大气科学专业实习短学期课程探索与实践

刘 瑞，朱佩君

（浙江大学 地球科学学院，浙江 杭州 310027）

1 课程背景

大气科学的主要任务是认识大气运动和大气中各种物理、化学、生物过程的基本规律及其与周围环境的相互作用，发展新的探测和实验手段，为天气、气候和环境的监测、预报和控制提供理论和方法，从而服务于国民经济和社会发展，是一个有很强应用目标的公益性基础学科[1]。20 世纪80 年代以来，随着地球系统科学和各圈层相互作用概念的提出，大气科学研究进入了一个崭新的历史发展时期，更注重学生综合能力的培养[2]，实践教学是巩固学生专业基本理论、加强理论联系实际、培养学生分析和解决问题能力、提高学生综合素质的重要环节[3-4]。在学科以及大学教育的环境背景下，浙江大学大气科学专业实践教学课程建设贯彻学校关于开展本科生深度实习的指导意见，结合大气科学专业特点，自2015 年开始，有针对性地对实践教学课程进行改革，实现实践教学立体化。其中，大气科学实践教学包括三个短学期课程（暑期短学期课程），分别针对一至三年级学生的认识实习（15 天，96 学时）、专业实习（20 天，128 学时）和综合实习（20 天，128 学时）。短学期实习首先要求在实习内容建设上实现逐层推进，使学生在专业的内涵和外延上，由初步认识提升到对科学问题和实际业务问题的综合解答。其次，解决实习课程建设的关键问题，包括如何充实实践内容并稳步发展，如何使学生有更多自主学习和思考的机会，如何客观评价实践效果等。其中，大气科学专业实习课程是大气科学专业学生进行初步科研的实践阶段，是认识实习、综合实习的中间环节，具有“承上启下”的作用。如何在本科二年级利用大量专业课较好地引导学生，激发学生专业学习、科研研究的兴趣，是大气科学专业实习课程的核心任务。

2 课程情况

考虑到大气科学本身交叉性强及行业需求特点，并结合课程定位、学生培养阶段现状、产教融合的需求等[5-7]，通过多方面的调研、探索，形成了本课程教学特色。

2.1 教学安排

本课程前期介绍大气科学有关分支方向研究概况，学生根据兴趣选择研究方向和具体研究题目，题目选定后进行阅读文献、数据资料获取与整理、数据诊断、绘图、分析、撰写研究报告等。具体内容及课时分布见表1，实际操作过程中，环节1、5 为基本课时，其他环节根据学生个人情况所用课时有所不同。

表1 教学安排

2.2 教学资源及实践题目来源

教师团队由课程教师、大气科学系教师、浙江省气象局及下属单位专家以及其他气象业务单位专家组成（如阿克苏气象局等）。

本课程要求每位学生选定一个实践题目，课程结束后提交一份论文形式的研究报告，实践题目来源多样性，有科教协同创新项目（该项目有具体实施方案表，其中有多个实践题目，且不定期更新）、学校SRTP、探究性实验项目（学生基于这些平台申请或者已经立项），教师团队科研项目（从科研项目中演化合理的实践题目）以及学生兴趣（比如以往几届藏族学生对于青藏高原地区相关的天气、气候、环境等关注度更高）。

有效的数据和计算条件的支撑，是较好完成实践题目的前提。局校（气象局与高校）合作为部分数据提供了保障；学校、学院加强改善实验教学条件，2017年底完成气象信息CMACast 用户站系统大型仪器安装调试，实现县级气象站建站，运行情况持续稳定、状况良好，每天接收约50 G 气象信息数据，资料覆盖地面、高空实况、城市预报、数值预报、雷达、卫星等，目前达到近10 T 数据量；本课程依附大气科学实践中心，该平台实时下载、存储大气科学相关数据，如FNL 再分析数据、降水融合数据、卫星陆地海洋遥感数据、典型天气过程个例数据等，目前平台数据量近20 T，有条件支撑各类实践项目。

大气科学实践中心具有 8 万亿次运算能力的TC5000 曙光高性能服务器系统以及3 台小型服务器，在计算条件方面提供了保障。

2.3 教学评价

学生通过课堂研究方向的介绍、图书馆数据库文献资料阅读、研究数据资料下载、诊断分析程序设计、绘图和分析、论文撰写等阶段，最终完成并提交专业研究报告。教师根据报告完成情况给出综合评价。评价指标见表2，旨在引导学生注重科研规范养成，并且在一定程度上把握学生报告内容的质量。

表2 学生报告评价标准

3 效果、存在问题及解决办法

2015—2019 年，参与该课程的学生完成52 个实践题目，有针对区域极端天气的，也有针对全球尺度下气溶胶分布特征的，方向覆盖天气、气候、环境、航空、大气物理等；有主要进行统计分析的，也有对专业的数值的反演及模拟，其中应用于实际业务单位成果3 项，并在此过程训练中后续引导成功发表SCI论文1 篇[8]。

科研课题向实验教学转化具有重要意义[9-10]，但科研任务和教学实验中存在一些矛盾[11-12]，就浙江大学大气科学专业实习课程而言，主要矛盾是科研课题所涉及的知识较综合，具有一定的专业深度，或是科学前沿；而教学实验对学生相关知识的要求是基础性或是综合的知识或技能[12]。结合培养方案，此时学生还没有接触到一些核心专业课程，所以一方面采取科研项目合理分解的方式[12-13]，减轻学生实习实践压力；另一方面基于科研项目“演化”出基础的科学问题，比如对一个概念比较大的题目“降水与温度的关系”，进行发散式的探究，学生可以从不同的时空范围下充分探讨降水与温度的关系。

随着课程进行到后期，学生实践出现拖沓，逐渐演变为中断状态[5]，教师需要及时关注学生动态，考虑实习题目的难度，将题目内容有效分解，使学生能分阶段完成，但是要求每项阶段性工作充分、详实。

最后，在高校大力鼓励学生自主创新、培养学生研究能力、动手能力大环境下，学生立项普遍，有些学生可能会承担多个项目，此时需要充分考虑学生的个人能力、尊重学生的个人意愿，否则会导致学生疲于立项、疲于完成任务，无法实现自主创新立项的本意。

4 结语

大气科学不仅是理论科学，更是一门实验科学，涉及大气、海洋、陆地等许多方面。基于学科特点和复合型人才需求的行业要求以及当前教学现状，大气科学专业实习立足教学，组成了一支包括不同研究方向的教师和气象局不同业务岗位专家的教师队伍，充分利用局校双方智力资源和科技条件，实现优势互补，培养学生自主学习能力、独立解决问题能力、科研创新与实践能力。课程项目部分覆盖气象局实际业务需求，将知识转换为生产力，真正将产、教、学、研、用有机结合。希望这样的“组合”模式可以给兄弟院校实验教学提供借鉴及参考。