《海洋环流动力学》的教学研究

摘要：《海洋环流动力学》是培养涉海专业人才的一门重要理论课，本文就该课程的设置意义和教学内容进行了详细的讨论，并对该课程在教学过程中可能遇到的问题进行了分析并给出了解决措施，目的在于不断提高教学质量，完善课程建设。

关键词：海洋环流动力学；教学内容；问题和措施

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）37-0214-02

海洋环流是风海流和热盐环流的统称。广义上讲，风海流是指风引起的海流，一般发生在上层大洋（海面到1000米水深层），而热盐环流则是由于海水温度（热）和盐度（盐）变化导致海水密度分布不均匀所产生的密度流，形成于南北两极，构成了世界大洋的深层水。海洋环流动力学作为物理海洋学的一个重要研究领域，重点关注海洋环流是如何产生的以及怎样发展的？或者说其背后的动力机制是怎样的？它是物理海洋学最为重要而且应用最为广泛的研究方向。事实上，舰船航行轨迹、鱼类洄游周期、污染物迁移方式、气候变化规律都离不开海洋环流的影响。正因为海洋环流与国防建设、航运安全、渔业生产、气候变化、海洋生态环境保护等领域都有着千丝万缕的联系，因此有必要深入了解其形成发展的动力机制，并建立成熟可靠的预测技术，这对于我们认识海洋、利用海洋都有着非常重要的意义。《海洋环流动力学》作为一门课程，就是把相关研究领域的基本概念、重要理论、研究方法和最新进展介绍给学生，拓展具有海洋学专业背景（不仅仅局限于物理海洋学专业）的学生的研究视野，提高其认识海洋、了解海洋的综合专业素质。进入21世纪以来，我国涉海专业院所如雨后春笋般地迅速发展壮大，在这众多高等院校中，只有少数几所高校如中国海洋大学和厦门大学具有开办涉海专业课程和培养涉海专业人才的传统和经验，而大多数新生的海洋院校基本上都是借国家提升海洋发展战略的东风，或合并院系或调整专业办学，形成了目前的海洋学科。这些院校由于缺乏从事综合性海洋科学研究和教学的基础，因此在办学理念和专业结构设置上就不可避免地存在这样或那样的问题。本文的目的就是结合作者在《海洋环流动力学》这门课程的教学实践以及在相关领域的科学研究当中所遇到的一些问题进行了探讨，并给出了相应的解决措施，希望以此逐步完善相关课程的教学科研工作。

一、课程设置要求及主要教学内容

《海洋环流动力学》课程的教学内容紧紧围绕海洋环流动力的过程和控制机制展开，包括介绍和海洋环流密切相关的海水的温盐特性、水团划分、海水运动的主要形式、海水运动的受力分析、运动方程的推导以及尺度分析等。涉及到海洋环流动力本身，详细分析了地转流的特征、产生原因及其对水体输运的影响；风生大洋环流的重要理论、适用条件及存在缺陷，重点介绍大洋西向强化或者说西边界强流的形成机制及理论发展脉络。另外，补偿流（上升流和下降流）与上层大洋环流之间的关系，热盐环流的基本特征，海气相互作用的典型过程——厄尔尼诺现象也是本门课程所要讨论的内容；对于大洋环流中的长波效应尤其是Kelwin波和Rossby波也要加以介绍，这是因为大洋东西两侧的风场和海面高度等信息的快速变化往往是由这些传播速度更快的长波传递的。除了大洋环流外，本门课程还要有针对性地对中国近海环流加以介绍，中国近300万平方公里的蓝色国土以往是被我们所忽视的。最后，本门课程安排了海洋数值模型的相关内容，帮助学生掌握更多了解海洋环流动力过程的研究手段。综上所述，本门课程所涉及的教学内容非常宽泛，每一个知识点都可作为一门单独的课程进行讲解。因此教师在实际教学过程中可针对学生的专业方向以及课程所安排的具体学时数对相关内容进行斟酌取舍。本门课程所研究的海洋环流动力过程涉及较多的受力分析、公式推导和偏微分方程的求解，因此要求学生在学习本门课程之前必须具备较好的数理基础和计算机编程方面的技能。鉴于此，本门课程的授课对象只适合于高年级的本科生或研究生，而且是在这些学生修完了《海洋科学导论》、《物理海洋学》、《高等数学》和《计算机编程》等相关课程之后才能开始本门课程的学习。

二、课程教学过程的问题及相应措施

《海洋环流动力学》实际上就是从数学和物理的角度去了解和认识海洋，是一门专业性很强的课程。本门课程的教学重点集中在海洋动力过程的机制分析上，对于课程涉及的一般概念、理论和研究方法稍加介绍，而针对每章的重点和难点内容详细剖析，并布置好相應的问题思考，让学生能够举一反三。教学内容应注意理论联系实际，针对比较常见的海洋环流系统，在强调其物理过程的基础上给出物理过程背后的控制方程，引导学生学会简化方程和求解方程，并通过对方程解析解的分析进一步加深学生对有关物理过程的认识。同时，注重专业知识的更新和重要理论的应用，通过介绍某一相关科学问题的最新进展，拓展教学内容，加大课堂知识的信息量。本门课程的知识体系是从海洋科学的研究实践过程中诞生并发展起来的，这方面由于西方国家具有认识和开发海洋的悠久历史，积累了大量相关的科研和教学素材，进而形成了比较完善的专业知识体系。这些都是我们在办学乃至课程教学过程中需要学习和借鉴的。为了提高学生的学习兴趣，在教学过程中应采用多样化的教学手段，例如借助各种软件绘制的图片、卫星遥感图片、动画电影的形式等，把特定海域海流发展过程和水文要素变化过程动态地展示出来，这样就避免了单纯语言描述的枯燥性，为学生深入学习这些过程背后的动力机制创造条件。教和学是不可分割的一个整体，互动式教学最主要的形式就是提问，不仅仅局限教师提问学生回答，还要鼓励学生对自己不理解或不清楚的知识进行提问，教师耐心解答。只有这样才能引导学生多观察、勤思考，消化自己所学的知识。课堂讨论也是互动式教学的重要形式，针对某一海洋环流动力过程及其带来的生态效应开展相关课题的讨论，可以培养学生查阅文献分析问题的能力，提高学生学习知识的主观能动性。注重物理过程的数学语言表达，尽可能把数学公式的推导过程用板书的形式写在黑板上，帮助学生理解和消化。最后，为了确保不同章节教学内容的连续性，在每一章节教学内容开始时，对上一章节所讲授的知识点进行简要的复习；在本章结束时，对本章的教学内容进行简要的回顾，这样就可以形成一个比较完整的知识结构了。

综上所述，涉海专业重要的专业课《海洋环流动力学》的设置意义和教学内容，以及如何提高学生的数学物理技能和开展多样化的教学模式可以调动学生的学习积极性，这是提高本门课程教和学质量的关键因素。

参考文献：

[1]叶安乐，李凤岐.物理海洋学[M].青岛海洋大学出版社，1992.

[2]冯士筰，李凤岐，李少菁.海洋科学导论[M].北京：高等教育出版社，1999.

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[4]黄瑞新.大洋环流——风生与热盐过程[M].乐肯堂，史久新，译.北京：高等教育出版社，2012.

[5]Stewart R.H. Introduction to Physical Oceanography，2005.

基金项目：上海市教委创新项目（12ZZ165）。

作者简介：刘浩（1972-），男，博士，副教授，主要从事物理海洋学方面的教学和科研工作。