《普通水文氣象學(xué)》課程教學(xué)改革研究

張葉暉 楊娜

【摘要】《普通水文氣象學(xué)》是南京信息工程大學(xué)水文與水資源工程學(xué)院開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是水文學(xué)和氣象學(xué)相結(jié)合的交叉學(xué)科。本文結(jié)合近幾年實(shí)際教學(xué)過程中存在的問題，從課程體系、內(nèi)容的改革、教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改革等方面探討了該課程教學(xué)改革的實(shí)施方案和具體措施，以提高《普通水文氣象學(xué)》課程的教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】交叉學(xué)科 水文氣象 教學(xué)改革

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）31-0155-01

氣象和水文兩大科學(xué)體系是關(guān)乎我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要科學(xué)，兩者對(duì)自然災(zāi)害的關(guān)注和研究具有重要的交叉性。氣象關(guān)注氣象災(zāi)害，如暴雨、干旱、臺(tái)風(fēng)、龍卷等，而水文關(guān)注地表災(zāi)害，如洪水、城市內(nèi)澇、干旱、山洪泥石流等。近年來，我國各種突發(fā)性氣象災(zāi)害和洪澇災(zāi)害的頻發(fā)，單方面人才的培養(yǎng)已經(jīng)不能滿足社會(huì)發(fā)展的需要，水文與氣象的交叉和融合已勢(shì)在必行，水文氣象交叉學(xué)科的發(fā)展是氣象專業(yè)和水文專業(yè)教學(xué)改革和培養(yǎng)應(yīng)急人才的必由之路。《普通水文氣象學(xué)》是水文氣象交叉學(xué)科中重要的一門基礎(chǔ)課程。

1.教學(xué)內(nèi)容的改革

普通水文氣象學(xué)是水文氣象學(xué)科中重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程的目的在于講述氣象學(xué)在水文問題上的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生通過氣象學(xué)與水文學(xué)相結(jié)合的手段來解決工程水文本身解決不了的問題，例如：工程防洪設(shè)計(jì)中的可能最大降水估算；水文頻率計(jì)算中應(yīng)用地區(qū)分析時(shí)的水文氣象一致區(qū)的劃分；河流水文預(yù)報(bào)和山洪預(yù)警預(yù)報(bào)中預(yù)見期期間的定量降雨估算，以及21世紀(jì)興起的研究全球氣候變化的陸-氣相互（反饋）作用，等等。極端水文氣象事件諸如洪澇、干旱和山洪泥石流等自然災(zāi)害皆發(fā)生在地圈和氣圈的界面上。隨著全球氣候變化影響的加劇，極端水文氣象事件的發(fā)生越來越頻繁，應(yīng)用水文氣象學(xué)所研究的內(nèi)容與人類生活、工程建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)的聯(lián)系也越來越密切。國家對(duì)水文氣象專門人才的需求比要求高校加大培養(yǎng)水文氣象專門人才的力度。

目前，《普通水文氣象學(xué)》課程包含以下方面內(nèi)容：緒論，介紹水文氣象學(xué)研究對(duì)象、發(fā)展歷程和現(xiàn)狀等；水文循環(huán)和能量循環(huán)，主要介紹水文氣象學(xué)科里常用的水量平衡和能量平衡等相關(guān)原理過程；降水，主要講解降水的形成條件、過程、影響因素等，以及降水的時(shí)空表示方法、統(tǒng)計(jì)分析、監(jiān)測(cè)手段等；暴雨，這一部分主要強(qiáng)調(diào)中國區(qū)域性暴雨分布情況，可能最大降水的概念、水汽輸送特征、暴雨成因分析，以及典型大暴雨分析；設(shè)計(jì)暴雨的估算，介紹防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的概念，以及點(diǎn)暴雨量和面暴雨量頻率計(jì)算方法；蒸散發(fā)，主要介紹不同蒸發(fā)面的蒸散發(fā)物理過程及其測(cè)得，以及流域?qū)嶋H蒸散發(fā)概念；陸面大氣耦合反饋，主要講解土壤濕度對(duì)大氣降水的反饋機(jī)制；水文氣象在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用。

該課程目前是通過課堂授課和上機(jī)實(shí)踐相結(jié)合的模式，使學(xué)生能夠?qū)W以致用，如何用課堂上學(xué)習(xí)的知識(shí)來解決實(shí)際的生產(chǎn)問題，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。然而，根據(jù)幾年的實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)不少問題。比如，有的學(xué)生就會(huì)提出一些內(nèi)容與其他課程存在一定的重復(fù)，但是授課過程中又發(fā)現(xiàn)要用到這些重復(fù)內(nèi)容時(shí)，大部分的學(xué)生要么不記得要么不知所云。因此，需要對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效的凝練，既要盡量避免與學(xué)生們已經(jīng)學(xué)習(xí)的前期課程重復(fù)過多，又能確保學(xué)生對(duì)水文氣象相互聯(lián)系的部分能夠有較深的理解。

通過分析比較，發(fā)現(xiàn)重復(fù)內(nèi)容較多的部分主要在降水和蒸散發(fā)這兩章節(jié)。但是，這兩部分又是水文氣象學(xué)的基礎(chǔ)，這兩個(gè)過程就是聯(lián)系水文與大氣的媒介，不可不講。在實(shí)際教學(xué)過程中，可以把一些基本概念通過習(xí)題，或是實(shí)際案例模式，加入課堂。這樣既能激發(fā)學(xué)生的興趣，也能提高他們解決問題的能力。

除此之外，有些內(nèi)容其實(shí)是單獨(dú)的一門課程，比如說，設(shè)計(jì)暴雨的估算章節(jié)。在高年級(jí)有單獨(dú)的一門專業(yè)主干課程《水文分析與水力計(jì)算》，整個(gè)課程64個(gè)課時(shí)，其中水文分析部分就是重點(diǎn)講解如何進(jìn)行設(shè)計(jì)暴雨的估算，從數(shù)據(jù)選樣、暴雨資料的插補(bǔ)延展、極大值處理、經(jīng)驗(yàn)頻率公式、線型和參數(shù)估計(jì)方法的選擇、到最后對(duì)成果合理性檢查，一一做了詳細(xì)講解。相比較，在《普通水文氣象學(xué)》課程里面，這一章節(jié)內(nèi)容沒辦法把方法原理講得很細(xì)致，如果只是作為概論講授，學(xué)生曾經(jīng)反映這一章感覺很突兀，不知所云。因此，可以考慮將這一章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行刪減，或者和降水統(tǒng)計(jì)章節(jié)進(jìn)行合并，只需要介紹防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等概念即可。

另外，在近幾年的授課過程中，也發(fā)現(xiàn)每一級(jí)學(xué)生都具有獨(dú)特性，他們對(duì)知識(shí)的理解程度和已學(xué)課程的掌握程度都不同，因此，需要針對(duì)每一級(jí)學(xué)生的特性，對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)效果。

2.教學(xué)手段的改革

目前，該課程共有64個(gè)課時(shí)，其中理論課58課時(shí)，上機(jī)6課時(shí)。對(duì)于理論課時(shí)，采用多媒體課件和傳統(tǒng)的教學(xué)方法相結(jié)合的方式。在授課過程中，發(fā)現(xiàn)采用教、學(xué)互動(dòng)式、教學(xué)、科研互動(dòng)式等新型教學(xué)方法能夠很好的調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。例如，在講授降水分類的時(shí)候，讓學(xué)生分組列舉實(shí)例介紹身邊的降水案例，甚至是暴雨個(gè)例，然后略加分析成因、影響范圍等等。另外，學(xué)生對(duì)于水文氣象學(xué)科一些前沿的研究很感興趣，例如，在講授可能最大暴雨估算的概念時(shí)，作者就拿實(shí)際做的科研項(xiàng)目為例介紹該概念的重要性等，學(xué)生也反映這種講授方式印象較深刻。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

基本理論知識(shí)固然重要，但更應(yīng)該注重學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)，如何將課本上學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目中去。根據(jù)近幾年的授課經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)，大部分本科生這一方面還是較為薄弱。目前，該課程是安排了6個(gè)課時(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，主要是運(yùn)用課內(nèi)學(xué)到的基本知識(shí)，結(jié)合科研項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。從實(shí)際實(shí)施情況來看，效果并不好，總結(jié)原因主要有兩個(gè)方面：一是本科學(xué)生會(huì)用的處理數(shù)據(jù)的工具太少，拿到數(shù)據(jù)資料不知道從何下手，也不知道用什么軟件或者方法處理；二是對(duì)項(xiàng)目的理解能力有限，大部分學(xué)生不明白實(shí)習(xí)內(nèi)容和目標(biāo)是什么。作者從這兩方面入手，首先將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分模塊，然后針對(duì)每個(gè)模塊對(duì)照流程圖，結(jié)合課內(nèi)的理論知識(shí)講授如何從第一到完成整個(gè)模塊；其次，教授一些較簡(jiǎn)單實(shí)用的處理數(shù)據(jù)工具，讓學(xué)生能夠由一些簡(jiǎn)單的步驟開始動(dòng)手處理數(shù)據(jù)等。通過一系列的操作，引導(dǎo)學(xué)生嘗試完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生也反映通過實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)，能夠真正體會(huì)到如何把課本上的知識(shí)用到實(shí)際項(xiàng)目中去。目前，6課時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程相對(duì)來說時(shí)間較緊湊，后階段，應(yīng)該增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)，為學(xué)生提供更多動(dòng)手解決問題的機(jī)會(huì)。

4.結(jié)語

隨著全球氣候變化影響的加劇，極端水文氣象事件的發(fā)生越來越頻繁，應(yīng)用水文氣象學(xué)所研究的內(nèi)容與人類生活、工程建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)的聯(lián)系也越來越密切。國家對(duì)水文氣象專門人才的需求比要求高校加大培養(yǎng)水文氣象專門人才的力度。建設(shè)好《普通水文氣象學(xué)》不僅可以提升人才培養(yǎng)的質(zhì)量，也為國內(nèi)其他高校開設(shè)相關(guān)課程提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊娜，張葉暉.關(guān)于水文與氣象交叉學(xué)科建設(shè)的幾點(diǎn)思考 [J].時(shí)代教育，2017（8）：148.