應用氣象學創新實驗基地建設與實驗教學改革的探索

楊再強 申雙和 劉壽東 景元書 江曉東 李永秀南京信息工程大學應用氣象學院 210044

應用氣象學創新實驗基地建設與實驗教學改革的探索

楊再強 申雙和 劉壽東 景元書 江曉東 李永秀
南京信息工程大學應用氣象學院 210044

人才是建設創新型國家的基礎，尤其是創新人才培養，是基礎性、全局性、戰略性和前瞻性的工作。應用氣象學是應用性和實踐性較強的學科，創新人才的培養必須依賴于實驗基地的建設和人才培養模式的改革。本文闡明了我校針對應用氣象學產學研創新人才培養模式所開展的實驗基地硬件與軟件平臺的建設實踐，詳細介紹了應用氣象學本科開設的創新實驗項目內容和目的，總結了教學改革取得的成效，研究為應用氣象及相近學科的教學改革提供參考。

應用氣象；人才培養模式；實驗基地；教學改革

提高自主創新能力，建設創新型國家”這是我黨“十七大”提出的戰略目標。在高校人才培養工作中，通過建設實驗基地，加強實踐教學，帶動人才培養體系創新是提高高等教育教學質量的重要保證。推進高校實驗教學改革，對于加強學生實踐能力、創新能力的培養具有重要的意義[1,2]。應用氣象學作為氣象行業的一個重要學科，在經濟建設中發揮著重要作用，如何在新形勢下，根據社會需要培養創新型和實踐型人才是應用氣象學院面臨的關鍵性課題。實驗基地建設是創新人才培養的支撐平臺。近年來，在學校領導下，對農業氣象試驗站投大量人力、物力和財力，基本建設成為應用氣象創新實驗基地。本文就應用氣象產學研創新實驗基地建設及人才培養模式改革進行總結，為相近學科的教學改革提供參考。

1.創新實驗基地硬件建設

農業氣象實驗創新基地由農業氣象試驗站、應用氣象實驗中心、農業資源與環境實驗室組成。

1.1 農業氣象試驗站建設

農業氣象試驗站實驗室現有面積250 m2，有試驗地45000 m2，儀器設備資產280萬元。包括實驗基地儀器、設備總值約1000多萬元，包括人工氣候箱、Licor-6400R光合作用測定系統、Licor-8100呼吸測定系統、穩態氣孔儀（產地：德國）、莖流計、農田生態系統觀測系統、大氣氣溶膠觀測系統、葉面積儀、冠層分析儀、標準輻射站，便攜式自動氣象觀測站等、還有國內生產的小氣候梯度觀測系統、自動氣象站等設備。2010年，學校投資200余萬，建設人工智能試驗溫室600m2、標準塑料大棚1000m2及水分控制試驗場200m2,為學生創新實驗提供了較好的實驗研究平臺。

1.2 應用氣象實驗教學中心

應用氣象實驗教學中心擁有應用氣象實驗室總面積900m2。包括4個應用氣象實驗分室，擁有先進的國外氣象、生態、植物生理、小氣候等方面的儀器設備，主要承擔我校應用氣象學、環境工程、生態學、遙感科學、資源環境與城鄉規劃、農業資源與環境、大氣物理學與大氣環境、大氣科學、地理信息系統、電氣工程與自動化、信息工程、電子信息工程、計算機科學與技術、軟件工程、公共事業管理、信息與計算科學、信息管理與信息系統等17個專業的專業基礎實驗課（含選修）的教學工作，同時承擔我校相關專業學生學年論文和畢業論文的實驗任務。實驗室每年可開設39門的專業基礎實驗課。結合實習實驗操作指南的多媒體課件與實驗課程的網上輔助教學，對實驗課程教學和大學生科技創新、暑期科技興趣小組等活動提供了良好的教學和科研平臺。

1.3 農業資源與環境實驗室屬在建實驗室

農業資源與環境實驗室包括生物基礎、土壤資源、植物營養和資源調控與信息管理等4個實驗分室，為新建專業農業資源與環境專業開設的專業必修課和選修課的實驗教學提供基本條件，保障我校資源環境與生態類專業本科生培養目標的順利實現，并在此基礎上逐步增強為科研服務的功能。主要儀器設備有LRH-150S型恒溫恒濕培養箱、LRH-250-G型光照培養箱、MMM型二氧化碳控制培養箱、紫外分光光度計、GGX-9型原子吸收分光光度計、BME型生物顯微鏡、體視顯微鏡、SS-325型高壓蒸汽滅菌器、1241近紅外快速品質分析儀、GPS、植物生長箱、液相色譜儀、Agilent氣相色譜儀等。主要承擔教學任務有基礎生物學、植物生理學、微生物基礎、土壤學、農化分析、儀器分析、植物營養學、農產品品質分析、水質分析、環境污染生物修復、土壤調查與制圖、生態環境模擬與調控、農業資源信息系統、生態系統碳氮循環等課程的實驗實習。

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2.創新實驗基地軟件建設

2.1 師資隊伍建設

參與創新實驗基地教學實驗的教師有29人，其中教授7人（其中博士生導師5人），副教授10人，具有博士學位的24人，其中45以上的教師6人；36～45歲之間的教師9人，35歲以下的青年教師10人，職稱結構和學歷結構見表1和表2。基本形成了一支由省級優秀課程團隊為主體，理論課教師、實驗教師、實驗技術人員和研究生助教四位一體的實驗教學隊伍。同時，學院加強實驗人員的配備，按3萬人時數配備一名實驗技術人員，其中高級職稱占實驗技術人員的20%以上，中級職稱占50%以上；每年安排實驗人員到國內外先進中心學習培訓，緊跟國內外先進水平。

2.2 圖書資料建設

南京信息工程大學圖書館為本實驗基地提供了大量的圖書資料，相關的圖書現有5萬多冊，其中外文圖書3000多冊；訂閱期刊78種，其中外文15種；另外還擁有中國期刊全文數據庫、學位論文全文數據庫、會議論文全文數據庫、時代圣典電子圖書、超星數字圖書館、CALIS西文期刊目次數據庫、Springer Link、EBSCO host、EB Online、MGA、Elsevier Science Direct等大型數據庫。

2.3 實踐教學和實驗教學管理建設

2.3.1 實踐教學管理

實踐教學管理主要有：①制定實踐教學計劃、大綱，根據我校各專業人才培養目標和社會對人才的新要求，進一步修訂完善實踐性教學計劃、實踐教學大綱。②進一步明確職責，使實踐教學管理科學化、規范化，標準化。擴大服務范圍，提高實踐性教學環節的內涵層次，努力拓寬受益面。全面實現實驗教學、基本工作信息和儀器設備的計算機網絡化管理。③建立健全的書面記錄和檔案、統計資料。分類專人收集和保管，由實驗室主任進行檢查、督促，作為重要的年度考核內容。④完善硬件建設，購買實驗中心必需的儀器設備，進一步采購先進的儀器設備。⑤規劃、建設現有的農業氣象試驗站，努力成為國內現代農業氣象教學、科研示范基地和業務示范基地。

2.3.2 實驗教學管理

實驗教學管理要求：①實驗教學實現層次化。基本實驗項目應僅占所有實驗項目的50% 左右。建立三個層次的實驗教學即基本實驗、提高型（綜合性、設計性、應用性）和研究創新型。年更新實驗內容數達總數的10%。②建立相關內容和滲透的課程體系。以教材和實驗指導書為基礎，充實綜合實驗項目，培養學生的綜合實驗技能。強化平時實驗，平時實驗成績占總成績的65% 左右。建立實驗成績、實驗報告檔案。③完善實驗室開放制度。完善校內和校外開放制度，承接跨專業、跨學科和跨單位的實驗申請。④每年組織有特長的本科生參與學生科研項目。

2.4 校外實驗基地建設

近年來，應用氣象學院還積極與江蘇省氣象局農業氣象遙感中心、浦口區氣象局、江蘇省農業資源環境中心、中國科學院禹城綜合試驗站、宿州市氣象局、壽縣國家氣候觀象臺、慈溪市氣象局等單位簽訂合作協議，進一步建設校外實驗實習基地。每年定期組織學生到校外實踐基地參觀、實習和業務培訓。

2.5 保障機制

（1）制度保障。學校、學院已經建立一整套科學規范的實驗實踐規章制度，包括中心各類人員崗位責任制，工作考核制度、實驗技術人員聘任制、安全衛生管理制度、檔案管理制度、中心運行經費管理規定、儀器管理規定等，各實驗室有實驗室規則、安全衛生制度、學生守則等管理制度并通過信息化管理實現資源共享和對外開放；

（2）經費保障。校、院兩級保障充足的實驗建設經費，及時更新實驗儀器設備，不斷改進和更新實驗項目；

（3）用地保障。在校區規劃建設中預留了應用氣象實驗教學基地用地，可根據實驗基地發展和建設需要調整實驗用地，保證實驗教學正常運行。

3.創新實踐能力培養模式改革措施

應用氣象學走產學研人才培養模式的道路[1]，著重培養學生實踐創新能力、業務能力和科研能力。應用氣象本科人才培養模式遵循“厚基礎、強實踐、多層面”的原則，由“理論教學”+“實踐教學”+“業務能力培養”+“科研能力培養”4大板塊構成[2]，即利用基地的生產實踐中發現問題和進行業務培養，在理論教學中加強基礎理論學習，在科研中鍛煉學生的科研創新能力。區別于原有的人才培養模式以理論教學為主，輕實踐教學，過分強調學生系統掌握基礎理論知識，學生的實踐能力和科研創新能力難以提高的情況。從而使學生在氣象為農業服務、生態環境調控、農業資源可持續利用、農業資源和環境信息化管理等方面的研究能力和創新意識得到提高。實驗項目的開設與人才培養模式相適應，在實驗基地主要開設如下項目。

3.1 基本能力訓練的觀測項目

針對應用氣象本科教學目標，實驗基地主要開設基本能力訓練一些項目，供大一、大二學生實驗。主要項目有：（1）氣象與大氣環境要素的觀測。掌握太陽輻射、溫度、降水、風、濕度、氣壓等氣象因子和大氣中一些氣體成分的觀測方法，各種傳感器性能，儀器的安裝要求和技巧，（2）主要作物生長發育形狀和產量的觀測。觀測主要作物（水稻、小麥、玉米等）的生育期、密度、株高、葉面積、產量等指標。讓學生通過設計不同取樣方法，獲得數據后，進而通過不同處理數據方法，發現不同抽樣方案、不同處理方法對觀測結果的影響。不僅加強學生觀測能力的培養，并且做到對學生在觀測工作中的嚴謹作風的訓練，為學生在今后從事科研和業務工作打下良好的基礎。（3）生態因子的觀測。使學生掌握生態因子包括地形因子、土壤因子、生物因子的測定方法，其中土壤因子包括土壤質地、土層厚度、有機質含量、土壤水分、N、P、K含量、pH值的測定。

3.2 業務能力培養的實驗項目

針對學生就業，開展業務能力培養的實驗項目，主要對大三、大四學生開放。實驗項目有：農業氣象預報與情報、農業氣候資源分析與評價、氣象科技服務、GIS與遙感數據處理。、土壤調查與制圖、植物營養成分和土壤肥力測定、作物生理指標測定、農田和森林生態系統、生物群落和種群的調查與數據分析。上述實驗針對應用氣象、農業資源環境與利用專業的學生就業進行系統的業務能力培養，為提高學生科研能力和創新能力奠定基礎。

3.3 生產技術方面能力訓練項目

針對新農村建設中農業生產和設施作物栽培技術方面的生產能力的培養，為學生畢業后為社會主義新農村建設做好知識儲備。開設實驗項目有：作物病蟲發生發展的氣象條件的觀測與研究、主要農作物豐產栽培管理生產環節實踐、觀賞花卉和蔬菜設施栽培管理技術實踐、土壤配方施肥技術實踐、園林植物（樹木、花卉、草坪）的生產管理技術實踐。上述項目以大三和大四的學生為對象。

3.4 創新實踐和科研能力的培養的實驗項目

結合教師科研項目，讓大四學生參與實驗設計、數據收集、數據處理、論文寫作。主要培養學生在應用氣象、氣象農業服務、生態環境調控、農業資源可持續利用、農業資源和環境信息化管理等方面的科學研究技能，提高科研能力和創新意識。在科研過程中，指導教師應注意加強對學生科研素質和技能、創造性的科學思維方法和嚴謹的治學態度的培養[3,4]。顯著的成效。學生創新實踐能力得到大大提高，科研素質得到加強，本科畢業生具有較強業務能力，受到用人單位的好評。2007年應用氣象學專業獲得校級優秀教學成果特等獎1項，2006年本科畢業設計（論文）分別獲得“江蘇省首屆本科畢業生優秀畢業設計（論文）二等獎”和“江蘇省第三屆本科畢業生優秀畢業設計（論文）二等獎”各1項。2007年1名同學獲得了國家林業局濕地保護管理中心共同主辦的2006濕地使者行動“優秀濕地使者”稱號。2008年獲得大氣科學教學指導委員會關于人才培養方案設計研究項目。2009年應用氣象專業學生在暑期社會“三下鄉”社會實踐中獲得一等獎2項，二等獎1項，三等獎3項。應用氣象本科畢業生每年平均40%左右考取碩士研究生，高質量就業率連續多年超過96%，名列全校第一。

4.取得的成效

通過近4年來的改革和探索，取得了

[1]楊再強,申雙和,景元書,趙小艷,江曉東.面向社會需求,應用氣象專業創新實踐能力培養與實踐. 科技創新導報.2010,(3): 230.

[2]景元書,申雙和,劉壽東.以實踐教學體系促進應用氣象專業發展. 中國高校科技與產業化. 2006, (3):271-272.

[3]楊再強,申雙和,劉壽東,張建新,趙小艷.應用氣象學專業本科創新型人才培養模式的探索. 高等教育研究（成都）.2008, 25(4):51-53.

[4]唐湘寧,華維慧. 對本科生畢業設計(論文)模式創新的思考. 重慶科技學院學報(社會科學版).2008,(11):198-199.

[5]張俊林.在本科畢業設計中培養學生創新能力的改革與實踐. 重慶科技學院學報( 社會科學版).2008, (1):191-192.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.22.139

南京信息工程大學第七期教改項目-人才培養模式創新實驗基地（10JD002）和南京信息工程大學第六期教改重點教研課題（09JY0011）;

楊再強（1967-）, 博士, 教授, 主要從事設施農業氣象保障服務及農業生物環境調控研究。