大气科学论文
摘要：大气科学概论是我校海洋科学、海洋技术、海洋渔业与技术等涉海专业本科学生开设的专业基础课之一。本文基于涉海专业学生, 介绍了此课程的必要性, 并从教学目标、教材选用与内容甄选, 以及主要教学方法等方面阐述了该课程在实际教学中的一些有益探索与改革措施。
关键词：大气科学概论; 涉海专业; 教学探索;
Abstract：Introduction to Atmospheric Science is an important basic course for the undergraduate students of marine science, marine technology, marine fisheries science and technology, and other marine-related majors. This article presents the necessity of this course for marine-related majors. Some useful exploration and reform measures on instructional objectives, selection of teaching texts and contents and the principal teaching methods of the course are provided.
Keyword：introduction to atmospheric science; marine-related majors; practice teaching;
大气科学是地球科学的一个重要组成部分, 主要研究大气圈的组成与结构、物理现象、化学反应、运动规律, 以及如何运用这些规律为人类服务, 是一门多学科相互渗透与交叉的综合性课程[1]。当前社会的可持续发展战略、大气污染控制及海洋防灾减灾等重大问题, 都与大气科学息息相关, 因此大气科学概论既是大气科学各专业的基础课, 也是各涉海专业的必修课之一。笔者基于多年讲授大气科学概论的教学经验, 分析探讨了教学中实际的问题, 以期强化该课程的教学效果。
一、涉海专业开设大气科学概论课程的必要性
大气科学是一门多学科交叉的综合性课程, 涉及物理、化学、流体力学、数学等多个学科。近年来, 随着温室效应、全球变暖, 极端灾害天气及气候事件多发, 如何应对气候变化的需求越来越迫切。随着科技的发展, 大气科学的内容也不断更新与完善, 社会服务功能不断增强。课程的开设不仅让学生了解大气组成概况、大气辐射和热力学、大气环流、雷暴与龙卷风、热带气旋等动力学基本概念和理论, 掌握大气现象及成因、天气分析与预报方法, 还要求学生能看懂天气预报, 并能运用大气科学知识对这些自然现象进行解释。随着海洋开发战略的实施及世界航运的发展, 海上船舶事故时有发生。很多事故固然是恶劣天气及海况造成的, 但因为海上作业或者船舶操作人员缺乏大气科学或者气象学知识造成的事故也占一定的数量[2]。海洋开发及海上捕捞等作业人员如果掌握了一定的大气科学和气象学的理论知识, 可以根据自己的实际需要收集和应用各类气象信息, 避免一些事故的发生, 从而更好地保障生产、生活安全。因此对涉海专业大学生开设大气科学概论, 培养学生对天气及海况的观测与预报能力, 以及对海洋风暴潮的环境预警意识具有十分重要的意义。
二、基于专业培养目标, 甄选教材与教学内容, 构建科学的课程体系
在教材的选取上, 最初选用的是南京大学出版社出版, 徐玉貌等编著的《大气科学概论》。随着社会发展与改革开放的深入, 以及高校双语教学与全英文课程项目的实施, 2016年开始选用经典原版英文教材THE ATMOSPHERE AN INTRODUCTION TO METEOROLOGY (12th edition) , Pearson Education, Inc.。该教材具有彩色插图多、内容深入浅出、便于学生掌握和理解等优点, 如果教学中再适当增补一些关于我国天气系统的内容, 即可取得更好的教学效果。在教学内容的选择上, 本课程采用分模块教学, 共分为五个模块:大气概况、大气热力过程、大气动力过程、天气与气候、大气化学。大气概况模块主要包括大气组成结构、状态方程、垂直结构及气象因素等;大气热力学过程模块包括辐射及其定律、太阳辐射、地球辐射、能量差额及能量平衡、温度与非绝热过程、绝热过程与稳定度等;大气动力过程模块包括大气运动方程、自由大气及边界层平衡运动、大气环流等;天气与气候模块包括云、雾、降水及人工影响天气、天气系统、天气图与天气预报、气候等;大气化学模块主要介绍大气污染与化学。该课程理论教学32学时, 大气观测及海洋水文气象调查实践2周。在课程讲授中, 根据专业的不同, 对教学内容进行构建与取舍, 并注重结合科研动态与新技术及实际应用。
三、采用多种教学方法, 活跃课堂气氛, 提高学习效果
大气科学概论的内容相对繁杂而且枯燥, 概念多、公式多, 有些内容又十分抽象, 因此科学有效的教学方法显得尤为重要。在传统的课堂讲授基础上, 辅以启发式教学、案例教学、课堂讨论及影视频观看等, 增强教学效果。讲到大气动力模块时, 以历史上的台风灾害事件作为案例。比如以中国气象史上最强台风之称的桑美 (Saomai) 为例, 当时中心瞬间最大风力达到19级, 横扫福建、浙江、江西和湖南四省, 造成温州地区81人死亡、11人失踪, 带来经济损失高达49.7亿元。这样同学们的注意力瞬间被吸引到课堂上, 然后顺势引导学生去思考:桑美台风到底是什么天气特征?如何形成的呢?进而引出了台风的概念, 了解台风是怎么形成、发展以及影响台风移动路径的因素, 预测热带云团或气旋登陆地点及可能的路径难点在哪里。为了课程的趣味性, 可以给学生讲讲关于台风的命名小趣闻、台风名字的采纳与废除规则, 活跃课堂气氛, 提高学生学习的积极性和探索相关天气特征的热情。讲解最后一个大气化学模块, 可以与学生一起回忆2013年初, 席卷我国国土面积的1/4、影响人口约6亿的严重雾霾事件, 上有天堂下有苏杭的杭州城也没有幸免, 当时的断桥也呈现出了雾中看花的景象。通过大气化学模块的讲授, 让学生回答什么是雾霾, 颗粒物来源有哪些, 如何防治, 在全球变暖的气候条件下, 节能减排、低碳生活的重要意义, 引导学生树立可持续发展理念及环境保护的社会责任感。另外在教学过程中也特别注意培养学生的个性及创新意识, 通过课前提问、课堂讨论、课后作业等方式, 引导学生及时复习或预习课程内容, 提高学生的学习效果。由于是原版教材, 选择理论性不太强的章节, 让学生分组进行翻译, 并做成PPT在课堂上进行讲解, 增加学生对课堂的参与度。为了更好地让学生自主检验学习的效果, 课程设置了网上在线测试题库, 任何一个选课的同学都可以登录进去测试, 教师后台可以检查归档学生学习的状况。另外在不影响教学进度的情况下, 还会安排一些有关的视频资料, 如《龙卷风》《海啸》《北极光》等, 让学生更为直观地感受这些天气特征, 提高教学过程的生动性。
四、优化考核方式, 科学合理评价教学效果
作业与考试是巩固教学内容和检验教学效果的必要手段。对教学中的基本概念与基本理论, 通过课堂提问与课后作业的形式加强巩固。改变期末一次性考试决定成绩的形式, 把学习出勤、平时作业、课堂讨论和期中测验都纳入课程成绩考核, 占总成绩的30%, 期末课程考试占总成绩的70%。另外期末考题共分为六类:填空、单项选择、判断正误、名词解释、简述及计算题, 各类题型之间可互相转化。题库包含各类考题约400道, 基本满足对课程教学内容和目标的考核要求。通过考试, 可以检验学生对所学内容的掌握程度, 也可以反映教师在教学过程中存在的若干问题。另外, 试卷分析与课程教学达成度情况, 也为下一学年该课程的教学改进提供了基础与方向。
五、小结
大气科学概论课程已经在我校的涉海类专业连续开设多年, 在涉海专业人才培养工作中起到了重要作用。学生们在远洋渔业出海实习中, 对气象观测及预报表现出了较好的技能水平, 个别学生毕业后直接去了气象局、大气监测站等单位就业。随着异常气候事件频发, 尤其是海啸、台风等海洋灾难给人类带来的严重负面影响, 对涉海专业学生的大气科学知识提出了更高的要求, 我们会结合社会热点问题不断调整教学内容, 适时补充大气科学学科最新的研究进展, 改进教学方式, 更好地满足涉海专业人才对大气科学知识与理论的需求。
参考文献
[1]毛毛, 张小林.《大气科学概论》课程教学改革探讨[J].考试周刊, 2016, 73:7-8.
[2]白春江, 解国强, 王辉, 简俊.“航海气象学与海洋学”课程内容与实际应用的调查分析[J].青岛远洋船员职业学院学报, 2016, 37 (3) :37-40.