高庆九 宋耀明 周顺武

(南京信息工程大学 a.大气科学学院;b.科技处，南京 210044)

目前我国大气科学在学科建设、研究深度和规模上都有了较大的发展，而随着全球变暖，高温热浪，大范围旱灾，强降水等极端天气、气候事件的频发，人们对天气、气候愈加关注，相应地对大气科学本科人才的培养质量也提出了更高的要求。因此，以素质教育思想为指导，转变教育理念，深化教学改革，加强地球科学专业课程建设，提高教育质量，就成为摆在从事地球科学专业课程教学工作者面前的一项任务。本文对大气科学类专业课程《天气学诊断分析》的特点及近年来该课程的教学及实习情况进行了分析总结，从培养创新型实用性人才的角度出发，对该课程教学和实习中存在的不足及案例教学法应用于教学实习的尝试进行了讨论，以期加强学生实践动手能力和分析能力，提高该课程的教学效果。

1 课程特点和内容

诊断分析方法是利用各种观测和再分析资料，结合相应的热力学和动力学方程，对所关心的物理量或有关的诊断方程中的各项进行计算，并对天气演变过程中伴随的各种物理过程或某一物理过程中起作用的各个方面做出定量的估计和解释；对揭示和加深大气运动内在规律的认识是一种有效的手段。通过诊断分析方法，可以对一些典型天气过程进行定量和定性分析，寻找这一类天气的共同点及其发生发展机制；也可以作为一些大型科学研究项目的预研究工作。因此天气学诊断分析方法是现代天气学研究和业务工作中的常用方法，也是当前从事气象业务和科研工作必须掌握的基本技能[1～3]。根据课程特点，要求学生在学习本课程前要掌握一定的计算、数据处理、绘图技能以及基本的天气学知识。

据了解，目前国内具有大气科学专业的院校大都在本科或研究生阶段开设有该课程，各校课程名称、讲授内容和学时不完全一致，但基本上都包括了：有限差分方法，客观分析和资料处理，平滑、滤波和尺度分析，气象常用诊断量的计算(温湿特征参量、运动学参量)，流函数、势函数计算，水汽和降水诊断分析，能量学诊断分析，稳定度计算等内容。此外，有些学校还增加了螺旋度，Q矢量等一些新的动力学参量的计算及其在天气诊断和研究中的应用。

2 课程现状及存在问题

在我校大气科学专业的教学计划中，《天气学诊断分析》历来作为专业限选或选修课程，被安排在大三下学期，与《中国天气》和《天气分析2》在同一学期开课。在学习该课程之前，学生已经学习了《天气学原理》、《天气分析1》，初步掌握了天气分析和天气预报的基本原理和基本方法，掌握了天气图分析方法和各项技术要求，初步掌握了以天气图为主的预报思路，并对主要天气过程演变具有初步总结的能力；而《Fortran语言和程序设计》、《GrADS绘图》等前导课程的学习，使学生掌握了数据处理及绘图的基本方法，初步具备编程绘图的能力。

因为本课程是大气科学专业学生所接触的第一门将专业知识与计算机、绘图等课程融合应用，难度又相对较低的课程，在今后的毕业论文和业务工作中又有较大用处，因此选修人数较多。通过对近4年该课程选修情况的了解，我们发现该课程选修比例相当高(基本在80%以上，个别年级达到95%左右)。

随着国民经济的发展，地球科学类各学科的设置与招生人数在不断地调整，教学计划也做了较大的调整，种种原因使得目前我校《天气学诊断分析》课程也存在一些问题：首先是开课学期发生变动，由原来的大三下学期提前到大三上学期，在开设本课程时，学生不具备相应的专业知识，导致学生在学习了诊断分析方法，并进行教学实习后，对所得到的结果不能结合天气学原理进行有效的分析，使得这门课程的作用和效果大打折扣；其次，教学中所采用的本校自编教材内容与其他院校教材内容虽然差别不是太大，但主要是讲授各种物理量概念和计算公式，具体应用的内容相对偏少；第三，经过几次教学计划的调整，目前诊断分析课程学时为32学时，其中实习6学时，学时偏少，尤其是实习课时偏少，有些内容在教学中没有涉及(能量学诊断分析，水汽和降水诊断分析，稳定度计算等等)；从学生方面看，存在的主要问题是不能将计算机知识与天气学知识进行有效的结合，对定量计算结果可以画出图来但不能很好应用天气学知识进行分析，对所得到的计算结果还缺乏正确分析和判断。

3 采取的措施和尝试

针对以上问题，如何在很少的课时内，通过本课程让学生学会综合运用所学知识，将计算编程、绘图分析作为手段，并结合专业知识对具体天气过程进行诊断分析，为学生今后从事科研和业务工作打下良好基础，是值得思考并亟需解决的问题。为此我们采取了一些措施和尝试：

(1)及时对教学计划进行调整，将开课学期调整回大三下学期，保证基本专业知识等前导课程的学习；对于暂时未能调整的年级，在教学内容中及时补充相应的专业知识。

(2)在现代地球科学教育工作中，教材建设具有举足轻重的作用。它是体现教学内容和教学要求的知识载体，是进行教学的基本工具，是提高教学质量的重要保证[4]。针对目前使用教材的特点及课时少的现状，考虑到一些基本物理概念学生在前导课程中已经学习过，在教学中我们减少了概念和公式讲解的课时比重，挑选一些相关文献要求学生阅读，以此作为对教材内容的补充，将具体物理量在业务工作和科研中的应用通过文献中的个例进行介绍，并启发学生去思考如何处理数据，如何得出文献中的图表，对图表的分析在文献中是怎样进行的，从而增强学生感性认识，提高学习兴趣，保证教学质量和教学效果。

(3)在目前总课时一定的情况下，课时少这一现状是很难改变的。针对总课时少，实习课时少的现状，我们尝试在教学实践中采取案例教学法。案例教学又称为实例教学或个案教学，是指将案例作为教材的一种形式，让受教育者通过阅读、思考和分析以及相互间进行讨论和争辩的一种教学过程[5]。它与传统教学方式不同，具有高度的仿真性、能动性和创造性，是一种培养高素质、创新型和实用型人才、加强学生理论联系实际的有效教学方法之一，也是将书本理论知识转化为现实工作能力的有效途径，符合《中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的规定》中对人才培养所提出的新的更高的要求。目前，案例教学法已普遍应用于医学、管理学、法学等的教学过程中。实践证明，它是一种行之有效的教学方法[6]。

在采用案例教学法的过程中，我们挑选了典型的天气过程个例，通过天气过程中各种物理量计算和过程的分析，激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性和主动性，提高自学能力，缩短理论与实践的距离，加深学生对所学知识的理解和掌握，培养学生的创新思维、创造能力、交流协作能力和综合分析处理问题的能力，从而提高教学效果。比如目前的实习内容为一次南方气旋的过程分析，在其中既考虑到了①涡度、散度、垂直速度，涡度平流、温度平流等的计算，也考虑到学生正在学习《中国天气》课程，因此增加了关于②水汽通量以及水汽通量散度的计算和分析内容。这样既符合教材中对动力学特征参量计算分析的要求，又通过对降水过程中水汽条件的分析补充课教学内容，和中国天气课程结合起来。在具体实践中，将实习内容区分为两个层次，对学习能力强的学生建议除了计算①之外，还进行②的计算分析。在实习前，对实习内容涉及到的专业知识进行复习，对这次南方气旋过程中系统生消演变及环流特点进行讲解，并提供过程降水量图给学生，使得这次天气过程在学生眼中更加具体形象，也产生了浓厚的兴趣。在实习中提示学生所计算的物理量要如何分析，如何将天气学知识运用到结果分析中；并推荐文献要求阅读和模仿分析。对学生在实习中出现的问题及时给予讲解和解决，在实习结束后专门留出一课时对要求阅读的文献进行讲解，引导学生模仿文献对实习结果进行分析总结。通过分析课后实习报告，分析降水条件，使得学生学习兴趣大大增加，个别学生甚至在课程结束后，在假期中自己主动分析天气过程，请老师给予批改。

案例教学法的实施和文献阅读相结合，激发了学生的学习兴趣, 调动学生的学习积极性和主动性, 提高自学能力, 缩短理论与实践的距离, 加深学生对所学知识的理解和掌握, 将书本理论知识转化为现实工作能力，培养学生的创新思维和综合分析、处理问题的能力，提高教学效果。同时也加强了学生对科研的参与度和兴趣的培养，而对初级科研计算绘图能力的培养也符合学生自身发展和社会需求。

4 今后的工作

通过几年的摸索和实践，我们认识到采用案例教学法需要有大量的案例支持，并且高质量的案例必须与教学内容相吻合，符合教学大纲的要求，能够体现教学的重点和难点，达到案例教学的目的。此外所选择的案例必须典型，具有代表性和实践性，通过实习和对结果分析，启发学生的思维，对学生今后的科研和工作需求相吻合；在挑选个例的过程中还要注意难度要适中，要把握既能说明教学的重点和难点，又能达到培养学生分析问题的能力的尺度[7]。在此原则指导下，在学校教学改革与建设工程资助下，我们挑选了一些较典型、有较大影响的天气过程个例，分为大型降水、强对流天气、气旋发展等不同类别来充实实习内容，以逐步完善和丰富天气学诊断分析教学和实习内容，建立一套较为完整的天气学诊断分析实习体系，引导学生综合运用所学知识，对典型天气过程的物理量进行诊断分析，从而定量分析系统的生消演变，切实将所学知识运用到实践中，为今后的科研和业务工作打下较为坚实的基础。

案例教学法是加强学生理论联系实际的有效教学方法之一，但同时也要注意到在案例教学法实施过程中教师的引导作用是不可忽视的。这也要求我们在不断补充、完善和更新案例的同时加强和提高教师自己的教学能力，以保证教学质量和教学效果的提高，两方面都是不可忽视的。

[1]丁一汇.现代天气学中的诊断分析方法[M].北京：科学出版社，1989.

[2]董晓敏，田盛培.天气诊断分析方法简介[M].北京：气象出版社，1986.

[3]周军.天气学诊断分析[M].南京：南京信息工程大学自编教材.

[4]陈磊.关于地球科学专业教材建设的几点思考[J].中国地质教育，2003，(3)：34～35.

[5]朱友涵，李拉，陈琳，等.案例教学实施现状的分析与思考[J].南京特教学院学报，2008，(4)：68～71.

[6]夏成，范春玲，孙斌，等.病例分析在兽医内科学教学中的应用[J].黑龙江生态工程职业学院学报，2009，22(1)：124～125.

[7]李变兰，田琳，肖荣，等.案例教学法的支持系统——案例库建设[J].中国高等医学教育，2008，(10)：108～109.