短期氣候預(yù)測(cè)課程建設(shè)與改革

李忠賢 李碧蘭 鄧偉濤 彭麗霞

(南京信息工程大學(xué) 大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210044)

0 引言

短期氣候變化及預(yù)測(cè)是當(dāng)前氣候研究領(lǐng)域的前沿課題，我校建校初期就在天氣動(dòng)力學(xué)專業(yè)開設(shè)了中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)課程，已故的章基嘉院士為主，編寫出版了相應(yīng)的教材。該課程一直是我校大氣科學(xué)專業(yè)的主干必修課之一，為形成我校大氣科學(xué)專業(yè)的特色作出了重要貢獻(xiàn)[1]。自2005年開始，課程名稱變更為短期氣候預(yù)測(cè)。由于短期氣候預(yù)測(cè)為目前氣象臺(tái)站預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的主要內(nèi)容之一，短期氣候預(yù)測(cè)相關(guān)課程教學(xué)質(zhì)量的高低將直接影響到學(xué)校特色專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量[2]。為培養(yǎng)符合現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)需求的應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才，針對(duì)短期氣候預(yù)測(cè)課程的特點(diǎn)，我們?cè)诮滩暮徒虒W(xué)團(tuán)隊(duì)方面進(jìn)行不斷的建設(shè)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段方面進(jìn)行不斷的改革與實(shí)踐。

1 教材建設(shè)

長(zhǎng)期以來，教材多使用章基嘉主編的《中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)基礎(chǔ)》[3～4]。20世紀(jì)70年代后期以來，氣候變化及其預(yù)測(cè)引起了世界各國(guó)政府和科學(xué)家的高度重視，取得了突破性的研究成果，但是缺乏能夠反映新成果的教材。為此，2005年孫照渤教授組織課程教學(xué)人員編寫了《短期氣候變化及其預(yù)測(cè)》講義。在南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)專業(yè)本科生及中國(guó)氣象局培訓(xùn)班多年課程教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，2010年孫照渤教授主編了普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《短期氣候預(yù)測(cè)基礎(chǔ)》，該教材吸收了短期氣候變化及其預(yù)測(cè)的最新理論研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建現(xiàn)代短期氣候預(yù)測(cè)的理論框架[4]?！抖唐跉夂蝾A(yù)測(cè)基礎(chǔ)》教材作為我校和部分兄弟高校大氣科學(xué)專業(yè)及相關(guān)學(xué)科本科生的專業(yè)課程教材，得到了廣大師生的好評(píng)。本教材作為氣候預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)教材，也是廣大研究生和科研工作者的重要參考書，在我國(guó)氣象領(lǐng)域產(chǎn)生了較大的影響。2011年，該教材被評(píng)為普通高等教育精品教材和江蘇省高等學(xué)校精品教材。

2 教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

經(jīng)過多年的發(fā)展，目前短期氣候預(yù)測(cè)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)形成了一支老中青相結(jié)合、富于創(chuàng)新精神的教學(xué)隊(duì)伍。團(tuán)隊(duì)共有教學(xué)人員12名，其中教授3名、研究員1名、副教授3名、副研究員1名、講師4名。團(tuán)隊(duì)教學(xué)人員中50歲以下的教師有11名，占總?cè)藬?shù)的91.7%，他們?nèi)烤哂胁┦繉W(xué)位。團(tuán)隊(duì)主要教學(xué)人員長(zhǎng)期從事短期氣候預(yù)測(cè)領(lǐng)域的教學(xué)、科研和業(yè)務(wù)工作，均有在英國(guó)和美國(guó)從事短期氣候預(yù)測(cè)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和海外留學(xué)經(jīng)歷，對(duì)國(guó)外的短期氣候預(yù)測(cè)領(lǐng)域的相關(guān)研究有十分深入的了解。教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極開展一系列教學(xué)改革和教學(xué)研究工作。團(tuán)隊(duì)帶頭人孫照渤教授承擔(dān)了國(guó)家教育部“21世紀(jì)初大氣科學(xué)類專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的研究與實(shí)踐”等多項(xiàng)教改項(xiàng)目。孫照渤教授1991年被國(guó)家教委授予“全國(guó)優(yōu)秀教師”稱號(hào)。此外，團(tuán)隊(duì)積極參加教學(xué)研討會(huì)，如第二、三、四屆大學(xué)地球科學(xué)課程報(bào)告論壇。已發(fā)表課程相關(guān)教學(xué)研究與改革論文8篇。2010年，“氣候模擬與預(yù)測(cè)”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)被評(píng)為江蘇省高校“青藍(lán)工程”科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。目前團(tuán)隊(duì)教師主持國(guó)家級(jí)項(xiàng)目8項(xiàng)、省部級(jí)項(xiàng)目3項(xiàng)、市廳級(jí)項(xiàng)目5項(xiàng)。自1998年以來，團(tuán)隊(duì)每年參加中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心組織的全國(guó)汛期降水預(yù)測(cè)會(huì)商工作，預(yù)測(cè)結(jié)果得到了大家的認(rèn)可。

3 教學(xué)內(nèi)容改革

在教學(xué)內(nèi)容方面，我們以國(guó)際前沿最新成果取代過時(shí)的內(nèi)容，著重講述短期氣候變化及其預(yù)測(cè)的性質(zhì)和數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)，氣候系統(tǒng)各個(gè)圈層的變化特征及其與短期氣候變化和預(yù)測(cè)的關(guān)系，介紹大氣環(huán)流的基本狀況、表征大氣環(huán)流的方法、大氣遙相關(guān)、大氣低頻變化及其應(yīng)用；海洋和陸面過程在短期氣候預(yù)測(cè)中的應(yīng)用；介紹短期氣候預(yù)測(cè)方法，包括動(dòng)力預(yù)測(cè)方法、統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方法和評(píng)分方法，還介紹了中國(guó)東部夏季降水的成因及其預(yù)測(cè)。實(shí)踐環(huán)節(jié)是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要步驟，在實(shí)踐教學(xué)中，更加體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、綜合性、研究性和創(chuàng)新性[1]。課程教學(xué)內(nèi)容改革中，我們減少了理論講課學(xué)時(shí)，增加了16學(xué)時(shí)的實(shí)踐課時(shí)。從短期氣候研究的基本問題開始，對(duì)大氣環(huán)流的分型和表征、短期氣候變化的海洋和陸面等物理因子的分析、物理統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法和數(shù)值預(yù)測(cè)方法等設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)習(xí)內(nèi)容。

4 教學(xué)方法改革

在課程教學(xué)中，我們注重采用啟發(fā)式和案例式的教學(xué)方式，如：講授“大氣環(huán)流因子在短期氣候預(yù)測(cè)中的應(yīng)用”內(nèi)容時(shí)，首先通過課程講解奇異值分解方法的原理，再讓學(xué)生通過上機(jī)實(shí)習(xí)，運(yùn)用奇異值分解方法對(duì)1952-2001年我國(guó)東部夏季降水和前期冬季500 hPa高度場(chǎng)進(jìn)行分析，輸出奇異值分解的主要表征參數(shù)和主要奇異值，并對(duì)降水與環(huán)流場(chǎng)匹配關(guān)系的物理意義進(jìn)行分析。這樣，使學(xué)生不僅能夠地理解奇異值分解方法，而且對(duì)于短期氣候預(yù)測(cè)的物理基礎(chǔ)有深刻的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)選擇短期氣候預(yù)測(cè)的前期大氣環(huán)流因子，并依此來制作短期氣候預(yù)測(cè)，達(dá)到“舉一反三”的目的，提高學(xué)習(xí)效果。此外，在短期氣候預(yù)測(cè)課程教學(xué)中，將團(tuán)隊(duì)的科學(xué)研究和業(yè)務(wù)工作應(yīng)用于教學(xué)，重視新理論、新進(jìn)展、新知識(shí)的講授。如，講授“海氣相互作用與短期氣候預(yù)測(cè)”內(nèi)容時(shí)，把團(tuán)隊(duì)近年來有關(guān)“黑潮區(qū)域海溫與東亞季風(fēng)相互作用”方面的科研成果引入到課程教學(xué)中，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科研的興趣。又如，講授“中國(guó)東部夏季降水預(yù)測(cè)”內(nèi)容時(shí)，向?qū)W生介紹參加全國(guó)汛期降水預(yù)測(cè)會(huì)商的預(yù)測(cè)方法和結(jié)果，使得課程教學(xué)更貼近業(yè)務(wù)實(shí)際，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生盡早掌握實(shí)際業(yè)務(wù)技能。

5 教學(xué)手段改革

目前除傳統(tǒng)課堂講授方法外，還綜合運(yùn)用多媒體課件講授以及實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)等方法。例如介紹“中國(guó)東部夏季降水預(yù)測(cè)”內(nèi)容過程中，結(jié)合多媒體課件講授中國(guó)東部夏季降水三類雨型的分布特征及影響因子，使學(xué)生能夠?qū)ο嚓P(guān)內(nèi)容有直觀形象的認(rèn)識(shí)，并通過上機(jī)實(shí)習(xí)加深學(xué)生對(duì)降水預(yù)測(cè)方法的學(xué)習(xí)和運(yùn)用，將理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作有機(jī)結(jié)合起來，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的解決實(shí)際問題的能力，取得了很好的教學(xué)效果。上機(jī)實(shí)習(xí)過程中，輔導(dǎo)教師現(xiàn)場(chǎng)講解基本方法思路和步驟，并以實(shí)例指導(dǎo)學(xué)生對(duì)關(guān)鍵部分進(jìn)行編程計(jì)算，使學(xué)生逐步掌握建立短期氣候預(yù)測(cè)方法的基本技能。

參考文獻(xiàn)：

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[3]章基嘉，葛玲.中長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)基礎(chǔ)[M].北京：氣象出版社，1983.

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[5]孫照渤，陳海山，譚桂容，等.短期氣候預(yù)測(cè)基礎(chǔ)[M].北京：氣象出版社，2010.