融入海洋特色的大气化学课程教学知识点设计与教学实践

［摘 要］当前海洋环境问题与气候变化的相互作用日益密切，跨学科复合型人才的培养变得尤为重要。文章针对大气化学课程，提出了融入海洋特色的教学设计和实践模式。通过系统梳理教学目标与现存问题，文章提出了将海洋科学知识有机融入课程的知识点设计，并结合多样化的教学实践手段，如基于问题的教学、案例分析等，进一步提升了课程的创新性和实用性。通过教学实践检验发现，融入海洋特色的教学方法显著提升了学生的学科交叉能力，增强了他们保护环境的责任感，为培养具备大气与海洋科学知识的高素质人才提供了有力支撑。

［关键词］大气化学；教学设计；教学实践；海洋特色

［中图分类号］G642 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2025）01-0089-05

［摘 要］当前海洋环境问题与气候变化的相互作用日益密切，跨学科复合型人才的培养变得尤为重要。文章针对大气化学课程，提出了融入海洋特色的教学设计和实践模式。通过系统梳理教学目标与现存问题，文章提出了将海洋科学知识有机融入课程的知识点设计，并结合多样化的教学实践手段，如基于问题的教学、案例分析等，进一步提升了课程的创新性和实用性。通过教学实践检验发现，融入海洋特色的教学方法显著提升了学生的学科交叉能力，增强了他们保护环境的责任感，为培养具备大气与海洋科学知识的高素质人才提供了有力支撑。

［关键词］大气化学；教学设计；教学实践；海洋特色

［中图分类号］G642 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2025）01-0089-05

作为一门旨在认识、理解和解决大气环境问题的重要课程，大气化学课程在现代高等教育体系中占据着关键地位[1-2]。大气科学类课程蕴含着“人与自然和谐相处”的深刻内涵，围绕该类课程的教学模式、教学改革和课程思政的研究日益丰富。康娜等提出了合作化、现代化、多样化和实践化的教学模式，并将其应用于大气化学课程教学中，取得了显著的效果[2]。于兴娜从教学目标、教学内容及教学实践等多个角度对大气化学课程改革进行了深入探讨，为进一步优化该课程教学提供了有力的理论和数据支撑[3]。樊晋等系统分析了大气化学基础课程的特征、课程教学中存在的问题，并初步探索了课程的教学方法[4]。黄小娟等通过将典型案例融入大气化学课程的教学实践，创新性地开展了混合式教学，显著提升了教学质量[5]。此外，樊晋等还深入挖掘和提炼了大气化学基础课程中的思政元素，探索了思政内容与专业知识的“基因式”融合，并设计了相应的课程思政教学示例，展示了具体的课堂实践过程[6]。

以二氧化碳（CO2）为代表的温室气体的大量排放是全球变暖的主要驱动因素之一。人类活动排放的CO2中有相当部分被海洋吸收[7-8]，而来自海洋的气溶胶（如硫酸盐等）对全球变暖具有显著负反馈作用，在一定程度上减缓了气候变暖的进程[9]。沙尘和硝酸盐等气溶胶还为上层海洋的浮游植物提供了必要的营养物质。研究结果表明，大气化学与海洋和气候变化之间存在密切的联系。本文基于大气与海洋科学交叉复合型人才培养目标，将海洋特色融入大气化学课程设计，在阐明教学目标及当前教学中存在问题的基础上，进一步探讨了教学知识点的设计与教学实践。

一、大气化学课程教学目标及课程教学存在的问题

广东海洋大学大气化学课程是为大气科学和应用气象学专业本科一年级学生设置的专业课程。该课程具备海洋科学与大气科学交叉学科的特点，能够促进大气与海洋科学复合型人才的培养。融入海洋特色的大气化学课程教学目标主要包括：在知识层面，让学生掌握大气化学的基础知识和基本理论，形成系统的地球科学思维；在能力层面，培养学生运用大气化学知识解释大气化学污染现象和机制的能力，能够对大气环境、全球变暖、气候变化、碳中和等前沿热点问题进行综合分析与跨学科思考；在素质层面，注重培养学生的创新意识和科学素养，使其具备广泛的多学科基础知识储备，能够在未来的职业生涯中胜任不同专业领域的工作。此外，课程还通过整合思政元素，增强学生的社会责任感和环境保护意识。

然而，在教学过程中，该课程内容和方法仍存在一些问题。一是课程设置缺乏对基础化学知识的回顾，对于专业基础薄弱的学生来说，增加了其学习的难度，降低了其学习的积极性。二是教学内容更新不及时，未能充分融入最新的研究成果和领域热点，内容深度不够。三是课程对海洋特色的融入仍显不足，未能有效体现温室气体、大气气溶胶、氟氯烃等与海洋科学的联系，跨学科内容较为匮乏。四是教学方式较为单一，主要依赖传统讲授方式，学生互动参与度低，不利于其自主学习能力和创新思维的培养，未能完全实现以学生为中心。此外，课程在思政元素融入方面也存在不足，未能有机结合专业教学与思政教育，在深化内容、提升课程创新性和挑战度方面仍有较大的改进空间。

二、融入海洋特色的大气化学课程教学知识点设计

笔者对课程的主要内容进行了详细的分析和梳理，包括绪论、控制大气化学成分的关键过程、大气光化学反应基础与大气臭氧、大气微量化学成分的源汇与循环、大气气溶胶、云雾降水化学、大气组成变化和气候环境问题。在这一过程中，注重将海洋科学的相关知识有机融入大气化学的教学中，确保知识体系的连贯性和完整性，并通过思考题和作业题强化学生的理解与应用能力。

在“绪论”部分，主要教学内容包括大气化学的概念、研究内容、方法、大气的组成和结构、地球大气的形成和演化。与此相关的重要知识点的思考题和作业题包括：（1）大气化学在地球科学中的地位；（2）常见的大气化学问题；（3）大气环境污染问题与大气化学研究的发展；（4）大气化学的研究内容和研究方法；（5）大气组分浓度的表示方法和互相换算；（6）现代大气组成与垂直结构；（7）早期还原型大气的形成与演化。教师应结合这些内容，在教学中自然融入海洋元素，例如大气科学与海洋科学的相互关系、全球变暖问题、温室气体的源汇格局与循环过程、地球大气演化过程中海洋的作用。通过教学，学生能够理解大气科学与海洋科学的学科交叉属性。同时，从大气环境污染问题出发，融入思政元素，让学生了解我国在大气污染治理和保护方面（如沙尘暴、雾霾、酸雨）付出的巨大人力、物力和时间成本，感悟“牢记使命、艰苦创业、绿色发展”的塞罕坝精神。

在“控制大气化学成分的关键过程”部分，主要教学内容包括源排放、输送过程、化学反应和清除过程。与此相关的思考题和作业题包括：（1）不同大气化学组分的自然源和人为源的差异；（2）输送过程在大气化学中的重要性；（3）3类化学反应的特点；（4）不同大气化学组分干、湿清除的差异。在这些知识点的教学实践中，教师要特别注重对学生地球科学思维的培养，让学生结合源汇格局和循环过程来理解大气化学组分的变化。要重点阐述CO2、二甲基硫等与海洋密切相关的组分，让学生充分理解大气与海洋的相互作用。在输送过程一节，要融入“地球村”的概念，让学生理解大气污染无国界的特点，认识在大气环境保护上开展国际合作的重要性。

在“大气光化学反应基础与大气臭氧”部分，主要教学内容包括光化学基础、氮-氧大气的光化学平衡理论、平流层臭氧、对流层臭氧和臭氧观测概要。与此相关的思考题和作业题包括：（1）光辐射的基本概念；（2）臭氧的基本特征、吸收光谱与朗伯-比尔定律、产生与降解、光化学平衡的查普曼机制；（3）平流层臭氧和对流层臭氧差异；（4）臭氧的垂直分布、水平分布、时间变化；（5）南极臭氧空洞与平流层臭氧破坏的氯、溴机制；（6）对流层臭氧的分布、变化、源、汇、氮-氧化学平衡、一氧化碳和挥发性有机碳参与的对流层臭氧产生；（7）臭氧损耗物质和臭氧损耗潜势。在这些知识点的教学实践中，鉴于对流层和平流层臭氧的巨大差异，宜采用比较法，让学生更准确地掌握这些知识点。此外，基于具体案例，比如破坏臭氧层的氟氯烃是示踪海洋水团运动的良好指标，进一步强化大气科学与海洋科学的联系。同时，结合对流层臭氧的“污染物”和平流层臭氧的“保护层”特点开展教学，培养学生的辩证思维能力。

在“大气微量化学成分的源汇与循环”部分，主要教学内容包括：水循环、氢循环、碳循环（CO2、一氧化碳、甲烷、挥发性有机碳）、氮循环（氧化亚氮、氮氧化物）和硫循环。与此相关的思考题和作业题包括：（1）大气CO2的源和汇；（2）人类活动对CO2的源的影响；（3）CO2在大气、陆地和海洋的分配以及源汇“不平衡”；（4）工业革命至今，CO2排放的增长与不同国家地区的贡献；（5）一氧化碳的源、汇与分布；（6）甲烷的温室效应、源、汇与时空分布；（7）氧化亚氮的温室效应、源、汇与时空分布；（8）氮氧化物的源、汇与时空分布。结合这些知识点开展教学实践，学生能充分理解温室气体和温室效应，以及在此过程中人类活动所扮演的角色。了解海洋在上述大气微量化学成分的源、汇中扮演的重要角色，比如海洋吸收了大量的CO2、海洋提供了大量的羟基自由基，这是降低一氧化碳含量的重要途径。同时，让学生了解最新的科研成果（学术论文、联合国政府间气候变化专门委员会报告等），深入理解时刻变化的大气微量化学成分的源汇格局和循环过程。比如，海洋吸收CO2是具有代价的，海水吸收CO2会导致其pH值降低，进而损害以珊瑚为代表的海洋生态系统。通过教学，学生能够更加深刻地理解大气科学与海洋科学的密切联系，也明白国家“双碳”目标要求，体会到“碳减排”的重要意义，自觉树立避免浪费、节能减排、健康生活、少耗资源的意识。

在“大气气溶胶”部分，主要教学内容包括：气溶胶的基本概念、气溶胶的物理和化学属性、气溶胶的源与汇、气溶胶的观测。与此相关的思考题和作业题包括：（1）粒径、等效直径的概念以及气溶胶研究中常用的等效直径；（2）大气颗粒物按照粒径的分类；（3）大气颗粒物按照来源的分类；（4）气溶胶的粒径谱与三模态模型；（5）气溶胶的化学组成；（6）气溶胶的源、汇与时空分布；（7）煤烟型烟雾与光化学烟雾的概念、产生机制；（8）气溶胶的气候环境效应。教师结合这些知识点开展教学实践，引导学生了解大气气溶胶理论知识和气候环境效应，认识大气气溶胶与海洋的关系，了解该部分的最新科研成果。例如，Nature上的一篇论文指出，人为活性氮排放形成的气溶胶对气候造成了净冷却效应，从而减缓了化石燃料二氧化碳排放引起的全球变暖趋势[10]。可见，虽然减少人为氮投入有利于人类健康，但也会对气候产生影响。因此，除了减少活性氮，还必须尽可能地减少温室气体的排放，尤其是化石燃料产生的二氧化碳和甲烷。只有这样，我们才能更好地保护大自然和守护人类健康。在大气气溶胶课程中融入思政要素可以通过以下几个方面实现：一是强调人类活动对大气气溶胶浓度的影响，讨论其对环境和公共健康的长远影响；二是通过案例研究，引导学生讨论减少大气污染的伦理责任和可持续发展的重要性；三是探讨国内外大气污染控制政策的制定与实施，如中国的《中华人民共和国大气污染防治法》《大气污染防治行动计划》《空气质量持续改善行动计划》以及美国的《清洁空气法案》等，分析政策的实施对减少气溶胶排放的效果；四是鼓励学生参与社区甚至更广泛的环境保护行动，如城市绿化项目、公共交通推广等；五是讨论科技在监测和控制大气气溶胶中的应用，例如遥感技术、空气质量监测站。

在“云雾降水化学”部分，主要教学内容包括云雾降水化学基础知识、云化学和雾化学、降水化学与酸雨。与此相关的思考题和作业题包括：（1）不同地区降水的化学组分；（2）酸雨的定义和危害；（3）酸沉降与世界典型酸雨区；（4）酸雨形成机制，包括硫酸型和硝酸型酸雨；（5）影响酸雨的因素；（6）酸雨的研究方法。在教学过程中，教师应引导学生理解酸雨与海洋的关系，特别是酸雨加速海洋酸化的过程。当酸雨中的硫酸和硝酸等酸性物质与海水接触时，会降低海水的pH值，导致海水酸化。海洋酸化会对依赖碳酸钙构建外壳和骨架的海洋生物（如珊瑚、贝类和某些浮游生物）产生负面影响，酸性环境可能会导致这些生物的壳体溶解，从而影响其生存和繁殖。酸雨还会导致重金属和其他有害物质流入海洋。酸性条件下，一些通常不易溶解的重金属如铅、镉和汞可能会从土壤中释放出来，通过河流流入海洋。这些重金属在海洋环境中会累积并通过食物链对海洋生物造成影响。另外，通过开展酸雨形成机制教学，让学生了解工业排放、汽车尾气和其他人类活动对大气产生的影响。讨论酸雨对土壤、水体、森林、建筑物和人类健康产生的负面影响，强调环境保护的紧迫性。降雨还会影响海洋中的营养盐循环，降雨通过河流将大量的硝酸盐和磷酸盐等营养盐带入海洋。虽然这些营养盐可以促进某些海洋浮游植物的生长，但过量的营养盐进入也可能导致海洋生态系统中的藻类过度生长，导致赤潮等有害藻华事件的发生。这些事件不仅会破坏海洋生态平衡，还可能导致海洋生物大量死亡和水质恶化。通过教学，激励学生通过社区服务、环保项目和公众科普活动参与实际的环境保护工作，肩负起其作为公民的权利和责任。

三、融入海洋特色的大气化学课程教学实践

在大气化学课程教学过程中，笔者采用“五步过程法”，旨在通过有组织的教学步骤提升学生的学习效果。在第一步“回顾”环节，教师先带领学生回顾上一节课或之前课程的相关知识点，帮助他们建立新旧知识点之间的联系。回顾可以通过提问、小测验或让学生总结上课的关键点来进行。有效的回顾可以提高学生对新知识点的吸收能力。例如，在讲授“气溶胶气候效应”这一节内容时，首先对前一节课“气溶胶的基本概念和组成”的相关内容进行回顾，通过课堂测验的形式让学生掌握气溶胶的主要类别。在第二步“引入”环节，教师需要介绍新课程的主题和目标，激发学生的兴趣。教师可以通过提出问题、展示相关图片或视频、讲述一个与课程内容相关的故事或案例来引起学生的好奇心和兴趣。引入是为了确保学生理解即将学习的内容的重要性和实用性。比如，结合之前讲过的主要温室气体（二氧化碳、甲烷、氧化亚氮）具有的温室效应，抛出问题：不同的气溶胶组成是否和温室气体一样，都具有相似的温室效应？在第三步“正课”环节，教师详细讲授新的知识点，使用清晰的讲解、示例和互动讨论来确保学生能够理解与吸收新知识。此外，可以采用多媒体教学工具和实际案例分析方法，帮助学生更好地理解复杂的概念和理论。在第四步“练习”环节，理论学习后，教师应引导学生通过练习将新知识点运用到实践中，这是巩固学习成果的关键步骤。练习可以是课堂上的小组活动、个人或小组项目、实验或模拟练习等。这些活动应具有挑战性，以加深学生对主题的理解。在第五步“总结”环节，课程的最后，教师和学生应共同总结本节课的学习内容，可以通过提问、讨论或让学生互相教学来完成。这一步骤的目的是强化学生的记忆，明确本节课的关键点，并评估学生的学习成果。这一环节着重教学效果的反馈和评估，有助于为教师提供课程设计改进方向。

笔者在教学中系统地融入了海洋特色，从气候调控与碳循环、海洋酸化、营养元素的生物地球化学循环、气候反馈机制等方面强化了大气与海洋的联系。通过这些联系，学生可以认识到大气与海洋共同作用于地球系统的重要性，了解它们在调节气候、支持生物多样性以及保持环境健康和生态平衡中的关键作用。因此，跨学科研究方法对于理解和应对全球环境变化至关重要。在全球气候快速变化和人类活动的影响下，大气化学组分的源汇格局、循环过程以及大气与海洋的相互作用处在动态变化中，相关的科研成果也非常丰富。笔者注重将具有典型性的和最新的高水平科研成果融入日常教学，不断激发学生的学习热情和科研兴趣。发表在Science的有关论文显示，过去百年来，全球陆地降水变率已经在显著增强，这在一定程度上归因于人为温室气体的排放[11]。降水变率增强会对农业生产、水资源管理、生态系统保护和社会经济产生深远影响。目前，由降水变率增强带来的一系列影响已经凸显，社会各界需要高度重视，并采取切实有效的措施来减缓其不利影响。

四、结语

笔者针对大气化学课程教学内容更新不及时等问题，系统总结和梳理了教学知识点，特别注意融入海洋特色，完善了大气化学的理论知识体系，深化了学生对大气与海洋联系的理解，培养了学生的地球科学思维。及时将最新科研成果融入教学内容，丰富了教学资源，提高了学生的学习热情。此外，将典型大气环境问题融入教学，通过气污染治理、碳减排等案例教学，培养了学生保护环境、节约能源的责任意识，提高了学生的学习热情、科学兴趣、综合素质等。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 张小林，毛毛，朱彬， 等. 《大气气溶胶》课程教学改革探讨 [J].考试周刊，2016（3）：11.

[2］ 康娜，于兴娜. 大气化学教学模式初探 [J]. 安徽职业技术学院学报，2013，12（1）：71-73.

[3］ 于兴娜. 《大气化学》课程教学的改革探索 [J]. 教育教学论坛，2013（38）： 44-46.

[4］ 樊晋，张小玲，黄小娟.“大气化学基础”课程教学方法研究与探讨[J].教育教学论坛，2021（26）： 129-132.

[5］ 黄小娟，韩琳，张小玲. 将“典型案例”融入《大气化学》课程实践的混合式教学改革初探 [J].当代教育实践与教学研究，2022（10）：37-39.

[6］ 樊晋，张小红，戴丽红，等. 《大气化学基础》课程思政实践举措 [J]. 科教导刊（电子版），2022（26）：152-154.

[7］ 周天军.土壤湿度-大气耦合加速全球变暖进程 [J].中国科学：地球科学，2024，54（3）：907-908.

[8］ 宋金明， 曲宝晓， 李学刚，等. 海洋碳汇观测与评估的现状与思考 [J].海洋科学进展，2023，41（4）：577-592.

[9］ 王东东，朱彬，万绪江.硫酸盐气溶胶间接效应对中国东部冬季气候的影响[J].气象与环境学报， 2020，36（5）：52-61.

[10］ GONG C， TIAN H Q， LIAO H，et al. Global net climate effects of anthropogenic reactive nitrogen [J].Nature， 2024，632（8025）：557-563.

[11］ ZHANG W X， ZHOU T J ， WU P L.Anthropogenic amplification of precipitation variability over the past century [J]. Science， 2024， 385（6707）： 427-432.

［责任编辑：苏祎颖］