一流大学背景下大气科学专业课程改革探研

祝薇+郭丽青+黎伟标

摘要：本文在中山大学教学改革专项基金的支持下，介绍了大气科学核心专业课程之一的“雷达气象学”课程创新改革探研情况，拟通过对课程改革建设成果的实践分析，探索分析大气科学学科专业课程改革的重点和难点。提出在大气科学专业课程教学中，加入创新性实验教学、开放性研究以及网络教学环节等平台和教学手段，无论学生还是教者均受益，教学效果远远可超过单纯专业理论教学的结论。

关键词：一流大学;大气科学;课程建设

我国一流大学对不同的一级学科人才培养有不同的具体规定和要求，如何进行课程改革培养拔尖人才是众多学者研究的内容。在我国气象服务事业对一流人才迫切需要的大背景下，我们通过对中国气象局发布的《气象发展规划（2011—2015年）》以及长期发展规划的内容解读，对中山大学大气科学专业核心课程之一的“雷达气象学”课程建设进行研究，分析一流大学大气科学专业课程改革的重点和难点，探索一流大学专业人才培养的新途径和方法。

“十一五”规划期间，我国新建新一代天气雷达73部，形成了由164部新一代天气雷达组成的雷达观测网，为天气预报特别是灾害性天气预警预报提供有效的服务。“十二五”规划把天气雷达工程作为我国积极推进建设的重点工程之一，要求天气雷达观测覆盖率提高10%左右。[1]我国《气象部门人才发展规划（2013-2020年）》则明确我国目前是“一流装备、一流技术、一流人才、一流台站”四个一流的战略目标攻坚时期，尊重人才，坚持以用为本，把人才建设确定为气象发展主要目标之一。

本文在中山大学本科教学改革专项基金的支持下，围绕一流人才培养的宗旨，介绍了专业课程的教学内容、教学方法创新改革及优化建设的情况以及取得的积极成果。

一、课程教学大纲设置及重点

（一）专业课程教学大纲改革的必要性

课程大纲是任课教师依据学科特点、社会需求以及教育部对学科的要求，编写的能体现专业课程教学的计划大纲，包括整体教学实施的目标与基本要求、课程内容以及课程实施的所需条件等。课程教学大纲有利于学生明白课程内容以及老师对本课程教学工作的总体要求，引导学生树立整体学习理念。教学大纲有利于学校主管部门对课程进行审核、管理和评价。课程大纲要求教师把握自己的教学工作，遵循教学工作的系统性、整体性和可预见性。学生从大纲能够知晓整个课程的教学目的、要求和课程评价方法。根据中山大学教务处的要求，任课教师必须每年对教学大纲进行检查更新，学校对此建立了完整的审核制度，专业课程教学大纲的定期修订是必须进行的工作。

（二）专业课程教学大纲修订的重点

大气科学作为中山大学的一级学科，教学大纲的修订须紧紧围绕我国气象事业的发展对人才培养的需求。所以，修订重点在于如何切合我国气象事业日新月异的发展步伐，达到学以致用的教学目标。在内容上，教学大纲除了考虑一般学生的需求外，还需注重拔尖学生在教学课程建设中的培养问题，如何根据个体差异因材施教，避免强求一律，如何开发优秀学生的个性和创新能力以提升学生整体竞争能力，如何设计实验项目及开放性研究学习，鼓励学生创新思维、自主开发、公开公平竞争。以拔尖带动全局，统筹推进课程的协调发展，在教学手段上要进行如何的改革，在教学形式上要如何建设等，这些都是我们在修订专业课程大纲时必须考虑的重点。

（三）“雷达气象学”教学大纲修订实例

我们在多年专业教学经验的基础上，结合当前我国气象事业发展形式的要求，在2013年对“雷达气象学”教学大纲进行了较全面的调整，将课程大纲由原来单纯理论教学体系改革成为“1+1”（1学分理论，1学分实验）课程体系，其中理论部分占18学时，实验部分占36学时，共54学时。同时，网络课程教学配合开展，使整个课程体系完整化、系统化。

实验教学大纲建设部分，我们给学生量身设计实验及研究性项目十余项，包括新一代多普勒雷达基数据读取、雷达产品生成系统、雷达工作站终端的设置及相关操作、新一代雷达暴雨回波资料分析、新一代天气雷达冰雹回波资料分析、新一代天气雷达台风回波资料分析、雷达灾害性天气综合分析及预警预报、雷达资料质量控制、雷达资料的同化、风场反演等。实验及开放性研究有必做项目也有自选项目，以使优秀学生有自主创新的空间。指导学生独立思考，培养独立分析问题、解决问题的能力。此外，创建以讨论组方式进行的研究性学习，使学生在学习时无形中养成了团队协作的学习讨论氛围。对实验报告严格把关，要求以正式论文的形式完成实验报告。

二、课程教学资源整合及难点

（一）课程教学资源整合的必要性

大气科学专业由于其学科的独特性，教学资源是专业课程建设的基础和保障，专业实验教学资源是专业课程资源的一部分。以中山大学为例，校内有大气探测实验实习基地、气象观测场、气象台，校外大部分省市气象局设有学校大气科学实验实习基地，它们均为学生实验实习教学工作提供场地。目前，这四部分的教学资源未进行整合，分别进行实验教学，这不仅使得有些实验教学重复开展，而且造成实验教学资源的浪费。整合专业课程实验教学资源不仅可以提高教学效率，激发学生的学习积极性，而且可以节约教学资源成本，因此整合实验教学资源不仅有必要，且具有极其重要的意义。

（二）教学资源建设现状及整合难点

 传统教学资源建设模式的主要问题体现在：资源建设经费不集中，难以形成规模效益;低水平重复建设现象严重，资源质量良莠不齐;优质资源共享不充分，受益范围有限。[2]如何摒弃“教学资源仅靠教学单位自己建”的狭隘思想，融合教学资源整合理念，形成区域教学资源优势互补，大幅提高资源质量和增加资源数量，促使学校与学校之间、学科与学科之间、学校与气象局之间教学信息资源达到共享，促使优质教学信息资源在更大范围内的整合化是目前教学资源整合的难点。

（三）教学资源整合创新

 近几年来，中山大学加大学科建设的投入，大气科学本科教学资源建设经费基本上由以下几方面组成：学校“985”人才培养计划、教育部或省级教学示范中心建设、学校教改基金、精品课程建设、学校教学日常运行设备购置等。总体来看，下拨的经费主要是用于重点教学项目的建设、新建课程建设、实验教学中心以及本科教学平台基本运行费用等，远远不能满足大气科学学科理想的专业课程建设需求。在如此需求经费缺口较大的具体情况下，只能利用其他资源进行课程建设，比如学校资源整合、科研条件用于教学、与省市气象局合作办学、自制创新实验教学设备等，均是解决的出路。多方资源整合是当今及今后办学之路。

以中山大学大气科学实验教学平台为例，近三年，“985”三期人才培养建设投入近60万，省教学实验示范中心建设投入约25万，主要用于对长期老化实验教学设备进行更新升级以及实验教学条件的改善。此外，中大与广东省、市气象局多方积极加强合作，共建共享教学资源平台，完成了天气业务信息共享平台的建设、雷达数据库、雷达数据处理系统、终端显示回放系统的建设。同时，通过接入中国移动10M气象数据专线，学生可实时调用相关数据进行天气预报的实践学习。此外，我们把教学资源开发与科研项目成果有机结合，使成果应用于教学，让有潜力有兴趣的优秀同学参与到课题组研究学习中。在理论和实验教学中，我们把充分启发学生创造性思维放在首位，坚持培养引导、理论与实践相结合，在教学中培养学生的独立思考能力，以此形成良性机制，提升教学效果。

三、课程教学体系创新改革

（一）理论教学改革

理论教学是必须的教学环节，课堂理论教学的学习和运用是影响课堂教学质量的重要因素。其中，如何提高课堂教学质量、激发学生的创新能力和学习积极性也是大家一直探讨的重要课题。我们在理论教学改革中发现，把当前气象部门业务中常用的事例或实例用到理论教学中，能收到不错的效果。

例如“雷达气象学”理论课程要求学生牢固掌握雷达的工作机理，气象目标对雷达电磁波的散射，大气、云、降水粒子对雷达波的衰减，雷达气象方程，超短波在大气中的折射，雷达探测能力和准确度，脉冲多普勒天气雷达探测，多普勒天气雷达回波的识别和分析方法等[3] 。我们在内容上，增加充实了以2012年广东省新一代雷达网探测的冰雹、台风、暴雨等全年灾害性天气数据为基础的雷达产品的深度学习环节，从产品的基数据到通过仿真回放系统对产品的生成，使学生能更直观更科学地学到雷达回波分析知识。

（二）网络教学建设关键点

课程教学网络化是建设自主学习体系的重要支撑，是学生在网络环境下学习的一种重要的学习资源。我们从长期的教学经验总结出，一个成功的网络课程教学平台，关键点在于网络教学模块的设计，基本分为四大模块：专业知识、网上教学、习题与解答、互动交流。其中，网上教学模块又分为理论教学和实验教学两个分支。在专业知识模块设计中应既能让学生可以随时随地下载学习资源，又能作尽可能详尽的教学内容指导。

在中山大学教学改革基金立项给予“雷达气象学”课程网络建设的支持下，我们从网络教学结构的设计到内容的选定，直至最后的网络教学平台的搭建，实现以学生为中心，以应用分析能力培养为目标，以现代网络技术和大量新一代多普勒天气雷达回波资料为支撑的多媒体教学与网络自主学习相结合的学习环境和体系的构建，开发了网络学习课件，建设了网络辅导和作业系统，实现教学资源的整合，创建学生互教互学机制，建立科学的网络教学管理系统，使学生学有所获。新一代多普勒天气雷达网络平台分为四大模块，并另预留实验模块以便进一步完善整个专业网络课程体系。四大模块为：理论知识、网上教学（主要着重于灾害性天气回波资料分析，如台风、冰雹、龙卷、下击暴流、雷暴等）、习题与解答、学生互动交流。各模块运用Fireworks、Photoshop、ACDSEE、Visio等软件处理图像和进行平面设计，利用Dreamweaver进行网页设计，Flash进行动画设计，设计出先进、专业、简洁直观、可操作性强、时尚的网络教学课程系统。本平台对加强学生对灾害性天气分析预报的能力培养，具有很强的现实指导意义。

（三）实验及研究性学习建设

实验教学部分是不可或缺的教学环节，而有效推进研究型教学是提升人才培养质量的发展趋势。 培养一流人才，开展科研工作的宗旨在于发现和创造新知识，而培养创新型人才更离不开实验教学。

中山大学对“雷达气象学”课程建设增加了实验教学，编写了《新一代多普勒天气雷达资料分析》实验讲义。讲义一方面汇集了由广东省新一代雷达监测网对2012年全年冰雹、暴雨、台风等灾害性天气现象雷达观测数据进行质量控制后，得到的新一代天气雷达基本数据产品、物理量产品、风场反演产品、强天气自动识别和跟踪产品等27类、五十余张回波图像，供学生实验教学之用;另一方面汇集了新建实验项目、开放性研究学习项目十余项，并要求以正式论文形式提交综合实验报告。

经过近几年的实践，“雷达气象学”课程考试一次通过率保持100%，优秀率由原来的43%上升到79%，出勤率由原来的85%上升到95%以上。教学效果学生反映良好，学生通过创新教学实验和研究性学习后，对研究学习产生了兴趣。有的学生直接加入了老师的科研团队，有的学生因而萌生了继续深造的热情，例如马文倩同学被保送到清华大学，于威同学被保送到南京大学继续硕博深造等。

四、结论

通过对一流大学大气科学专业课程建设的探研，得出以下几点结论：教学大纲修订重点要紧跟我国气象事业日新月异的发展对人才的要求，达到学以致用的教学目标;教学资源建设及整合难点的攻坚关键，在于提高教师队伍业务整体水平，争取课题负责人的支持和理解，使研究资源用于教学，实现学研互进机制、跨学科促进整合机制、省市气象局与学校共同建设、学生创新研究等方面;理论教学、网络教学平台、实验教学和研究性学习，是培养现代化急需人才很好的教学方法和教学手段。我们注意到，专业理论课程教学加入实验建设环节后，无论学生还是教者均受益，教学效果可远远超过单纯理论教学。本文亦为兄弟院校的相关专业课程建设提供可借鉴的经验。

参考文献：

[1]中国气象局. 气象发展规划（2011～2015年）[EB/OL]. http：//zwgk.cma.gov.cn/web/showsendinfo.jsp？id=4362.2011-12-07.

[2]杨文正.基础教育信息资源优化配置模式与机制研究[D].武汉：华中师范大学，2014.

[3] 张培昌等. 雷达气象学[M].北京：气象出版社， 2011.1-3.