雙一流背景下碩士研究生“空間天氣學”課程教學改革實踐

汪四成，梅冰，方涵先，顏冰

[摘 要] 世界一流大學都有一流的研究生教育，碩士研究生處于科研事業的起步階段，課程學習對于其今后發展至關重要。依據教育部發布的《學位與研究生教育“十三五”規劃》以及作者所在院校的研究生課程教學指導理念，從教學設計、教學方法和考核方式三個方面對碩士研究生課程“空間天氣學”進行了初步的教學改革實踐，著力打牢學生專業理論基礎，提升學生實踐技能水平，培養學生的創造性思維，以期為相關課程教學改革提供經驗。

[關鍵詞] 碩士研究生;空間天氣學;教學改革;雙一流

[基金項目] 2019年度國防科技大學“雙一流”教學改革示范課程建設基金項目（2019-2020）

[作者簡介] 汪四成（1988—），男，甘肅嘉峪關人，博士，國防科技大學氣象海洋學院講師，主要從事電離層物理學研究。

[中圖分類號] G643.2? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）44-0067-04? ? [收稿日期] 2021-04-16

一、引言

研究生教育作為國民教育的頂端，是培養高層次創新人才的主要途徑，是國家人才競爭和科技競爭的重要支柱。沒有強大的研究生教育，就沒有強大的國家創新體系。19世紀初，德國通過創立人才培養與科學研究相結合的現代研究生教育模式，成為世界科技中心。20世紀初，美國創立現代研究生院，使其得以超過歐洲，成為世界科技和經濟中心。世界一流大學都離不開一流的研究生教育，辦學水平越高，科研實力越強，研究生教育的地位作用就越顯著。改革開放以來，我國研究生教育實現了歷史性跨越，為各行各業培養了一批又一批的優秀人才，為國家發展做出了突出貢獻。如何進一步提升研究生教育質量，加快推進“雙一流”建設，培養適應新時代的創新型人才，是當前擺在各高校面前的重要問題。

2020年7月，習近平總書記關于研究生教育做出重要指示：研究生教育在培養創新人才、提高創新能力、服務經濟社會發展、推進國家治理體系和治理能力現代化方面具有重要作用。各級黨委和政府要高度重視研究生教育，推動研究生教育適應黨和國家事業發展需要，堅持“四為”方針，瞄準科技前沿和關鍵領域，深入推進學科專業調整，提升導師隊伍水平，完善人才培養體系，加快培養國家急需的高層次人才。李克強總理作出批示指出，研究生教育肩負著高層次人才培養和創新創造的重要使命，是國家發展、社會進步的重要基石……深化研究生培養模式改革，進一步優化考試招生制度、學科課程設置，促進科教融合和產教融合，加強國際合作，著力增強研究生實踐能力、創新能力，為建設社會主義現代化強國提供更堅實的人才支撐。

國防科技大學是國家最早開展研究生教育的高校之一，在研究生教育工作方面有著較為深厚的積淀，多年來不斷探索研究生教育規律，創新研究生教育理論方法，人才培養質量穩步提升，為國家和軍隊輸送了大量的優秀人才。在“雙一流”建設背景下，國家對研究生教育提出新的更高要求。基于教育部發布的《學位與研究生教育“十三五”規劃》以及我校的研究生課程教學指導理念，我校對碩士研究生課程“空間天氣學”初步進行了教學改革實踐。

二、課程情況簡介

碩士研究生課程是從本科階段的“學習知識”轉變到研究生階段的“創造知識”的重要橋梁，是學生個人科研事業起步的墊腳石，堅實的專業基礎是科研創新的源泉。我校歷來非常重視研究生課程體系建設，要求各學科專業基于學科內涵、學科基礎和學科前沿，有針對性地開設高水平的研究生課程，鼓勵開展跨學科教學，堅決取消“水課”和冗余性課程，不斷強化課程教學對研究生人才培養的基礎性支撐作用。

“空間天氣學”是我校大氣科學方向碩士研究生的一門選修課，一般在第二學期開設，主要講授地球表面十幾千米以上直至太陽大氣的空間天氣變化規律及其對空基和地基技術系統的影響。它是20世紀90年代發展起來的一門新興學科，具有典型的、多學科交叉的特點[1]。隨著科技的不斷發展進步，人類活動越來越多地依賴各種天基和地基技術系統，而這些系統在災害性空間天氣事件面前卻顯得非常脆弱。美國、法國、德國、英國、意大利、俄羅斯、加拿大、瑞典、日本和澳大利亞等先后制訂了自己國家的空間天氣計劃，積極開展空間天氣業務服務。2002年，國務院批準中國氣象局成立“國家空間天氣監測預警中心”，標志著我國國家級空間天氣業務服務的開始[2]。當前空間天氣預報的水平估計相當于氣象天氣預報20世紀六七十年代的水平，遠遠滿足不了國際社會對空間天氣預報保障的實際需求，亟須大力推動空間天氣研究和應用的發展。

從往年的選課情況來看，學生的本科專業背景是多樣化的，有些學生的學科跨度非常大，空間天氣方面的專業基礎差異較大，客觀上為課堂教學帶來較大挑戰，但也提供了寶貴的跨學科交流機會，有助于培養學生更寬廣的跨學科視野。另外，選課學生的綜合素質較高，樂于接受新事物，思維活躍，有一定的獨立思考能力和自主學習能力，為本門課程的教學提供了良好條件。但個別學生的學習動機不夠單純，存在急功近利的情況，以快發論文、多發論文為第一追求，以是否與發論文有關系來衡量學習內容的重要性，對與發論文看似“無關”的內容興趣不大，學習主動性不強，僅僅滿足于取得課程學分。

三、教學改革方案

（一）教學設計改革

為了提升課程教學的針對性，教師在開課之前精心設計調查問卷，以學生為中心，了解學生所思所想。問卷內容主要包括選課的初衷、本科階段的專業背景和知識結構、學習本門課程的預期收獲、今后的研究方向和學術志向，以及畢業后的就業意向等方面的情況，力求獲得豐富的學生思想動態信息，進而有針對性地設計課堂教學內容。

由于學生的空間天氣專業基礎差異較大，同時為了避免課堂教學出現“本科化”傾向[3]，確保基礎好和基礎弱的學生都有較大的獲得感，在教學設計上將課程教學分為“強基”“實踐”和“拓展”三個階段。“強基”就是夯實空間天氣專業基礎，碩士研究生經過本科階段的培養已經具備一定的自學能力，且自主學習時間要比本科階段多，因此課程內容采用模塊化和階梯式的結構設計，利用思維導圖為學生總結歸納出知識邏輯框架，便于學生課前預習和課后總結。教學方法采用線上線下混合的模式，課堂只對核心關鍵內容和重難點內容進行講解，細節性的內容或者公式推導主要由學生在課下自主完成。這不僅有助于鍛煉學生的自學能力，而且顯著增加了課堂的信息量。“實踐”就是強化實踐教學。空間天氣學是一門應用性很強的學科，以往的教學以教師理論講授為主，存在不同程度的“重理論、輕實踐”現象。本次教學改革中，將理論教學課時量進行壓縮，增加實踐教學內容，實現實踐教學和理論教學有機結合、互為補充。實踐教學內容以空間環境探測數據處理分析、空間天氣經驗模式和理論模式的調試運行、空間天氣預報保障應用、經典文獻精讀與研討為主，以問題設計與技能訓練為明線，以思維培養和能力鍛煉為暗線，著力提升學生的動手能力，培養學生的科研素養。“拓展”就是體現課程的“高階性”，將前沿創新成果、前沿發展動態、新的研究方法和工具引進課堂，拓寬學生的學術視野，開闊學生的科研思路，通過探討分析前沿創新成果，總結撰寫文獻評論，梳理歸納其主要內容、主要方法和主要貢獻，訓練學生的文獻閱讀能力、論文寫作能力和語言表達能力，提升學生發現問題的敏銳力、學術成果的欣賞鑒別力，以及面對權威敢于批判質疑的能力。在學生具有一定的空間天氣專業基礎后，邀請本領域知名專家開展線上或線下的學術報告和交流。這一活動深受學生的歡迎，因為一個好的報告可能使學生對該領域迅速產生興趣，較快地確定研究方向。在課程教學的最后階段，設置專題式研討任務和綜合性實踐項目，要求學生以個人或團隊完成相關內容并在課堂上匯報、答辯學習成果，鼓勵其他學生積極參與提問和討論，教師給予恰當的點評和指導。

研究生課程教學中，教師在傳授專業知識與實踐技能以及培養學生科研素養的同時，還須加大對碩士研究生立德樹人的培養教育，把價值理念、愛國情懷、責任擔當貫穿在教育教學的全過程，引導學生緊盯科技前沿，腳踏祖國大地，以“板凳甘坐十年冷”的韌性潛心科研，淡泊名利，在自己領域做出一流的創新成果，并將成果運用到為國家和人民服務中去。

（二）教學方法改革

在“強基”環節，圍繞“知識目標”展開，充分利用好課堂教學的主渠道，堅持每堂課都要出高效益。教師以學生為中心，站在學生的角度，圍繞“學什么、為什么學、怎么學、怎么用”四個問題進行課堂教學準備，將授課內容按難度層層遞進的方式進行模塊化編排，為學生歸納梳理出知識框架和結構脈絡，動態更新教學講義、教學課件和參考資料，借助雨課堂平臺將學習材料提前發給學生[4]，便于學生課前自學。學生原則上可隨時隨地學習相關內容，但由于碎片化時間無法保證高質量的、系統性的理論知識的獲取，要求學生騰出較為大塊的時間學習，并反饋學習中存在的疑惑和問題。教師根據學生反饋的意見及學生的學習進度，調整課堂教學重心，對學生沒有疑惑的部分只需快速略講，對存在問題的內容進行重點講解。為提升學生課堂參與度，保持注意力，經常“在線”，教師通過設置和提問引發學生思考，幫助學生理解所學知識;通過布置隨堂練習和課后作業，檢驗學生的學習效果。由于課堂教學內容的“高度濃縮”，學生需要在課下花費較多時間“消化吸收”。教學團隊與選課學生建立課程學習交流群，教師在群里積極營造良好的學習氛圍，分享學習資料和科研信息，主動監督學生的學習進度，及時解答學生的問題困惑，致力打牢學生的專業理論基礎。

在“實踐”環節，圍繞“能力目標”展開，側重電離層和中高層大氣應用能力的培養。為了便于實踐教學的開展，我們自主開發構建了空間天氣教學訓練平臺。該平臺嵌套了多個空間天氣經驗模式和理論模式、多個空間天氣觀測數據處理軟件、多個編程軟件工具以及空間天氣歷史觀測資料數據庫，可滿足多名學生同時開展課程實踐和科學研究的需求。充分利用該平臺，按照“由易到難、由簡到繁”的思路設置實踐課題，力求使學生熟悉空間天氣常用觀測數據的基本處理流程以及常用空間天氣經驗模式和物理模式的調試運行，能夠利用相關的編程工具和數學方法對觀測數據和模式數據進行處理分析，總結提煉數據所反映的空間天氣時空變化規律，引導學生利用所學知識對現象規律進行分析解釋，加強學生對物理機制認識的深度和廣度，進而對空間天氣參數進行短臨預報和中長期預報，利用預報評分系統對學生的預報結果進行打分。遴選本領域代表性的經典文獻，帶領學生一起精讀和研討，幫助學生加深對相關知識內容的理解，在此基礎上，要求學生復述文獻的圖表和核心內容，嘗試改進并提出自己的思路，達到提升學生動手能力和分析問題能力的目的。

在“拓展”環節，圍繞“素質目標”展開，努力做到“學中研，研中學”，引入前沿理論成果、前沿學術動態以及新的科研方法和工具，拓寬學生的學術視野，提升學生的科研素養。設置專題式研討任務和綜合性實踐項目，要求學生以個人自學、小組互動、班級合作等多種方式探究，采用專題式研討教學[5]、探究型教學[6]、翻轉課堂[7]等多樣化的教學手段，充分發揮學生課堂主體的作用，引導學生獨立完成課題分析與分解、團隊組建和資料調研、課題方案設計和實施，以及課題匯報與答辯。在項目設置時，既要覆蓋所學理論知識，又要充分考慮學生的個體差異，使每個學生都能結合所長，深度參與到課堂教學中來;鼓勵學生結合自己本科專業知識背景，大膽表達自己的觀點和展示自己的成果，積極進行跨學科的交流。教師在整個過程中主要起引導作用，和學生一起參與討論解決相關問題，共同創造自由、和諧的學習氛圍，獲得較好的課堂效果。

（三）考核方式改革

在“雙一流”建設背景下，對碩士研究生的課程考核須以能力考核為根本標準，應從專業基礎、實踐技能、課前自學、課堂表現、課后作業和成果匯報答辯等多方面、多環節進行評價。考核方法要靈活多樣，注重過程性成績的貢獻，大幅減少終結性考試成績的比重。這樣能夠有效調動學生學習的積極性，提升學生的課堂參與度，督促學生認真對待每次課，將功夫用在平時，而不是考前“臨時抱佛腳”，學習效果將有較大提升。同時，師生要遵守“規則”意識，教師要事先明確告知學生考試方案和考核標準，按照約定的“規則”做好每次課平時成績的記錄，減少打分的人為性和隨意性，為學生創造公平的學習和考試環境。

四、總結

教學是一項神圣的事業，不管教學經驗多么豐富，對教學內容多么熟悉，選課學生人數多還是少，教師都要敬畏教學，認真對待課堂的每一分鐘，認真對待每一名學生。研究生課程教學有別于本科生教學，本科階段偏重基礎知識的傳授，而研究生教學在傳授專業知識和實踐技能的同時，還要著力培養研究生的創新思維和科研素養。通過碩士研究生課程“空間天氣學”的教學改革實踐，學生的動手實踐能力和解決實際問題的能力得到進一步增強，創新思維和創新能力有了進一步提升。本門課程結束后，部分沒有相關專業背景的學生將“空間天氣學”作為自己碩士研究生學位論文的研究方向。然而，“教無止境”，教學改革并不是一勞永逸的事情，更不是為了改革而改革，需要我們在教學實踐中持續改進，迭代更新。

參考文獻

[1]焦維新.空間天氣學[M].北京：氣象出版社，2003：01.

[2]王勁松，呂建永.空間天氣[M].北京：氣象出版社，2009：12.

[3]陽榮威，胡陸英.我國碩士研究生教育“本科化”傾向及其應對措施[J].研究生教育研究，2014（1）.

[4]張艷珠，野瑩瑩，劉義杰.基于雨課堂的研究生課程混合式教學[J].學科探索，2020（3）.

[5]楊波，唐荻音.研究生討論課教學的探索與思考[J].電氣電子教學學報，2020（6）.

[6]鄭燕林，秦春生.研究生課程“探究型-混合式”教學模式的構成與教學設計[J].現代遠距離教育，2018（4）.

[7]劉璐.基于翻轉課堂的碩士研究生課堂教學改革研究[J].現代商貿工業，2018（7）.

Teaching Reform Practice of Space Weather Course for Postgraduates in the Context of “Double First-Class”

WANG Si-cheng， MEI Bing， FANG Han-xian， YAN Bing

（College of Meteorology and Oceanography， National University of Defense Technology， Changsha， Hunan 410073， China）

Abstract： World-class universities all have first-class postgraduate education. Postgraduates are in the initial stage of scientific research， and course learning is essential to their future career developments. According to The 13th Five-year Plan of Degree and Postgraduate Education of the Ministry of Education and the guiding concept for the postgraduate course teaching of National University of Defense Technology， we have conducted preliminary teaching reform practice in the course of Space Weather for postgraduates from the three aspects of teaching design， teaching methods， and evaluation methods. This teaching reform mainly focuses on strengthening students professional theoretical foundation， improving their practical skills， and cultivating their creative thinking abilities， in order to provide experience for the teaching reform of related courses.

Key words： postgraduate; Space Weather; teaching reform; “double first-class”