淺析注重思維培養的大氣輻射傳輸理論教學方法

摘 要:針對遙感科學與技術專業本科大氣輻射傳輸理論課程的特點，基于交叉學科的優勢，提出有效運用多種教學方式，充分激發學生的學習興趣。同時，以最基本的大氣輻射傳輸方程為例，詳細討論了在高校理科專業課程的教學中如何培養學生“以簡化繁”的思維模式。

關鍵詞:思維培養 大氣輻射傳輸 教學方法

中圖分類號:G642.3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0170-01

高校專業課程具有較強的專業理論性和實踐性，知識覆蓋面廣，尤其是理科專業課程，初次接觸時的直觀感覺往往是理論高深、與實際需要有一定的距離。因此作為專業課授課講師，應采取有效的教學方式激發學生主動學習的欲望。授課時除了盡量將理論與實踐相結合幫助學生理解科學問題，更重要的是思維方式和能力的培養，在教學實踐過程中逐漸讓學生掌握必備的科學思維方式和專業知識的能力。大氣輻射傳輸理論課程是遙感科學與技術專業的學科基礎課，大氣輻射傳輸理論是大氣遙感領域不可或缺的基礎知識，對后續專業課程的學習影響很大。筆者通過連續六年本科大氣輻射傳輸理論等專業課程的教學工作，逐漸體會到明晰物理概念的重要性，及“以簡化繁”的思維方式對學生產生的影響。

1 交叉學科的優勢

南京信息工程大學是全國最著名的以氣象專業為主的高校，我校遙感科學與技術專業的優勢就是大氣科學相關知識背景，大二開設的大氣輻射傳輸理論課程，是該專業第一門專業主干課，是氣象與遙感兩個專業較好的結合點。大氣作為一種介質，電磁波在大氣中的傳輸有其特殊規律，與海洋等介質的輻射傳輸規律不同?；谖锢韺W基礎，和數學方法，理解并掌握大氣輻射傳輸方程是這門課程的核心。如果遙感專業的學生較好的掌握大氣輻射傳輸規律，就可以將遙感技術應用于氣象領域。

2 教學方式

《大氣輻射傳輸理論》的教學目標和任務是通過介紹電磁輻射過程及其理論、方法，闡述電磁輻射在遙感成像機理中的作用。根據大氣和地表介質在電磁輻射傳輸中的不同特征，利用遙感影像反演大氣和地表的物理狀態參數以及成分結構，提供理論基礎。

教學任務確定后，如何使其在授課過程中很好地被學生接受，很大程度上取決于教學方式。本門課程充分運用多媒體教學手段，將大量的地球、大氣和太陽的自然現象及物理定律相關圖表展示給學生。多媒體課件盡量突出重點，恰當運用圖像、圖形、動畫等形式，盡可能避免長篇大段的文字。內容豐富、大信息量的多媒體課件有利于加深學生對課程內容的形象認識，提高學習效率，但是多媒體課件不是課堂教學的全部，適時的講解和板書是非常必要的，避免教師照著多媒體課件宣讀。

教育心理學認為:直觀教學能夠為學生理解和掌握知識提供必要的感性材料。正確而靈活的運用各種直觀教學形式，可以激發學生的學習興趣和熱情，從而有助于他們對所學知識的領會、理解和鞏固，有助于提高教育、教學質量[1]。由相關物理學歷史，以故事的形式引出物理量、輻射定律及其物理意義。例如講到黑體輻射定律時先介紹幾位物理學家尤其是MaxPlanck，引申到德國的馬普學會。適當介紹三大黑體輻射定律的歷史[2]，再總結定律的內容和物理意義，說明其應用價值。例如維恩位移定律，通過比較物體表面不同區域的顏色變化情況，來確定物體表面的溫度分布。應用在森林火情和人體病變的監測。在宇航、工業、醫學、軍事等方面應用前景很好。

在教學過程中盡量將枯燥的理論與日常生活現象相結合，會讓學生有興趣聽并能從感性認識轉化為理性知識。例如介紹大氣輻射學在遙感科學中的應用時會提到臭氧層空洞的遙感監測，便可提及為什么療養院宜建在松樹林旁邊，雷雨過后空氣更清新？因為空氣中少量的臭氧有除菌的作用。還可以問學生為保護青海長江源的楊欣為什么要留著滿臉的絡腮胡，楊欣稱這是為了擋住紫外線對皮膚的傷害。當然，最重要的是希望學生能夠發現身邊的科學問題。

3 培養學生“以簡化繁”的思維模式

大氣輻射傳輸方程是課程的核心內容[3，4，5]，所以是授課的重點也是難點。舉例說明:入射輻射強度在大氣中傳播，通過的距離后變為+，如果我們能知道變化量的規律，就能定量描述不同波段的電磁波在大氣中的傳輸規律。那作為變化量要么增多、要么減少，增多了多少，又減少了多少，最后就是二者的綜合。為此我們說由減少的和增加的兩部分組成，即=+。分別分析這兩部分:是大氣吸收和單次散射作用使輻射強度在傳輸方向上的衰減。，其中負號代表衰減，稱為質量消光截面，物理量單位是cm2g-1，描述單位質量的介質從入射輻射中截獲能量本領大小的物理量，是傳輸介質的密度。同樣再分析，因介質在傳輸方向上同波段輻射的發射和多次散射而造成的輻射增強。，稱為源函數系數，又稱為質量發射系數，描述單位質量的介質向外放射輻射能量本領大小的物理量。為了保證等號左、右兩邊的物理含義相同，請同學們思考的物理量單位。由此可得最基本的輻射傳輸方程為:。在實際授課過程中，這部分內容先粗后細，一邊講解一邊板書的授課方式。到此給學生思考幾分鐘，再繼續后面的數學過程，在此不累述。

這種分部分將復雜問題化為幾個簡單問題的思維方式是各學科常用的有效思維方式，教學中強調這種思維方式的重要性比公式的證明本身要有價值得多。

4 結語

作為高校一名年輕的專業課教師，不僅要有扎實的基礎理論和一定的科研實踐經驗，能夠把握本專業最新的科學成就和發展趨勢，還要努力學習教育心理學知識，了解學生學習和教師教學的活動規律。這對于提高教育教學效果是十分有利的。

從教學情況看，通過教學環節的精心設計與安排、認真實施，既豐富了學生的知識面，提高了解決問題的能力，又取得了良好的教學效果，學生在課程學習中表現出了很高的積極性與熱情，學習過程中主動去圖書館及期刊網查閱資料，大部分學生反映學習的目標性強了。

參考文獻

[1]周川.簡明高等教育學[M].南京:河海大學出版社，2002.

[2]郭奕玲，沈慧君.物理學史[M].北京:清華大學出版社，2005.

[3]K.N.Liou(廖國南).大氣輻射導論(第二版)[M].北京:氣象出版社，2004.

[4]尹宏.大氣輻射學基礎[M].北京:氣象出版社，1993.

[5]趙英時.遙感應用分析原理與方法[M].北京:科學出版社，2003.