本科一流課程建設的改革與實踐

余錦華 王志福 李忠賢 耿新

摘? 要：氣候是人類生存和發展的重要環境要素。氣候學是研究氣候形成與變化、氣候與人類活動關系的學科，是大氣科學的重要分支。20世紀70年代初，氣候系統的概念被提出，氣候學的發展進入現代氣候學階段，其研究對象從大氣圈拓展到包含大氣圈、水圈、冰凍圈、陸圈和生物圈的氣候系統。人類活動對氣候變化的影響與日劇增，氣候系統綜合觀測技術以及數值模式的發展迅速，使氣候變化方面的研究成果日新月異。為了培養順應科技發展和國家需求之人才，恪守“為黨育人、為國育才”的初心，現代氣候學課程建設與時俱進，從教學理念與目標、教學內容、教學設計策略、教學評價等方面進行持續改革和實踐。沒有最好，只有更好，文章對該課程的一流課程建設的改革與實踐進行了總結和回顧，以提升現代氣候學課程的高階性、創新性和挑戰度。

關鍵詞：教學改革;課程建設;教學設計;教學評價

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2021）08-0020-04

Abstract： Climate is an important environmental factor for human survival and development. As an important branch of atmospheric science， climatology studies the relationship between climate formation and change， climate and human activities. In the early 1970s， the concept of climate system is put forward， and the development of climatology entered the stage of modern climatology， whose research object expanded from atmosphere to climate system. The impact of human activities on climate change is increasing day by day. The rapid development of integrated observation technology and numerical model of climate system has made the research results of climate change changing with each passing day. In the face of scientific and technological progress and national demand， abiding by the original intention of "educating students for the Party and talents for the country"， the construction of modern Climatology curriculum should keep pace with the times. The continuous reform and practice are conducted from the aspects of teaching idea and goal， teaching content， teaching design strategy and teaching evaluation. There is no best， there is only better. This paper summarizes and reviews the reform and practice of the first-class curriculum construction of this course， so as to enhance the high-level， innovative and challenging degree of modern climatology course.

Keywords： teaching innovation; course development; teaching design; teaching evaluation

引言

高等教育的根本任務是培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人，教育質量是生命線。一流課程建設，提高課程教學質量是實現一流本科教育的重要環節。為貫徹落實習近平總書記關于教育的重要論述和全國教育大會精神，教育部先后發布了《關于一流本科課程建設的實施意見》和《關于開展2019年線下、線上線下混合式、社會實踐國家級一流本科課程認定工作的通知》，充分展現了國家高度重視高等教育中課程建設工作。立德樹人是高校之本，所有課堂都有育人功能。充分挖掘現代氣候學課程的思政資源，把做人做事的基本道理、社會主義核心價值觀、實現中華民族復興的理想和責任融入課堂教學中，激勵學生自覺把個人的理想追求融入國家和民族事業。教學中教師將這些銘記于心，充分發揮課程的德育功能，運用德育的學科思維，提煉現代氣候學課程中蘊含的文化基因和價值范式，在“潤物細無聲”的知識傳授中融入理想信念層面的精神指引，將是專業課程教學的必然趨勢。

南京信息工程大學開設的氣候學課程，始于建校之初的1963年，歷史悠久，基礎雄厚。經過多年的教學積累，1995年，本校繆啟龍教授主編的《氣候學》[1]教材正式出版;2010年，課程團隊編寫的《現代氣候學》[2]教材出版，入選普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，是國內首次以氣候系統為主線的現代氣候學教材。在近些年的教學實踐中，課程團隊在層次、結構、理論知識的深度、課程內容的實踐性和最新科研成果等方面對原有的教材進行了補充和改進，2018年，發行了第二版《現代氣候學》[3]教材，該教材入選“十三五”江蘇省高等學校重點教材。教材質量不斷地提高，促使我們更加深刻地去思考，如何進一步提高課程教學質量。如本課程的基礎理論部分涉及較多的物理概念和各種復雜的物理過程，這些物理概念如何應用于科研、業務和生活生產實踐？如何理解氣候系統的熱力及水分過程等，這些物理過程對氣候形成和變化有何影響，其機理是什么？學生怎樣掌握上述物理過程的定量估算？人類活動對氣候變化的影響途徑和程度的估計方法等。教材中，這些物理概念和物理過程多以文字論述，容易造成部分學生平時不學、期末突擊死記硬背的情況。如何在有限課堂時間內，讓學生能學得進去，變被動為主動學習，更好理解和掌握氣候學基礎理論知識，是本課程面臨的主要挑戰。只有不斷進行課程教學建設的改革和實踐，并對改革和實踐過程進行總結和反思，才能使課程建設不斷進步，改革效果更上一層樓。同時，現代氣候學與國家和社會需求、經濟建設、外交、生活生產實踐等直接相聯系，同時與其它學科結合非常緊密。如《聯合國氣候變化框架公約》下的氣候變化峰會、聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）、世界氣候大會等都是中國國家領導人和政府積極參與的國際會議或組織，也是氣候學與其它學科交叉應用的舞臺，課程教學中如何將這些融合進思政教育中，培養學生愛國主義情懷，勵志為國效勞的精神，也是一流課程建設需要關注的問題。

一、教學理念與教學目標

南京信息工程大學大氣科學為國家“雙一流”建設學科，大氣科學專業堅持“學科引領、行業驅動、國際接軌”的理念，為氣象行業、國內外大學和科研院所培養大批高素質的研究、業務和管理人才。現代氣候學是大氣科學的重要分支，是培養大氣科學專業復合型人才的核心課程，是實現大氣科學專業辦學理念和培養目標的重要支撐。

課程教學目標包括三個層次：1. 知識層面，記憶和理解課程的物理概念，解釋重要的物理過程，重述氣候特征和演變規律，掌握物理過程的定量估算;2. 能力層面，評估復雜的氣候現象和氣候異常特征，擁有將現代氣候學基礎理論知識運用于科研、業務和生活生產實踐的能力;3. 素質層面，具有專業領域自主學習、創新運用，拓展升華，服務國家和社會的素養。形成自覺遵守規則，誠實守信的良好習慣，增強學生團隊合作意識，培養學生嚴謹的工作作風，提高學生的愛國主義情懷。

二、課程內容和組織實施

氣候系統為現代氣候學的研究對象，課程教學內容將以太陽輻射強迫的氣候系統為脈絡，闡述各種物理過程及其對氣候形成和變化的影響，主要有：氣候、氣候變化等基本物理概念，氣候系統的基本特性;氣候系統的熱力和水分過程，氣候系統各子系統的相互作用過程，這些過程對氣候形成與變化的影響;氣候、極端天氣氣候變化特征及成因、人類活動對氣候變化的影響;氣候診斷、氣候預測與氣候服務等。本課程以課堂教學為主，輔以線上課程，實行線上線下相結合的教學方式。課程資源包括教材、教學大綱、授課PPT、講稿、題庫、線上課程資源、名人堂（國內外知名專家的學術報告或講座）等。同時，教學內容中，根據課程思政的要求，確定教學內容：誠信、嚴謹、愛國、愛崗等，將這些融入到教學內容，如引導學生了解目前世界氣候變化研究的發展水平，激發學生的愛國情懷。

三、教學設計思路

以目標導向為原則，堅持“以學生為中心”的教學理念，從關注“教”到關注“學”，從“我要教什么”轉向“國家和社會需求是什么？學生能學到什么？學會后能干什么？”開展課程頂層教學設計。此外，教學的頂層設計上把學生的思想政治培養作為專業課程教學的目標放在首位，并與專業發展教育相結合。

（一）課程級（宏觀）的教學設計

結合學生的先修課程（大氣科學概論、大氣物理學、天氣學原理等），規劃本課程教學的整體框架和具體內容，不斷完善教學大綱。突出課程的核心是氣候形成與變化，重點是影響氣候形成和變化的各種物理過程和人類活動的作用，難點是物理過程的定量估算。具體教學內容上做到廣度和深度的融合，體現學科前沿性與時代性，增加研究性、創新性、綜合性和挑戰性，加大學生學習投入，科學“增負”，讓學生體驗“跳一跳才能夠得著”的學習挑戰。完善作業、單元測試、問答、討論、課后閱讀、期中、期末考試等課程綜合成績的評價指標，增強學生經過刻苦學習收獲知識、能力和素質提高的成就感。

（二）課堂級（微觀）的教學設計

強化課堂教學設計，進行學情分析，設定學習目標和教學內容，確定課堂教學重難點，進行教學流程設計，準備好課程作業、舉例、問答題、思考題、課外閱讀的參考文獻等。針對不同的教學內容和學生特點，靈活運用多種教學方法和現代教育技術手段，實施不同的教學策略。如物理概念部分，主要采用引導式講授、舉例、問答等書架式策略;物理方程及過程運算內容，采用引導式講授、課堂練習、分組討論等PI教學法;氣候特征分析內容，則綜合使用課前預習、課堂上探討與交流、教師歸納和總結等互動式教學技巧。通過一系列教學設計的改進，逐步提升學生學習主動性，讓絕大部分學生既能聽得懂、學得會，又能講得出、用得好。

結合課程要求，平時考勤、作業、測試等，要求學生從誠信做起，不抄襲，不弄虛作假，培養學生的誠信意識。在教學過程中，根據學生的具體情況分組完成作業，培養學生互助友善合作精神。通過課程討論，激發學生的學習興趣，有助于學生樹立遠大理想，敢于擔當，投身中國的氣象事業。

四、教學效果評價與比較

針對教學目標、教學內容、教學組織，探索以學生為中心，構建體現學習成果創造性和多樣性等多元化考核評價體系。加強對學生課堂內外、線上線下學習的評價，強化閱讀文獻能力的考查，提升課程學習的廣度。加強研究型、探究式學習等作業評價方式，強化課程難度和挑戰度。通過問卷調查等形式進行學生評價、督導評教、后續課程評估以及業務部門反饋等。《現代氣候學》課程教學取得了很好的教學效果。督導評教優，學生普遍反映現代氣候學課程使他們在后續專業課學習、國家級和省級大學生創新創業計劃項目、出國訪學、考研升學、碩士生和博士生論文的選題、業務和科研工作等方面受益匪淺。既有明顯的啟蒙和引領作用，也能直接指導業務和科研。

五、本課程的特色和創新

經過多年的課程建設改革和教學實踐，本課程既有理論創新，又特色鮮明。

（一）提出“氣候和氣候變化等概念”的全新定義，豐富了現代氣候學

如將氣候定義為“在太陽輻射和氣候系統各子系統相互作用下，地球上某一區域在某一特定時段內天氣（氣候要素）的多年平均狀況及其極端情形。”該定義綜合了現代氣候學的發展，使我們的教學脈絡更加清晰明了，同時有助于氣候特征的表述和實踐中的應用。將氣候變化定義為“氣候狀態相對于其氣候態的偏差或同類氣候狀態間的差異”，該定義表述簡潔嚴謹，蘊含了豐富的信息，便于學生理解和應用，對業務和科研具有重要的指導意義。遵從定義中“氣候狀態相對于其氣候標準態的偏差”的內涵，將每年的氣候狀態偏差或氣候狀態按年的先后順序排列得到的序列，稱為某一氣候要素變化的時間序列，該序列是氣候變化研究常用的對象，如圖1所示的全球平均地面氣溫變化的時間序列，其蘊含了趨勢、年際和年代際振蕩等信息。糾正了學生及相關科研人員常常將類似圖1的時間序列，稱為年際變化的錯誤論述。因為氣候變化研究中，年際變化主要指 2-9年的時間尺度變化。氣候狀態和氣候態是氣候學的基本概念，是理解氣候及氣候變化概念的基礎。課程中創新性提出：地球上某一區域的氣候要素（如氣溫、降水、氣壓、風等）在某一特定時段內的統計特征，包括其平均值、總量、極端值、方差等統計量稱為氣候狀態。同類氣候狀態多年（一般取30年）的平均，稱為氣候態。如圖2的1月和7月1000hPa氣溫1981-2010年平均的空間分布，圖3顯示的1月到12月份全球、北半球和南半球1000 hPa平均氣溫的季節變化（或年循環、年變化）。課程中提出的氣候及氣候變化等概念可以推廣應用于氣候系統，如海溫、土壤濕度、冰雪面積、葉面積指數等物理量。

（二）與氣候業務和科研緊密結合

氣候學是一門理論與實踐性結合很強的學科，在教學過程中，將基礎概念、理論知識與氣候診斷、監測、預測、評估、服務等業務以及科研相結合，讓學生充分了解和認識現代氣候業務的具體業務內涵，反補教學，促進教學，讓學生學以致用，培養學生的專業素養和解決實際問題的能力。

（三）與時俱進，將氣候變化最新研究成果引入課程教學

氣候學是一門快速發展的學科，特別是氣候系統的綜合觀測技術，如遙感衛星、氣候系統各子系統相互作用的湍流觀測等，數值模式的發展使氣候變化方面研究成果日新月異，如全球氣候系統模式用于研究人類活動對全球增暖的定量強迫效應的歸因、極端天氣氣候及災害影響等方面的研究成果。教學設計中，適時將國內外前沿科研成果融入課堂，拓展視野，提升學生專業素養，激發學生的學習熱情，引導學生去思考“我能做什么”。

（四）課程思政貫穿于教學過程

牢記立德樹人是高校之本，所有課堂都有育人功能。圍繞育人目標，做好課程教學的頂層設計，使思政教育貫穿于整個《現代氣候學》的教學。通過課程討論，學生查閱文獻等激發學生的學習興趣，有助于學生樹立遠大理想，敢于擔當，投身中國的氣象事業。教學手段上，充分利用現代化網絡信息技術，引導學生查詢下載氣候資料，應用于氣候學理論，培育學生實踐創新，追求卓越的優秀品質。

（五）教學改革意識強烈、成果顯著

課程團隊負責人和主要成員為2010年和2018年出版的《現代氣候學》的主要編著者，2018年更新的《現代氣候學》為“十三五”江蘇省高等學校重點教材，與上一版相比，調整了層次、結構;增加了氣候學理論知識的深度和利用現代全球再分析數據對氣候物理量的運算方法介紹，增強教材的實踐性;吸收了現代氣候學的最新研究成果，特別是IPCC第五次評估報告和第三次中國氣候評估報告的內容。課程團隊還制作了線上課程，在中國大學MOOC平臺上線，引導學生進行探究式與個性化學習，受到極大關注，開課第一期，參加學習的人數超過1800人。本線上課程第二期開課，在2020年新冠病毒疫情流行期間的網上教學，起到很好的作用，有近4000人參加了該課程的學習，在MOOC平臺的討論區和教師答疑區非常活躍，課程得到了一致好評，促進了線下教學。

（六）教學團隊力量強，結構合理

現代氣候學教學團隊由多名教授、副教授和若干名講師組成。團隊具有良好的合作精神和梯隊結構。團隊力量雄厚，多名教師除了具有豐富的教學經驗外，同時從事氣候學相關的科學研究工作，教研相長，如虎添翼。如團隊主要成員江志紅教授和徐邦琪教授分別是科技部“973”項目和國家重點研發計劃“重大自然災害監測預警與防范”項目首席科學家。團隊負責人余錦華教授具有較深的學術造詣和創新性學術思想，長期從事氣候學相關的科學研究，致力于本團隊課程建設，堅持在學校教學第一線為本科生授課。

六、結束語

經過近些年的教學建設的改革與實踐，我們在現代氣候學的教學理念創新、課程教學內容的優化更新、教學設計的提升、教學效果評價的完善等方面取得了一定的成效。科技發展、社會進步以及國家和人民的需求不斷提升，現代氣候學的課程建設改革和實踐永遠是一個進行時。我們將進一步加強課程團隊教師思想政治教育，提高育人意識，切實做到愛學生、有學問、會傳授、做榜樣。轉變教師重知識傳授、能力培養，輕價值引領的觀念;進一步確立學生中心、產出導向、持續改進的理念，實施以目標為導向的課程建設，充分挖掘本課程豐富的“思政資源”，達到立德樹人的目的;重塑課堂教育教學形態;深入建設線上課程，做好線上線下翻轉課堂教學;完善課程考核辦法，使現代氣候學課程教學邁向新臺階。

參考文獻：

[1]繆啟龍.氣候學[M].北京：氣象出版社，1995.

[2]繆啟龍，江志紅，陳海山，等.現代氣候學[M].北京：氣象出版社，2010.

[3]繆啟龍，江志紅，陳海山，等.現代氣候學[M].北京：氣象出版社，2018.