《雷電學原理》課程建設與發展

譚涌波

摘要：《雷電學原理》課程是雷電科學與技術專業的一門專業基礎課程，涵蓋了晴天大氣電場、雷電原理、雷電探測技術以及雷電氣候學等大氣電學領域的基礎知識，適用于大專、本科、研究生等各個層級的水平教育。本文研究了《雷電學原理》》這門課程的設置背景、課程目的、教學特點、師資培養、教材使用及建設，以及未來的發展規劃。

關鍵詞：雷電學原理；課程建設；發展規劃

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）33-0202-02

閃電是自然界最壯觀的大氣現象之一，伴隨著聲、光、電等形式物理現象的發生。它是世界上十大自然災害之一，并且發生的頻率較高，給社會經濟和人民生命財產帶來了巨大的損失。特別是近年來，隨著社會的發展，信息系統在人類社會中扮演了越來越重要的角色，而如何規避自然雷電對電力、信息系統的危害就成為日益突出的問題。為了最大限度地減少雷電災害帶來的損失，近年來我國各地區氣象部門已經廣泛開展了防雷工作，建立了一支防雷專業隊伍，擴大了氣象服務的內容。與此同時，防雷隊伍專業素養欠缺，對雷電物理過程認知的缺乏，高層次技術人才匱乏等問題日益凸顯。作為中國氣象人才培養的搖籃，前身為南京氣象學院的南京信息工程大學經過多年的籌備和發展，在全國范圍內建立了國內唯一一所雷電專業人才培養本科、碩士、博士各層次齊全的專業——雷電防護科學與技術。而其中《雷電學原理》作為該專業的學位基礎課程，其重要性也不言而喻。《雷電學原理》全方面講述了雷暴云的生消演變、云中的電荷結構以及起電、放電等過程的理論基礎以及物理機理，并就當前閃電定位技術、人工引雷技術等雷電科研業務領域中的主要手段進行了全方面的介紹?！独纂妼W原理》這本教材的出現，不僅填補了我國在大氣電學、雷電物理等專業領域中系類教材缺乏的空白，也是高等院校大氣科學、雷電防護專業的教科書，同時也可以為從事雷電防護與工程檢驗、風險評估、雷暴檢測預警的專業技術人員提供參考。結合學校辦學定位，根據“重視基礎理論，突出主干課程，拓寬專業口徑，強化能力培養，立足于培養高層次、應用型創新人才”的指導思想，確定《雷電學原理》課程是專門面向雷電科學與技術專業函授、?？啤⒈究贫鄬哟嗡浇逃囊婚T專業基礎課程。按照教學層次的不同要求、考慮到雷電防護事業的蓬勃發展以及雷電原理理論的不斷更新，在教學實踐中，應不斷地對教學大綱以及計劃進行相應的修改。

一、課程目的

《雷電學原理》課程建設和改革應以“學生為本”的理念，根據學生的實際情況進行設計，根據學生課堂反饋的信息以及國內外最新的研究動態積極調整教學內容。該課程從基礎的電學原理開始，由淺入深，系統地介紹了晴天大氣過程、雷暴云的形成分類、雷暴云中的微物理過程、雷暴云中的電荷結構以及相對應的起電機制，重點介紹了閃電放電的分類、基礎理論、觀測結果以及物理效應，雷電的探測原理、人工引雷技術，雷電的氣候特征和全球大氣電路等。在備課時應時刻關注國外最新的、具有代表性的研究結果，反映當前學科的最新成果和雷電的新進展，如閃電最新的起、放電過程研究，閃電的電磁輻射，閃電的最新定位技術、人工引雷技術等。在具體制定教學大綱中體現如下基本原則：了解晴天大氣過程、雷暴云的生消過程，全面了解雷暴云中各種電荷結構以及相對應的起電機制，能夠掌握雷暴云電荷的基本結構，地閃和云閃的放電過程，了解國內外雷電監測原理和方法的發展現狀，能對其工作原理有大致的了解，了解人工引雷技術的原理，知道人工引雷技術的前景和應用，并對雷電的氣象、氣候特征以及全球電路有基本了解。在教授學生基本的云中電荷結構、起電機制、閃電放電行為以及雷電探測技術的同時，重在引導學生學會在課堂教學之余，如何通過自我查閱文獻了解雷電物理最新的發展現狀。培養學生的基本科學素養、激發學生學習雷電的興趣、增強學生發現問題解決問題的能力。掌握雷電的基本電荷結構、起電機制、放電過程以及雷電檢測方法，掌握雷暴的氣候特征，對氣象部門開展雷電防護以及雷災事故調查等具體工作具有實際的指導意義。

二、教學特點

在教學過程中采用案例教學結合討論的方法，在教師的指導下，由學生對具有代表性的典型案例進行有針對性的分析和討論，這不僅拓寬了學生的思維空間，激發了學生的學習興趣，還提高了學生的思考判斷能力，使學生的綜合素質得到一定的提升。學生通過討論進行合作學習，讓學生在小組或團隊中學會如何溝通、分工、合作從而共同解決相對應的問題，讓所有的人都能參與到明確的集體任務中，培養了學生思維表達能力以及促進學生主動學習。在教學過程中多使用PowerPoint、錄像等現代化教學手段，以播放表格、圖像、動畫，視頻等為方式，給學生提供大量生動、易接受的信息，提高學生的興趣，使教學過程更加形象、生動。在課堂上為學生展示雷暴云中的電荷分布、起電機制以及放電過程，讓學生對此課程有更感性的認識，加深對課程內容的理解。與此同時，通過各種渠道，大量收集實際的雷電光學觀測、電磁場觀測資料，并利用數值模式結合數值仿真實驗，給出雷暴云內及動力-微物理的動態演示，以及雷暴云中電荷結構，閃電行為的時空演變，加深學生對實際雷云過程的感性認知，激發學生對自然現象的濃厚興趣。在課程講解過程中，注意與當前最新研究動態的聯系，以及將一些理論知識融入到日常生活的案例中，提高學生理論結合實際的能力，綜合培養學生全方面的能力。

三、師資培養

目前該教學隊伍已形成了以課程組負責人為核心，骨干教師為主要教學力量，助教和研究生為輔導教師的教學水平較高、經驗豐富的教師梯隊，并外聘了幾名國內著名的雷電物理專家。在師資隊伍培養方面，主要有以下措施：一方面，通過多種方式，走出去或請進來，將校內培訓與校外培訓、學歷補償與素質提高相結合，進一步提高廣大教師的教學能力和教學水平，不斷更新教師隊伍的知識結構，全面提高教師隊伍的綜合素質。另一方面，積極引進和培養青年教師，優化教師隊伍結構，提高教師隊伍整體學歷層次。不斷引進優秀青年教師，加大對青年教師的培養力度，增強教師隊伍的發展后勁。并且聘請雷電方面的專家到我校講學，有計劃地安排部分中青年教師進修、在職攻讀博士或外出訪問，使中青年教師不斷提高學術水平和教學水平。建立完善的青年教師教學實踐制度，包括高職教師對青年教師的傳、幫、帶制度，堅持青年教師講課前的試講活動，堅持教研室集體備課、相互聽課制度，鼓勵青年教師參加賽講活動，定期進行學術講座，創造教師進修、開會、學習的機會，鼓勵教師申報科研項目，努力為提高教育教學質量和雷電精品課程的建設而作出貢獻。

四、教材使用與建設

目前，已經有陳渭民老師編著的《雷電學原理》書籍。教師結合課本以及PPT課件進行課堂授課，進一步提高教學的質量。全書共分十一章，第一章講述靜電學基礎知識；第二至四章主要敘述晴天大氣的基本電特性知識；第五、六章主要講述雷暴云荷電結構和雷暴云起電的理論；第七章為閃電的結構、類型、電場、電流參數和形成機制等；第八章主要講述閃電的電磁輻射理論；第九章是雷電的探測手段，包括閃電定位、光學觀測以及電磁場觀測等；第十章著重介紹人工引雷技術的原理以及應用前景，第十一章為雷電的氣候特征，我國和世界范圍內的雷電的分布規律以及全球電路的概念。本課程要求學生除熟悉、掌握指定教材的內容外，還介紹一些較為經典的外文書籍作為參考書目，與此同時，鼓勵學生在課堂之余，應學會通過關鍵詞語查詢與雷電有關的各種參考文獻，擴展學生對整個雷電科學各個領域研究動態的全面了解，豐富學生的知識面，并結合課本知識，加深對理論的理解和掌握。

與此同時，隨著科學技術的發展，對雷電的產生、發展、特征的認知的不斷加深，并結合國內外最新的研究成果，一些早期的認知已不足以解釋雷電觀測中的諸多現象，本著客觀、求實的態度，課程小組計劃重新編寫新教材，在保持原教材的風格基礎上，著重對一些新現象新理論進行添加和補充，讓該課程的內容設置能夠緊跟國際最新的研究成果與動態，特別是一些對雷電認知的根本性轉變，應讓學生及時掌握。

五、課程的發展規劃

隨著科學技術的發展，對雷電原理認知的不斷加深，本課程需要不斷地結合最新的研究結果，修改、補充、發展相對應的教材以及課件。爭取在已獲得省級精品課程的基礎上更進一步，將本課程建設為國家級精品課程。本課程計劃完成以下規劃：①制作高質量、適合現代化教學要求的多媒體課件，如PPT課件、Flash課件等，激發學生的學習興趣，使授課內容更形象生動。②搭建網絡資源共享平臺，提高資源的利用效率，便于高校師生更便捷地獲取各種資料，充分實現優質教學資源共享。③進一步提高廣大教師的教學能力和教學水平，不斷更新教師隊伍的知識結構，全面提高教師隊伍的綜合素質。④結合國內外最新的研究成果，不斷對教學大綱和教學內容進行修改、補充以及發展，及時反映雷電物理以及大氣電學最新的研究結果。⑤確定《雷電學原理》課程的授課模式，形成了結合教案、電子課件到試題庫的完整體系。⑥通過多種成績評定方式（主考教師評定、學生參與評定）等方面的考試制度改革，以考試為杠桿，推動學生個性培養和全面素質教育。⑦采取學生評教制度，通過讓學生填寫問卷，了解學生對教師和教學工作的意見，認真處理學生的意見，完善督教工作，形成良好的教學質量監控體系。⑧根據雷電學科的特點，在教學過程中，開展課題研究活動，調動教師參加教學研究的積極性，在不斷學習研究反思總結的過程中，使他們的專業化水平和能力得以提高，并且有利于提高教學的質量。