大气科学与环境气象实验教学改革思路及方案

吴立保，刘 捷，徐中兵

(南京信息工程大学 高等教育研究所，南京 210044)

国家级实验教学示范中心是“十一五”期间高等教育质量工程的重要组成部分，教育部于2005年下发文件，提出在物理、化学、生物、力学、电子等学科中，建立国家级实验教学示范中心。[1]中心的建设工作，使实验教学质量得到明显提高，实验教学改革的成果发挥了较好的示范辐射作用，对强化大学生实践能力、创新能力培养，提升高等学校办学水平和教育质量起到积极的推动作用。[2-5]南京信息工程大学被誉为高级气象人才培养的“摇篮”，为中国和世界气象行业作出了重要贡献。为提高学生的实践能力，结合南京信息工程大学的实际，学校高度重视实验建设工作，明确提出实验室是一流大学建设的基础，强调要用一流的理念引领实验室建设。[6]经过多年的建设，在2013年，建成大气科学与环境气象国家级实验教学示范中心，这是目前国内大气学科唯一的国家级实验教学示范中心。

1 实验教学中心改革思路

1.1 实验教学理念

秉承南京信息工程大学“面向中国气象事业发展、面向江苏地方经济社会发展”的“两个面向”办学宗旨，围绕以应用型、精英型和国际型人才培养为导向的“三个导向”分类人才培养目标体系，着力推进“大气科学与环境气象实验教学中心”建设，确立了“分层分类、业务导向、创新驱动、国际一流”的实验教学理念。根据学校人才培养总体要求和学生个性化差异，开展分层分类教学，依据学校与行业之间的紧密联系，加强实验教学与业务实训之间的联系。为适应时代发展需要，实验教学在各个层次都强调创新，推进人才培养的国际化进程，培养国际一流的气象人才。实验教学在教学与科研的双螺旋进程中实现“知识—能力—素质”与“基础—实践—创新”的全面协调发展，提升学生的实践能力和创新能力。

1.2 实验教学目标

依据学校制定的“开放发展、协同创新”的办学理念，传承“重基础、强实践”的气象实验教学传统，依托我校全国排名第一的大气学科和省优势学科环境科学两大一级学科，以学部制改革为契机，创新管理机制，整合实验教学资源，汇集行业、产业、科研院所及地方的创新实验教学资源，遵循“科研与教学双螺旋互动”的原则，坚持以生为本，围绕大气科学与环境实验教学的综合观测、信息分析、预报预测、公共服务的实践过程，注重实验知识的传授和实践能力、创新能力的培养有机结合，旨在将该中心建设为具有一流师资队伍、一流实验环境、一流教学质量的开放式、国际化、国家级大气科学类实验教学示范中心。

1.3 实验教学思路

实验教学改革坚持以生为本、以培养大学生实践创新能力为核心，按照分层分类培养目标体系的要求，以行业需求为导向，跟踪产业技术发展前沿，通过科研与教学的双螺旋互动，不断更新实验教学内容，优化实验模块，完善实验课程体系，探索现代化的实验教学方法和手段，加强综合性、设计性和创新性实验项目建设，提高科研对实验教学的反哺作用，满足不同学科、专业的学生的个性化发展需要。通过“三方共建”机制整合资源，搭建实验教学平台。加强与行业、产业、科研院所及地方的联系，以学科专业知识服务社会，将社会资源转化为实验教学资源，双向互动，形成多方融合的协同育人机制，使人才培养更加贴近行业与地方的需要。

2 实验教学改革方案

2.1 搭建“三方共建、一体两翼、协同创新”的资源融合实验平台

“三方共建”实现外部资源的有效整合。利用学校自身特色，加强与气象行业的联系，通过教育部、中国气象局与江苏省政府三方共建平台，实现行业、政府、高校实验资源的有效整合。“一体两翼”实现校内资源的有效整合。“一体”是指实验教学中心是设立在学部下的一个独立运作实体，利用学部制的优势，实现实验室资源的跨学院、跨学科专业的整合。“两翼”是科研与教学的有效整合，科研反哺实验教学，实现高水平科研成果反哺实验教学内容、高质量的科研设备反哺实验教学方法、高水平的科研人员反哺实验教师队伍。“协同创新”强调建立协同创新机制，联合科研院所、行业产业与相关高校共建共享，提高实验资源的整合度，共同搭建实验教学创新平台。资源融合建设内容主要是平台建设。为了有效整合中心资源，中心将围绕五大平台重点建设，即大气探测实验教学平台；信息处理实验教学平台；预报预测实验教学平台；科研创新实验教学平台；国际合作实验教学平台。

2.2 构建“四层次、四模块、双螺旋”的教研融合实验教学体系

面对气象业务日益增长的多领域、多层次的人才培养的新要求，为适应国家需求，实验教学中心以能力建设为主线，以提升资源整合、教研融合、社会协同质量与水平为着力点，以提升创新能力为核心，依据气象业务工作流程，在原有多层次、多模块教学体系的基础上，建立健全“四层次、四模块、双螺旋”式的大气科学与环境气象实验教学体系(如图1)，加强科研与教学的融合，提高人才培养质量。

图1 四层次四模块双螺旋式实验教学体系

一是，实验教学过程的“四层次”。“四层次”是依据实践知识获取的一般过程，将实验教学重新划分为基础认知实验、专业求证实验、业务应用实验、创新探究实验四个层次，以对接不同阶段的人才培养定位与目标。“基础认知实验”教学目的在于让学生了解、熟悉大气科学与环境气象领域基本的实验仪器的使用、基本的实验方法和过程以及基本技能的训练，正确掌握获取实验数据和把握操作实验的能力。“专业求证实验”教学目的在于让学生综合应用所学专业知识验证基本认知得到的知识，例如，对获取的各种实时常规气象信息和非常规资料处理效果、天气系统的演变机制、大气污染物扩散传播方式等验证性实验进行综合分析，启发学生的专业思维，培养专业素养，提高专业能力。“业务应用实验”是利用最新的预报员工作平台MICAPS(气象信息综合分析处理系统)与SWAN(短时临近预报系统)，训练学生建立不同区域、不同季节、不同类型天气的预报着眼点，构建正确的物理意义清晰的预报思路，使学生更加熟悉台站气象业务布局、技术路线、业务关联和实际业务需求。例如，通过模拟省级以上气象台业务预报流程，进行综合性实时天气分析预报训练，使学生制作和发布短期预报，特别是灾害天气预报产品，使他们切身感受天气预报成功的喜悦，主动探究失败的原因，激发学习的兴趣与热情，并能在初步的业务实践中获得学以致用的成就感和激发他们的创新灵感与社会服务意识。“创新探究实验”的教学目的在于依托学校大气科学与环境工程两大省级优势学科平台的重点实验室优势，支持、鼓励和引导学生尽早介入专业研究领域，了解专业前沿。

二是，实验教学内容的“四模块”。依据现实气象业务过程与业务流程及业务关联，将实验内容整合成“综合观测、信息分析、预报预测、公共服务”四个实验教学模块，学生根据自己的专业及研究方向或就业定位选择相应的实践模块。综合观测课程模块，即重在使学生了解和掌握多源气象与环境信息获取的设备、过程与规范。例如，基本气象仪器的使用、观测规范的掌握，温度、气压、湿度、风向风速、云状、能见度、天气现象观测数据的获取及物理量的计算等。信息分析课程模块，即侧重强化学生对观测、监测信息的形式、格式、质量控制、天气系统的初步识别及多源资料的融合等。如：天气图分析、物理量场诊断、卫星与雷达资料的反演、资料同化等。预报预测课程模块，即针对不同区域、不同季节、不同类型的天气现象，特别是灾害性、关键性、转折性天气，在综合分析的基础上，依据此类天气的物理成因及背景条件，进行短期或临近预报预测，甚至预警。使学生深刻地体会和感知天气预报业务对理论和技术的真实需求，促使其主动加强理论知识的学习与应用，并随时关注预报的准确性，极大地激发了学生学习的积极性和主动性。公共服务课程模块：涵盖了气象服务、科研成果转化及应用等多领域，属于气象业务的终端与产品出口，同时也是实践教学体系中体现科教融合的主模块。本模块通过公共与专业服务、需求分析、科研与成果转化、灾害影响评估、行业协同、技能认证等拓展学生的实践创新能力。

三是，科教融合的“双螺旋”。“双螺旋”发展模式是指围绕人才培养的全过程所构建的实验教学与科学研究互助提升的体系。通过不断优化和完善的科教融合机制，最大限度地发挥实验教学对科研的需求牵引、科学问题凝练以及科研对实验教学的反哺与支撑作用，最终实现科研与实验教学相互促进、协同发展。同时在实验教学的四个层次中，依据培养目标，科学设置不同的科教融合度，最大限度地发挥优势，提高有限资源和成果的全方位支持度，更有效地促进拔尖人才和卓越工程师的脱颖而出。

2.3 形成“全方位、多触角、宽领域”的协同育人机制

实验教学中心加强与行业、企业、科研究院所及地方社会发展之间的联系，以提高专业服务技能为核心，将多方资源转化为实验教学内容，形成“全方位、多触角、宽领域”的创新资源集成的协同育人机制。

一是，实验教学中心的特色是与中国气象行业的全方位融合，形成行业与学校协同育人机制。重点建设内容包括：(1)修订实验教学计划。依据气象行业业务需求，及时调整实验教学计划，实现实验教学内容与业务技能需求的融合。(2)双向参与实验教材建设。聘请中国气象局业务人员与学校教师共同编写实验教材，由中国气象局资助出版。 (3)“双聘双挂”实验教学队伍。学校与气象局人员互相挂职聘用，双向沟通交流，聘用气象行业一线业务人员兼职实验教师，开展实验教学。(4)共建实验教学基地。通过共建机制，将国家气象系统的各省、市、县气象台站作为学生的实习基地。(5)开展实时业务培训。通过校气象台与中央气象台的数据联网，建立实时天气会商制度，将实验教学与业务培训紧密结合，通过校气象台培训的上岗证得到气象局部门认可。

二是“多触角”。学校与企业、科研院所合作的触角不断增多，实验教学涉及基础研究、技术研发、产品孵化等多方面，实验教学中心的亮点在于将企业研究院引入学校，扩展传统的校企合作的内容，形成学校与企业协同育人的新机制。重点建设内容包括：(1)加强“校企合作”。推进实验教学内容与科研及生产实际相结合，积极探索与企业、科研单位相链接的实验实践创新训练，进行实验教学的协同创新，打造一流的特色实验教学基地，强化学生实践能力、创新能力和创业精神的培养。(2)建设“校内企业研究院”。在利用企业实验教学基地的基础上，勇于创新，创造性地将企业引进校内，共建校内研究院，集成学校与企业双方资源，在已有的南信大卫星通信研究院、易龙防雷技术研究院、三宝智能交通研究院等11个校内研究院基础上，将企业研究院规模扩展到20家，涵盖大气科学与环境气象产业链的各个环节，将企业人员转化为学校指导学生实践教学的导师，将企业的技术研发平台转化为培养学生科研创新能力的实战平台。(3)扩展“大学科技园”。将高新开发区科技园、中国气象科技产业园(南京园)、南京信息工程大学省级大学科技园建成学校人才培养基地，将实验教学与产品研发、试验、企业孵化紧密结合，提高学生的实用技能。

三是，“宽领域”。密切学校与地方的联系，提升服务地方经济发展的能力，形成学校与地方协同育人的新机制。以服务地方经济发展需求为导向，不断拓宽服务领域。主要建设内容包括：(1)深化气象领域服务。在传统气象领域，实验教学中心的实验课程设置面向社会需求，短期预报培训等项目向社会开放，为地方气象局开展业务培训，使中心辐射效应实现气象行业全覆盖。 (2)拓展交叉领域服务。在环境、交通、农业等方面优势明显，科研成果已转化为实验教学资源。如：能见度仪在沪宁高速与长江航道上得到应用、农业部委托研制的昆虫雷达已经试点列装、移动气象台在全国74个省市气象局应用、雷电预警仪已经投入使用，这些科研产品都已转化为实验教学中心的主要自制仪器设备，中心将进一步将社会服务中科研成果、自制仪器设备转化为实验教学内容和实验教学设备，拓展人才培养服务领域。

2.4 打造多元融合的高水平实验师资队伍

通过政策激励，不求所有，但求所用，柔性引智，广揽海内外人才，拓展实验教师队伍建设渠道，形成行业、企业、科研院所及国际合作等多元融合的实验师资队伍。重点是通过机制创新来拓展队伍建设思路，主要机制创新有：(1)“四三工程”引进高水平教师充实实验教师队伍。“四三工程”具体内容包括“三给”、“三定”、“三双”和“三探索”四个方面的特殊人事政策，即：给舞台、给条件、给经费的“三给政策”；定团队、定岗位、定职责的“三定原则”；采取双院长、双系主任、双导师的“三双制度”；开展聘任“非全时教授”、设立全球知名高校博士基金、建设海外教师培养基地的“三个探索”。通过“四三工程”建设，从国内外著名高校和科研院所引进高素质博士和专家充实到实验教师队伍，改善实验教师队伍结构。(2)“双导师制”引进行业技术人员充实实验教师队伍。学校根据拔尖创新人才培养的需要，从中国气象局聘请高水平的技术人员与学校教师共同指导学生，形成人才培养的“双导师制”。“行业导师”通过参与实验计划修订、教材编写和指导实验的方式，深度参与实验教学，成为实验教学中心教师队伍的重要组成部分。(3)“非全职聘任”引进企业人员充实实验教师队伍。非全职聘任人员是指根据中心任务，面向企业公开招聘，采取灵活的薪酬制度，吸纳企业人员参与到实验教学之中，将企业生产技术与实验教学有机结合。(4)“双聘制”引进科研院所人员充实实验教师队伍。依托学校与中科院大气所等科研院所的紧密联系，采用灵活的用人机制，实现原用人单位与实验教学中心双重聘用的办法，辅以薪酬激励，吸纳科研院所高水平的研究人员加盟实验教学中心，将最新的科研成果转化为实验教学内容。双聘制人员的人事关系仍在原单位，根据实验教学任务要求，与原单位协商确定后按协议管理。(5)“月薪制”引进国外研究人员充实实验教师队伍。利用WMO优势，采取 “月薪制、日新制”等灵活的薪酬制度，聘请WMO专家为实验中心开设实验教学示范课程，拓宽师生的国际视野。

2.5 探索“两个结合”的实验教学方法

在实验教学方法改革中，提出了“业务培训与基础实验相结合、科研与实验教学相结合”的“两个结合”实验教学方法改革思路。通过参与中央气象台实时气象业务会商及气象业务培训，将业务培训转化为实验教学内容，使学生尽早掌握实际业务技能，以高水平的科研反哺实验教学，结合科研课题自行研制各种教学实验仪器，形成精品实验案例，将科研前沿问题引入实验教学，提升实验教学的学术性。为了提高学生的业务能力，实验教学中心建成了具有中央气象台同等水准的校气象台，并且借助与中央气象台和各省市气象台多媒体远程音视频双向会商系统，开展会商式教学，使学生更加熟悉台站气象业务布局、技术路线、业务关联和实际业务需求。实验教学中心建有中国气象局综合观测培训实习基地、资料同化中心、农业气象试验站等实验平台，与中国气象局及各省市气象局共建一批实习实训基地，从气象信息观测、分析处理、预报预测、科研应用一整套的实训平台，可以让学生在自然环境和模拟环境中实际感受到整个气象业务的操作流程，与气象发展实际紧密结合，从而实现科教双向融合。为此，中心设立了专门的开放实验室，鼓励教师和部分学生开展开放性实验。

3 实验教学中心未来建设规划

中心坚持与时俱进的科学发展观，在“十二五”规划中，明确提出了继续按照“国家级实验教学示范中心”标准进行建设的奋斗目标，中心可持续发展的建设规划为：(1)深化三方共建机制，教学科研并重，增强协同创新，集成创新资源，建设互动创新型大气科学实践创新实验室、气象灾害实时监测移动实验平台、校园气象传感网实践基地、大气科学国家级大学生校外实习基地、实时天气环境会商和预报实验室，丰富和延伸实验教学中心的功能。(2)按照大气科学与环境气象人才培养目标，丰富实验教学内涵，优化实验课程教学内容，建成科教融合实验教学体系。(3)将高新开发区科技园、中国气象科技产业园(南京园)、南京信息工程大学省级大学科技园建成学校人才培养基地；引进8家以上企业在学校设立“企业研究院”；完成产学基地建设10个，通过校企结合、科研教学相结合推进实验教学改革。(4)2015年以前引进实验教学相关人才30名，保障实验教学人员培训进修100人次以上。利用局校合作机制，建立业务部门首席预报员授课机制，每年确保5名预报员能在校内实习台进行实践教学，提高学生业务化上岗能力。

参考文献：

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