基于信息化視角的校園氣象科普教育實現路徑探討

楊 華，楊亞利 ，周曉麗，吳 毅

1.銅川市氣象局，陜西銅川 727000； 2.銅川市中草藥氣象服務研究中心，陜西銅川 727000

氣象科普是向公眾普及氣象防災減災和應對氣候變化知識、增強公眾風險意識和自救互救能力的重要手段[1]。在氣候變暖的背景下，海平面上升、北極海冰和永凍土融化、高原積雪消融，極端氣候事件增多，極端天氣氣候事件發生的頻率和概率增加，極端天氣對各行各業和人民群眾安全的影響日益加劇，公眾對氣象科普的多元化、差異化需求進一步增加[2-3]。

隨著互聯網、大數據、人工智能等信息技術的快速發展，微博、微信、短視頻等新媒體和VR虛擬現實等方式為公眾喜聞樂見，公眾獲取信息方式發生了顯著變化。當下，氣象科普需要適應信息化、數字化、智能化的發展趨勢，運用互聯網、大數據、人機交互等信息化手段，豐富氣象科普的內容與形式，提高公眾對氣象科普的認知度、關注度和滿意度，使氣象科普可參與、可體驗，幫助公眾更好地理解氣象知識、用好氣象信息、提高防災減災意識和能力。

校園氣象站是氣象科普進校園的一大品牌，也是各類中小學科普教育研究創新的亮點。截至2017年年底，全國各地建成1 000多個校園氣象站[4]。許多學校將氣象科普融入學校科技教育，通過建設人工或自動氣象監測站、成立氣象科技興趣小組、開展氣象科普活動，開闊學生視野，激發學生學習自然科學的興趣和熱情，有效普及氣象科學知識和氣象科學方法，使其掌握應對氣象災害的保護措施，為推進氣象科普信息化提供了實踐經驗。

立足科普信息化的新視角，從信息化支撐、校園氣象科普教育的內容開發、校園氣象科普的實踐活動設計等環節入手，探討了以校園氣象站為中心的校園氣象科普教育實現路徑，旨在增強校園氣象科普教育效果，為推進氣象科普信息化技術升級和傳播理念更新提供思路。

1 校園氣象科普教育的信息化支撐

基于校園環境，按照可感知、可參與、可互動的目標，利用地理信息系統、氣象災害監測技術、預警發布技術、數據共享技術，為校園氣象科普教育提供信息化支撐，同時保障安全校園建設。校園氣象科普教育的信息化支撐，概括為監測、預警、教學3項功能。

1.1 校園氣象監測系統

校園是人員密集場所和公共場所，也是氣象監測布局的重點區域。通過在校園建設氣象災害監測系統，既可滿足學校氣象科普的需求，又可提高氣象監測預警能力。

校園氣象監測系統包括自動氣象站、環境監測、負氧離子監測等氣象環境要素監測。自動氣象站的基本配置采用四要素（溫度、風向、風速、雨量）、六要素（氣溫、氣壓、相對濕度、風向、風速、雨量）等監測設備[5]。技術上采用先進的氣象傳感器、數據采集器、控制處理器、GPRS無線傳輸等。環境監測、負氧離子監測系統，使用專用傳感器可自動采集空氣中PM2.5濃度數據、負氧離子濃度數據，實現對校園環境質量的綜合監測。

各類氣象監測數據通過無線GPRS方式傳送回服務器中心數據庫，存儲數據可用于監測預警、教學、科研分析等。學生可在輔導員的指導下，觀測、記錄氣象要素，并分析數據的變化規律。

1.2 校園氣象預警信息發布系統

校園氣象預警信息發布系統兼有預警發布、科普傳播的雙重功能。校園氣象預警信息發布系統在結構設計上采取“云+端”模式，建立校園預警信息管理平臺，對預警信息和發布終端進行數字管理。發布終端主要包括校園廣播、校園電子顯示屏2種。其中，校園廣播依托計算機網絡、工業級電源模塊、GPRS通訊模塊、中央控制模塊、功放模塊，實現重要預警信息即時通過語音形式進行廣播和發布；校園電子顯示屏充分利用計算機網絡、GPRS無線通信傳輸、嵌入式處理、自動控制等技術，完成預警信息的文字、圖形動態更新展示[6]。

重要氣象預警信息通過校園網、手機短信、校園廣播、校園電子顯示屏、多媒體教學屏、校園網即時插播或重復滾動播出。通過全覆蓋、“現場式”強化教育，使學校師生隨時隨地能夠聽到、看到氣象預警信息，在互動參與中增強主動防災避險的意識。

1.3 校園氣象科普教學系統

校園氣象科普教學系統是校園氣象監測系統、校園氣象預警信息系統與氣象科普教育資源的連接器。將監測系統、預警系統形成的氣象數據與氣象網站采集的氣象科普教學素材或案例相結合，共同組成校園氣象科普教育“數據云”。通過建設高清數字多媒體教室、科普教學教育拼接墻等，可滿足校園氣象科普教育展示需要。教師利用實時自動更新的校園氣象數據、豐富多彩的氣象科普圖文素材，向學生傳播氣象防災減災知識，最終實現氣象科普教育的落實。

2 校園氣象科普教育的內容開發

在信息化時代背景下，青少年對氣象科普的內容需求更加趨于細分。校園氣象科普教育的內容開發上，采取“分層教育”的思路，遵循學生年齡特點、認知規律和教育規律，體現本地化鄉土特色，滿足普及氣象科學知識、宣傳氣象科技發展、傳播特色氣象文化的需要，增強校園氣象科普教育的吸引力、針對性和實效性。以中小學為例，對校園氣象科普教育的主體內容、校本氣象科普教材的內容設計作如下分析[7]。

2.1 校園氣象科普教育的主體內容

通過分析重大氣象災害防范應對的案例，可預判公眾氣象災害防御素養，發現公眾對氣象災害基本認知度不高，風險風范意識和防災避險自救能力不強，有些人員在災害來臨前不夠警覺，有些人員未采取避險措施，或者避險措施不得當，造成生命財產嚴重損失。因此，校園氣象科普教育的重點，必須關注災害防御意識、災害防御知識技能2個方面。按照這一思路，結合中小學地理教育、德育目標，提出中小學氣象科普教育的主體內容，主要包括4個方面：（1）開展大氣、水、生態環境等資源的教育，幫助學生了解當地的地理地貌和氣候概況、氣象災害特點，提升學生應用氣象科學知識和方法處理實際問題、參與防災避險的能力；（2）對天氣現象和災害性天氣、氣象監測、氣象預報預警、氣象服務信息進行科學解讀，宣傳氣象災害避險知識，幫助學生理解氣象知識、用好氣象信息，增強氣象防災減災的意識和能力；（3）了解氣象科學發展前沿知識，激發學生的學習氣象知識興趣，倡導科學思想，樹立科學精神；（4）加強應對氣候變化、生態文明建設、可再生氣候資源的開發利用等知識和文化教育。上述4個方面主體內容是校園氣象科普教育的通用內容，在此基礎上，需要把握天氣氣候的地方性特點，動態更新校園氣象科普教育內容，以滿足不同地區、不同季節、不同災種的氣象災害防御需要。

2.2 校本氣象科普教材的內容設計

積極推動氣象科普教育“課程化”，結合小學中低年級、高年級課程體系，開設校本氣象科學課，使小學生接受至少10課時的氣象科學知識學習。以縣級行政區為單位，編寫地方校本氣象科普教材，突出地方氣候特點和本地主要氣象災害，促進氣象防災減災教育進校園、進課堂，有利于幫助學生更好地認識氣象、應用氣象，提高科學素養。

中小學氣象科普教材的設計，根據各學段科技素質培養目標，分別涵蓋：氣象科學基礎知識、氣象災害預警、雷電災害防御、應對氣候變化等模塊。氣象科學基礎知識模塊的主要知識點包括：大氣、氣候、氣溫、濕度、氣壓、降水、雷電、風等。氣象災害預警模塊的主要知識點包括：氣象災害，主要氣象災種（干旱、大風、沙塵暴、暴雨、雪、寒潮、冰雹、雷電、低溫、高溫、霜凍、大霧、干熱風等），了解天氣預報，認識氣象災害預警信號，氣象災害防御等。雷電災害防御模塊的主要知識點包括：雷電、雷擊的形式、室外防雷、室內防雷、學校防雷等。應對氣候變化模塊地主要知識點包括：氣候資源、全球氣候變化、厄爾尼諾、拉尼娜現象等[8]。

科普信息化的理念同樣可被應用于校本氣象科普教材的設計。例如，采取漫畫、兒歌、短視頻等小學生樂于接受的表現形式，趣味優先、寓教于樂，充分調動學生對科技、學氣象的興趣，促進其主動學習和運用氣象災害防御知識。

3 校園氣象科普教育的實踐活動設計

青少年在掌握氣象科學知識后，應加大氣象防災減災的實踐演練力度，使學生能夠熟練掌握各類氣象災害防御知識，在氣象災害來臨時能夠采取正確的防御行動，從而增強災害風險意識和自救互救能力。校園氣象科普實踐活動正是普及氣象防災應急知識，提高學生預防、避險、自救互救和減災能力的重要手段。按照科普信息化的思路，依托校園氣象站，成立校園氣象科技興趣小組，利用科普信息化設施、校本氣象科普教材，樹立“探究式”“參與式”的新理念，設計開發形式多樣的氣象科學知識學習活動、天氣觀測活動等，更好地強化氣象災害意識教育、防災避災減災教育，增強校園氣象科普宣傳教育效果[9]。

3.1 “探究式”的氣象科學知識學習活動設計

以世界氣象日、氣象科技活動周、防災減災日和全國科普日等為契機，開展校園氣象科普嘉年華、氣象知識競賽、寶貝報天氣、氣象研學之旅等多種活動，形成針對不同年齡段的校園氣象科普品牌。融氣象科學知識學習與認知、理解、探究、實踐教育為一體，通過運用有效形式，讓學生加深對氣象科學知識的了解。立足校園氣象監測、預警、教學系統，可以開展的體驗式學習包括：實地測量記錄溫度、濕度、氣壓等，現場看云識天氣，背一背風級歌。在課堂內外或校園氣象站可以開展的探究式學習活動包括：認一認天氣預報和預警信號，講一講神奇的古代氣象故事，分享氣象諺語、氣象詩詞，辯一辯天氣的“好”與“壞”等。通過動手、動腦、思考、實踐等環節，讓教育對象進一步了解氣象科學知識，學習并掌握氣象防災減災方法。

3.2 “參與式”的天氣觀測活動設計

結合地方天氣氣候特點，可組織小學高年級、初中學生動手開展雨、雪、霧、霾等常見天氣觀測活動，激發學生的探索興趣，增強校園氣象科普的互動性。校園天氣觀測活動主要通過天氣實況拍照、目測分級、儀器觀測的方式進行。這里以降雨、降雪、霧和霾的天氣觀測為例，列出通用的流程設計。

3.2.1 降雨天氣現象觀測活動流程主要包括：（1）學生對降雨量級進行目測分級（表1）；（2）拍攝降雨實況照片；（3）記錄自動氣象站雨量數據；（4）記錄降雨持續時間。

表1 降雨目測分級表

3.2.2 降雪天氣觀測活動流程主要包括：（1）學生對降雪量級進行目測分級（表2）；（2）拍攝降雪、積雪現象和周圍景物；（3）用量尺測量雪深；（4）記錄降雪持續時間。

表2 降雪目測分級表

3.2.3 霧或霾觀測活動霧和霾均是視程障礙現象，對空氣質量、空氣污染都有影響。霧是懸浮于近地面大氣層中的水滴或冰晶，使地面能見度小于1.0 km的現象。霾是大量微小的固體雜質浮游在近地層或空中的逆溫層下，出現能見度小于10.0 km的現象。霧和霾觀測活動流程主要包括：（1）拍攝霧、霾實景照片。（2）估測能見度，對霧、霾進行分級（霧的目測分級）（表3）。若視力范圍內能見的某最遠目標物（各種建筑物、樹木、較大物體等）的形體輪廓大致可見，估測此目標物離觀測者的距離即當時的能見度。例如，可見1 km處左右的房屋輪廓可見，其他細微部分不可見，此時能見度可估測為1 km。（3）學校配有相關氣象觀測儀器，可以測量、記錄此時的溫度、濕度。

表3 霧的目測分級表

以學習為紐帶的“探究式”“參與式”氣象科普實踐活動，有利于激發學生對氣象科技特別是災害防御知識的學習興趣，引導學生增強防災減災的責任感，在潛移默化中提高應對氣象災害的綜合素質。除了上述實踐活動以外，還可采取校內與校外結合的方式，開展校外氣象實踐、氣象科學調查、氣象科普知識競賽、小小氣象科普宣講員等多元化的特色活動，促進氣象科普大范圍傳播和擴散。

4 結論

從信息化的視角出發，以校園氣象科普教育為研究對象，分別從校園氣象科普教育的信息化支撐、科普教育內容設計、科普實踐活動設計3個方面出發，闡述了校園氣象科普教育的實現路徑，體現了“普及與提高”“學習與實踐”相結合的科普理念，為氣象科普信息化的研究和應用提供了有益的借鑒思路。概括為4個方面。

（1）在全球氣候變暖、極端天氣氣候事件的背景下，面對互聯網、人工智能和新媒體的飛躍發展，公眾對氣象科普的內容、獲取方式、參與方式在發生變化，氣象科普信息化將成為發展趨勢。

（2）運用互聯網、大數據、人機交互等信息化手段，集成災害監測、預警發布、宣傳展示等功能，形成氣象科普宣傳教育的數據環境和信息網絡環境，共同保障氣象防災減災和氣象科普，促進氣象科普向全天候、可視化、全媒體傳播轉變。

（3）緊扣分眾化傳播的需求，全面傳播氣象科技知識、氣象科技創新和氣象科學文化，形成知識、方法、文化互融的氣象科普內容體系，既構建了氣象科學知識普及的總體框架，又提高了防范本地主要氣象災害的知識水平和技能。

（4）遵循氣象防災減災的規律，滿足安全管理和風險管理的需要，組織開展學用合一的氣象科學知識探究活動、天氣現象觀測活等，形成可學習、可參與、可體驗的氣象科普實踐活動模式，實現常態化普及氣象災害預防、避險、互救自救、減災知識和技能，有助于提高氣象科普宣傳教育的質量，從而達到提升社會公眾氣象防災減災素養和能力的目標。