)。隨著全球氣候變化加劇，氣候變化對水文過程與水資源的分配和利用都會產(chǎn)生巨大的影響，同時也對國家決策與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[5]。

新工科背景下，為培養(yǎng)水文與水資源專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新性，提高學(xué)生的專業(yè)能力和實踐經(jīng)驗，有必要從“氣象學(xué)與氣候?qū)W”課程內(nèi)容、實踐教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)考核等方面進(jìn)行課程教學(xué)改革，增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)對未來氣候變化對水資源短缺帶來的一系列問題的意識，幫助學(xué)生開闊學(xué)術(shù)視野、跨專業(yè)應(yīng)用能力及深化水文與水資源專業(yè)知識，從而形成新工科的培養(yǎng)模式。

1 新工科背景下水文與水資源專業(yè)教學(xué)的新需求

新工科重視前沿科技和技能培養(yǎng)，注重跨學(xué)科融合教學(xué)與實踐教學(xué)，其目的是為新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革培養(yǎng)具有國際視野與社會責(zé)任感的工程人才。對于傳統(tǒng)的水文與水資源專業(yè)而言，新工科對水文與水資源專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了新的需求，要求高等院校培養(yǎng)面向未來的創(chuàng)新型、復(fù)合型工程科技人才，以適應(yīng)快速發(fā)展的社會需求和科技變革。

水資源是人類生存和發(fā)展所必需的重要資源，保護(hù)和合理利用水資源是人類必須面對的重要任務(wù)之一。水文與水資源專業(yè)的學(xué)生應(yīng)掌握地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)、氣象學(xué)等相關(guān)學(xué)科的知識，能夠跨學(xué)科進(jìn)行綜合分析和解決問題。天氣與氣候變化對水資源至關(guān)重要，近幾十年全球氣候變暖加劇了水循環(huán)，對水資源的分配和利用帶來了很大的挑戰(zhàn)，如區(qū)域降水不均衡、冰川融化等對水資源的分配和可持續(xù)利用具有重要影響。課程學(xué)習(xí)應(yīng)幫助學(xué)生理解水資源對于當(dāng)今世界發(fā)展的重要性以及全球氣候變化對水資源帶來的挑戰(zhàn)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識氣候變化對于國家決策與建設(shè)的重要性。

2 “氣象學(xué)與氣候?qū)W”課程教學(xué)的不足

2.1 教學(xué)內(nèi)容對前沿科學(xué)問題涉及不足

本科教育教學(xué)是基于書本知識和基礎(chǔ)理論的教學(xué)，但是這并不代表教學(xué)過程中應(yīng)該忽視前沿科學(xué)問題。大多數(shù)學(xué)生對所學(xué)專業(yè)的理解往往局限于課本和教師的講解。雖然這種傳統(tǒng)教學(xué)方法能夠讓學(xué)生掌握一定的理論知識，但最新的科學(xué)研究成果與書本知識存在差距，學(xué)生難免會出現(xiàn)基礎(chǔ)理論知識與前沿科學(xué)研究脫節(jié)的情況，這種脫節(jié)在研究生階段的學(xué)術(shù)研究中體現(xiàn)得比較明顯，學(xué)生對于前沿科學(xué)問題的認(rèn)識和理解過于單一，缺乏創(chuàng)新能力。同時，教學(xué)內(nèi)容不涉及前沿科學(xué)問題，學(xué)生很難從中獲取科研啟發(fā)，缺乏對問題的獨(dú)立思考和解決問題的能力。

前沿科學(xué)問題已經(jīng)成為科學(xué)發(fā)展的重要方向，為了讓學(xué)生更好地適應(yīng)新工科要求的前沿科技發(fā)展，教師應(yīng)該拓寬教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生更多地了解各種前沿科學(xué)研究和創(chuàng)新應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，更好地服務(wù)于社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.2 教學(xué)內(nèi)容中實際問題涉及不足

教學(xué)內(nèi)容與實際問題的契合度是教學(xué)質(zhì)量的重要指標(biāo)。氣象數(shù)據(jù)比較多元化，包括地面站點觀測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)、氣候模式模擬數(shù)據(jù)及再分析數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)對于分析天氣與氣候變化十分重要。但目前在課程教學(xué)過程中，對數(shù)據(jù)的處理與分析仍未涉及，這不利于培養(yǎng)學(xué)生自主解決實際問題的能力。

由于現(xiàn)代科技的快速發(fā)展和數(shù)據(jù)采集技術(shù)的不斷提升，氣象和氣候數(shù)據(jù)量不斷增加，這些數(shù)據(jù)對于科學(xué)研究和實際應(yīng)用都具有重要的價值。在本科教育階段，學(xué)生缺乏數(shù)據(jù)分析能力，導(dǎo)致其無法充分理解數(shù)據(jù)的意義，也不能很好地運(yùn)用這些數(shù)據(jù)解決實際問題。這將導(dǎo)致學(xué)生在未來的科研和工作中面臨諸多困難。另外，在教學(xué)過程中，由于對各類數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用沒有給予足夠的重視和關(guān)注，學(xué)生會認(rèn)為數(shù)據(jù)處理與分析是一項難以理解和應(yīng)用的工作。這導(dǎo)致學(xué)生對于這門課程的興趣和熱情降低，從而影響整個課程的教學(xué)成效。

2.3 學(xué)生學(xué)習(xí)考核方式單一

目前“氣象學(xué)與氣候?qū)W”課程所采用的考核方式主要為隨堂提問與期末考試。課堂提問和期末考試雖然能夠考核學(xué)生對課程基礎(chǔ)理論知識的理解，但這并不意味著學(xué)生能夠?qū)⒗碚撆c實踐結(jié)合。這種單一的考核方式使得大多數(shù)學(xué)生局限于熟記課本中所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，卻忽略了將基礎(chǔ)理論知識應(yīng)用于實際的天氣氣候事件分析，造成理論與實際相脫離的情況。

筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生只注重應(yīng)試技巧?？己朔绞絾我粚?dǎo)致很多學(xué)生容易將自己的學(xué)習(xí)重點放在應(yīng)對考試上，而非真正掌握基礎(chǔ)知識與實踐的結(jié)合。同時，考核方式單一導(dǎo)致學(xué)生對于自己的學(xué)習(xí)情況缺乏全面的認(rèn)知，教師也無法全面評估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，學(xué)生也就很難了解自己在哪些方面需要進(jìn)一步提高。這造成學(xué)生對學(xué)習(xí)這門課程感到枯燥乏味，缺乏學(xué)習(xí)的動力和興趣，并且學(xué)生的學(xué)習(xí)能力也不能得到全面的鍛煉，不利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力等。

3 新工科背景下“氣象學(xué)與氣候?qū)W”課程教學(xué)改革探索

3.1 結(jié)合前沿科學(xué)問題，提高創(chuàng)新能力

“氣象學(xué)與氣候?qū)W”課程是水文與水資源專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握氣象學(xué)與氣候?qū)W的基礎(chǔ)知識，通過對氣象和氣候數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測，可以更好地了解氣候條件，預(yù)防和應(yīng)對氣候災(zāi)害。全球氣候變暖背景下，水文與水資源專業(yè)越來越重視氣候變化對水文過程及水資源所帶來巨大的挑戰(zhàn)。教師在講課過程中，可結(jié)合課程內(nèi)容，將其相關(guān)的前沿科學(xué)問題納入教學(xué)計劃中，為學(xué)生提供了解國內(nèi)外最新科研進(jìn)展的機(jī)會。

同時，在課堂討論中，選取與前沿科學(xué)問題相關(guān)的氣象或氣候?qū)W研究課題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考和探索。例如，可以選取“未來全球變暖對水資源的影響”等熱門話題作為討論對象。同時，引入相關(guān)案例，讓學(xué)生通過案例分析的方式了解前沿科學(xué)問題的具體情況。例如，引入國內(nèi)外相關(guān)的極端天氣或氣候案例，讓學(xué)生分析這些案例的背景、研究方法和成果，從中汲取前沿科學(xué)問題的解決思路和方法。

3.2 結(jié)合實際，拓展教學(xué)內(nèi)容

為了讓水文與水資源專業(yè)的學(xué)生將基礎(chǔ)理論與實際天氣氣候條件相結(jié)合，在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，教師可指導(dǎo)學(xué)生使用Python、NCL 等程序語言，適當(dāng)增加學(xué)生對不同類型氣象數(shù)據(jù)的分析處理，培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能，適應(yīng)新工業(yè)背景下快速發(fā)展的社會需求。此外，在“氣象學(xué)與氣候?qū)W”課程教學(xué)過程中，教師可結(jié)合實際天氣與氣候事件，引入相關(guān)基礎(chǔ)理論知識，使學(xué)生能夠?qū)嶋H與理論相聯(lián)系，豐富課堂內(nèi)容，增加學(xué)生與教師的互動。

教師在教學(xué)過程中應(yīng)注重數(shù)據(jù)處理與分析的教育，為學(xué)生提供實際數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實際的數(shù)據(jù)處理和分析，并注重培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力，幫助他們更好地理解氣象和氣候?qū)W知識的實際應(yīng)用。同時，通過分析一些實際的氣象災(zāi)害事件，例如臺風(fēng)、暴雨、干旱等，讓學(xué)生了解氣象災(zāi)害的成因、影響和防御措施，同時也可以培養(yǎng)學(xué)生對于復(fù)雜氣象環(huán)境的分析、監(jiān)測和預(yù)測能力。

3.3 多元化考核

本科教育除注重基礎(chǔ)理論知識的講授外，也應(yīng)該注重學(xué)生對基礎(chǔ)知識的實踐應(yīng)用，同時拓展學(xué)生的創(chuàng)新能力。在本科教育階段，教師一方面應(yīng)該注重考核學(xué)生對該門課程基礎(chǔ)理論知識的學(xué)習(xí)程度，同時也要注重考核學(xué)生結(jié)合基礎(chǔ)理論與實踐的能力、分析問題以及對相關(guān)國內(nèi)外科學(xué)前沿問題的理解。在考核過程中，適當(dāng)增加學(xué)生對極端天氣事件的觀測、發(fā)展監(jiān)測能力的考核；同時，適當(dāng)增加學(xué)生小組討論，主要以小組形式討論國內(nèi)外前沿科學(xué)問題以及對未來氣候變化對水資源的可能影響。這些都可以作為對學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的考核。

傳統(tǒng)的課程期末考試往往只能考查學(xué)生的記憶和理解能力，而多元化考核能夠更好地考查學(xué)生的應(yīng)用能力、分析能力和創(chuàng)新能力等，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。多元化考核能夠更好地貼近實際應(yīng)用場景，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更具有實際意義和應(yīng)用性（如通過模擬氣象預(yù)報、數(shù)據(jù)處理和分析等實際操作來考核學(xué)生的應(yīng)用能力和實踐能力），提高這門課程的實用性和應(yīng)用性。

4 結(jié)語

全球變暖背景下，極端天氣氣候事件引發(fā)的災(zāi)害（如山洪、泥石流、城市內(nèi)澇等）對社會經(jīng)濟(jì)和生命財產(chǎn)等造成巨大的損失。目前，全球氣候變化及其產(chǎn)生的影響越來越受到水文與水資源專業(yè)的重視，這給“氣象學(xué)與氣候?qū)W”課程教學(xué)帶來機(jī)遇與挑戰(zhàn)，要求教師在講授基礎(chǔ)理論知識的同時，又要結(jié)合實際天氣氣候事件與前沿科學(xué)問題。學(xué)生不僅可以掌握基礎(chǔ)理論知識，還可以豐富教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣和實踐能力；同時，科學(xué)前沿問題能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使得學(xué)生理解未來氣候變化對社會發(fā)展和國家建設(shè)的重要性。這為培養(yǎng)新工科背景下具有生態(tài)意識、科技意識、創(chuàng)新意識和實踐能力的復(fù)合型人才奠定了基礎(chǔ)。