非大氣科學(xué)專業(yè)《動力氣象學(xué)》課程建設(shè)探討

陳樺

摘要：動力氣象學(xué)是在熱力學(xué)和流體力學(xué)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地講述大氣的動力、熱力過程和大氣運(yùn)動的基本規(guī)律的一門專業(yè)核心課程。動力氣象學(xué)是大氣科學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案中的主干課程，側(cè)重理論培養(yǎng)。由于動力氣象學(xué)與數(shù)學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科相互交叉，而近代力學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)和化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展又是動力氣象學(xué)發(fā)展的推動力之一，因此，動力氣象學(xué)不僅是大氣科學(xué)專業(yè)必修的專業(yè)核心課程，也是其他相關(guān)專業(yè)的重要選修課。動力氣象學(xué)理論性很強(qiáng)，公式多而復(fù)雜，強(qiáng)調(diào)公式推導(dǎo)以及對物理意義的理解。對于非大氣科學(xué)專業(yè)的學(xué)生而言，動力氣象學(xué)是一門難度較大的課程。由于教學(xué)對象不同，非大氣科學(xué)專業(yè)開設(shè)的《動力氣象學(xué)》課程不能全部照搬大氣科學(xué)專業(yè)的課程大綱，而必須結(jié)合學(xué)生所在專業(yè)的特點(diǎn)和需求進(jìn)行課程體系建設(shè)。

關(guān)鍵詞：動力氣象學(xué)；課程建設(shè)；非大氣科學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）30-0184-02

本文以南京信息工程大學(xué)為數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院開設(shè)的《動力氣象學(xué)》課程為例，從教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)任務(wù)、教學(xué)內(nèi)容與教材、教學(xué)方法和考核等方面對非大氣科學(xué)專業(yè)《動力氣象學(xué)》課程建設(shè)進(jìn)行探討。

一、教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)任務(wù)

南京信息工程大學(xué)數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院開設(shè)《動力氣象學(xué)》課程主要是針對應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)。此課程的先修課程有高等數(shù)學(xué)、流體力學(xué)、大氣物理學(xué)、天氣學(xué)原理等，在講授過程中要注意與先修課程的銜接，在大氣動力學(xué)的整體框架內(nèi)講述大尺度大氣動力過程。掌握基本的動力氣象學(xué)理論對于理解和掌握后續(xù)的專業(yè)課程（例如《中小尺度大氣動力學(xué)》和《熱帶大氣動力學(xué)》）具有重要作用。因此，應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)《動力氣象學(xué)》一般在大三下學(xué)期開設(shè)。

本課程的教學(xué)目標(biāo)是：通過本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生深入地理解大氣動力學(xué)的基本理論，了解近代動力氣象學(xué)的主要進(jìn)展，掌握大氣運(yùn)動過程的動力學(xué)分析方法和基本原理，從而使學(xué)生具有一定的理論水平與科學(xué)研究能力，為將來從事氣象相關(guān)工作及研究工作打下基礎(chǔ)。

本課程的教學(xué)任務(wù)是：（1）系統(tǒng)掌握大尺度大氣動力學(xué)的基本原理和方法；（2）掌握大氣動力學(xué)主流理論和學(xué)說，并理解各理論、學(xué)說之間的有機(jī)聯(lián)系，了解大氣動力學(xué)進(jìn)展和發(fā)展趨勢；（3）強(qiáng)化培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)從實(shí)際過程中提出問題，利用大氣動力學(xué)基本原理分析實(shí)際大氣過程的能力，培養(yǎng)通過對實(shí)際大氣過程的分析，提出所研究氣象問題的物理模型、數(shù)學(xué)模型、求解方法，然后分析、認(rèn)識實(shí)際大氣過程規(guī)律和機(jī)理的能力。

二、教學(xué)內(nèi)容與教材

非大氣科學(xué)專業(yè)《動力氣象學(xué)》課程沒有必要涉及動力氣象學(xué)的所有內(nèi)容。結(jié)合應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)的特點(diǎn)和需求，選擇的教學(xué)內(nèi)容以經(jīng)典動力氣象學(xué)的核心內(nèi)容為主。考慮到應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)大學(xué)生的實(shí)際，教學(xué)內(nèi)容側(cè)重基本概念、理論和公式推導(dǎo)。表1列出了具體教學(xué)內(nèi)容和課時安排。第1章緒論對課程進(jìn)行概述，簡要介紹動力氣象學(xué)的研究對象和發(fā)展簡史。第2章是針對非大氣科學(xué)專業(yè)學(xué)生缺乏相應(yīng)基礎(chǔ)而安排的流體力學(xué)、大氣物理學(xué)方面的基礎(chǔ)知識。第3～11章是動力氣象學(xué)的主要內(nèi)容，也是課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，包括描寫大氣運(yùn)動的基本方程組，分析各項(xiàng)力，用尺度分析簡化方程組，坐標(biāo)系的變換，自由大氣中的平衡流場，環(huán)流定理和渦度方程，大氣能量學(xué)，大氣行星邊界層，大氣中的基本波動及穩(wěn)定性理論。從物理定律出發(fā)，從理論上揭示天氣過程的發(fā)生發(fā)展規(guī)律和機(jī)理。教學(xué)內(nèi)容由淺入深，由易到難逐漸遞進(jìn)，以便學(xué)生理解吸收。

目前國內(nèi)動力氣象學(xué)的教材主要是參考英文版《Introduction to Dynamic Meteorology》[1]編寫而成，在各個大學(xué)使用的主要教材是《動力氣象學(xué)》[2]-[4]，因此本課程將以2004年出版的《動力氣象學(xué)》[2]為主要參考書，并結(jié)合其余幾本教材特別是英文原版教材進(jìn)行補(bǔ)充。

三、教學(xué)方法和考核

1.教學(xué)方法。（1）采用多媒體PPT和板書相結(jié)合的教學(xué)方式。近些年來，多媒體教學(xué)已經(jīng)越來越成為課堂教學(xué)的主要方式。動力氣象學(xué)涉及很多抽象的概念和復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)（例如球坐標(biāo)系與局地直角坐標(biāo)系），關(guān)于公式和方程的推導(dǎo)也很多，因此本課程除了運(yùn)用多媒體教學(xué)之外，板書也是重要的輔助教學(xué)手段。特別是涉及到公式及方程的推導(dǎo)時，通過板書一步一步地詳細(xì)分析，更容易引導(dǎo)學(xué)生的思路，抓住學(xué)生課堂上的注意力，加強(qiáng)和學(xué)生在課堂上的互動。另一方面，通過多媒體教學(xué)，使用圖片和動畫對動力氣象學(xué)的一些抽象的基本概念和理論進(jìn)行形象地講解，不僅可以使學(xué)生更容易接受和理解這些概念和理論，并且更能引起學(xué)生對這門課程的興趣。例如，第三章在講解局地直角坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系中方程組的形式時，需要學(xué)生在頭腦中建立三維空間結(jié)構(gòu)，理解各種坐標(biāo)系的定義以及相互轉(zhuǎn)換，此時使用圖片和動畫，甚至是在課堂上拿一個籃球作為實(shí)例，就可以形象直觀地展現(xiàn)這些坐標(biāo)系的定義和關(guān)系，如此學(xué)生比較容易理解這些內(nèi)容并且不容易忘記。（2）由于本課程的教學(xué)內(nèi)容側(cè)重基本概念、理論和公式推導(dǎo)，公式較多并且理論性強(qiáng)，學(xué)生可能會覺得越學(xué)越枯燥，容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)懈怠，學(xué)習(xí)興趣較低。因此在教學(xué)過程中要積極調(diào)動學(xué)生的興趣，盡量多地理論聯(lián)系實(shí)際去講解，增加與這門課有關(guān)的一些應(yīng)用。例如在介紹非線性動力學(xué)時，可以講解“蝴蝶效應(yīng)”這一熱門話題。再如在講授地轉(zhuǎn)平衡時，可以將其與實(shí)際業(yè)務(wù)中使用的天氣圖結(jié)合起來。對于這門理論課程，不但要重視課堂教學(xué)，還要加強(qiáng)業(yè)余時間學(xué)生與教師的交流，促進(jìn)學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)積極性和自主學(xué)習(xí)能力。

2.考核。課程考核是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的一種手段。本課程采用多種形式的考核方式，課程總成績由平時成績、期中和期末考試成績?nèi)糠纸M成，分別占總成績的20%、20%和60%。平時成績是由課堂出勤率、作業(yè)完成率以及課堂回答提問的方式組成，這樣對于及時了解學(xué)生對課程的掌握程度比較有效，也便于教師及時對授課方式和授課速度進(jìn)行調(diào)整。期中和期末考試采用閉卷形式，但是不要求學(xué)生機(jī)械地背誦公式，在試卷中會給出可能用到的重要公式，使學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程的過程中注重對概念和理論的理解和分析。

四、結(jié)語

《動力氣象學(xué)》是一門專業(yè)核心課程，理論性很強(qiáng)。開設(shè)本課程的大多是大氣科學(xué)專業(yè)，非大氣科學(xué)專業(yè)開設(shè)《動力氣象學(xué)》，不能簡單地照搬大氣科學(xué)專業(yè)的課程大綱。我院已在非大氣科學(xué)專業(yè)（包括大氣物理、大氣探測、海洋科學(xué)等）開設(shè)該課程，已經(jīng)具有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有的學(xué)生學(xué)習(xí)本課程后轉(zhuǎn)而對大氣科學(xué)專業(yè)產(chǎn)生興趣并考取本專業(yè)的研究生。因此本文在之前的教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上，探討了本課程的教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)、教學(xué)內(nèi)容與教材、教學(xué)方法和考核等課程建設(shè)和相關(guān)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，為我院對應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)開設(shè)《動力氣象學(xué)》課程提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]Holton J.R. An introduction to dynamic meteorology. Fourth edition. Academic Press，2004.

[2]呂美仲，侯志明 ，周毅.動力氣象學(xué)[M].北京：氣象出版社，2004.

[3]賀海晏，簡茂球，喬云亭.動力氣象學(xué)[M].北京：氣象出版社，2010.

[4]呂克利，徐銀梓，談?wù)苊?動力氣象學(xué)[M].南京：南京大學(xué)出版社，2014.