中英大气科学专业课程教学比较研究

2014-04-09段明铿刘毅庭李碧兰李忠贤

黑龙江生态工程职业学院学报 2014年5期

段明铿刘毅庭李碧兰李忠贤

(南京信息工程大学，江苏南京 210044)

近年来，本科教学与改革研究越来越受到重视。各高校在本科教学的各个方面都开展了大量的改革尝试，并取得了明显效果［1～2］。随着各高校对国际化工作的日益重视，教师有了更多到国外高校学习培训的机会，为深入了解国外高校本科教育的全过程，结合国内教育实践，开展中外教学体系对比研究提供了契机［3～4］。笔者曾在英国雷丁大学接受了为期6 个月的教学理论培训，并旁听了“数值模拟与预报”和“大气动力学”这两门大气科学专业主干课程，对该校大气科学专业的本科教学有比较全面的了解。目前国内已有很多关于中英本科教育方面的比较研究［5～7］，但都是从宏观角度进行分析，对具体学科的比较研究还较少，特别是大气科学学科。本文以南京信息工程大学的“大气科学”专业和雷丁大学的“气象学”专业为对象，以“数值模拟与预报”课程(南京信息工程大学的课程名称为“数值天气预报”，简洁起见，统一称为“数值模拟与预报”)为例，对中英两国大气科学专业本科课程教学进行系统比较，并在此基础上提出改进我国大气科学本科教育，提高人才培养质量的建议。

1 课程设置与教学内容

英国大学本科教育学制为3年，均为专业课学习，每学年共30 周(3 个学期，每学期10 周)。课程总量适中，为学生预留了大量到图书馆自学的时间。雷丁大学“数值模拟与预报”课程的总学时为60 学时，课堂教学和实践教学各30 学时。教学时长为10 周，周学时3。教学内容的随机性比较大，每次课的授课内容很少，但信息量很大，进度快慢不一致。没有专门的教科书，每次上课会提供简要的授课内容给学生，另外还会指定一些文献和教材，要求学生到图书馆查阅。课堂教学重点特别突出，授课内容约占学生需掌握内容的50%以下，其余内容需要学生利用课余时间，通过计算机、网络和图书馆等工具，自学来获得。这样可以大量节约课堂教学时间，提高了教学效率，并培养了学生自学、信息收集处理和实际应用能力，有利于提高学生的综合专业素质。实践教学内容与课堂教学内容对应，一课一练，注重对理论知识的验证、强化和拓展，共有8 个部分。这些实践内容难度都较大，一般都无法在课堂上全部完成，需要学生花大量课外时间查阅很多文献才有可能完成。实践内容纳入课程成绩考核，学生从8 次中选择任意6 次提交报告即可。

我国本科教育为4年制，专业课程学习时间约2年。南京信息工程大学每学年的实际学习周数为32 周(2 个学期，每学期16 周，其余4 周为考试时间)。课程总量也是适中的，学生同样有足够的时间进一步拓展知识空间。“数值模拟与预报”课程的总学时为60，其中课堂教学48 学时，实践教学16 学时。课堂教学时长16 周，实习课程安排在第13～16 周，与课程内容对应。与绝大多数国内高校一样，授课过程注重知识体系的完整性、系统性和逻辑性，有完整严格的体系和要求，包括制定教学大纲、编写教案、设计课件和教学进程控制等。“数值模拟与预报”课程的授课内容包括引言、地图投影与坐标系、数值计算方法、正压原始方程模式、斜压原始方程模式、初边条件等，涉及数值模式的方方面面，内容丰富，知识点多。要将这些问题讲解清楚，需要巨大的课时量，但实际学时有限，因此单位课时内的教学信息量偏大，教学进度偏快，导致教师授课压力大，学生没有进一步获取知识的动力和时间。使用的教材是沈桐立等编写的《数值天气预报》，但内容已明显落后于该领域的发展现状。教师在授课过程中虽会补充一些新的知识，但受限于课时，内容十分有限。实践教学内容虽然与课堂教学内容有关，但相对于雷丁大学而言，内容比较单一，总量和难度均较小。尽管能起到提高学生解决实际问题能力的作用，但效果不明显。

2 教学模式

雷丁大学的教学模式偏向于“双向互动式”和“探究式”。教师在教学过程中不是简单地按照顺序讲授知识点，而是通过提出问题、建立假设等方式激发学生对教学内容的兴趣，调动学生的积极性，让学生参与到教学中。学生可以随时打断教师的授课进程，提出问题或表达不同意见。对于“数值模拟与预测”这样的课程，使用这种模式的效果是很好的。例如，在讲解拉格朗日模式时，教师以2010年冰岛火山爆发对欧洲航空业造成的巨大影响为出发点，通过构建数学模型，模拟大气扩散路径，判断火山灰影响范围的时空演变。这一内容极大地提高了学生的学习兴趣，学生提问踊跃，师生互动效果显著，再结合实践教学和课后自学，使学生很快就掌握了这种方法。这种教学方法充分体现了学生主体性，能够发挥学生的主观能动性，使其能够有兴趣去主动获取知识。作为教师，也能够在与学生的互动交流中得到启发，促进自身教学和科研能力的提高，实现教学相长。

南京信息工程大学则是典型的“传递—接受式”教学模式，其优点是能使学生在短时间内接受大量的信息，最终形成的知识体系比较完备;缺点是这种以教师为主导的模式会导致学生被动学习，不利于创新型学生的发展，不利于培养学生创新思维和解决实际问题的能力［3］。对于“数值模拟与预测”这样典型的大气科学专业课程，对学生的理论基础、动手能力和创新能力有更高的要求，无论未来是使用还是研发数值模式，都应该具有非常好的数值模式理论基础和计算机编程能力。但目前的教学模式下培养的学生在这些方面都无法满足要求，学生的基础知识和创新能力都存在不足，有必要进一步地改革完善。

3 教学手段

雷丁大学的课堂教学采用板书与多媒体相结合、板书为主的方式。主要授课内容均以板书的形式展示，特别是对原理部分的讲解，以及对天气过程的描述等。这种方式的教学进度比较慢，单位时间的信息量较小，但学生对知识点的理解和掌握比较扎实，有利于学生的个体发展。多媒体则主要用于展示复杂的公式(如大气运动基本方程组)、数值模式流程图、模拟结果、天气过程动画等。雷丁大学的教学系统是将投影仪的影像投射在教师板书用的白板上，因此教师在使用多媒体的同时，可以直接在上面结合板书进行讲解。这样既可以使学生更好地理解教师所讲解的内容，也可以增强教学的直观性、趣味性和形象性。这种教学系统为教师的板书教学与多媒体教学有机结合提供了良好的基础，值得我们学习。

在国内，近年来随着高校教学条件的大幅度改善，多媒体教学设备已基本普及。在南京信息工程大学，大气科学专业几乎所有的专业理论课程都是在多媒体教室里开展教学活动的。由于多媒体教学有增加教学趣味性、形象性，增加教学信息量，压缩授课时间，提高教学效率的优点，因此在短短几年之内迅速取代了传统的板书授课方式，成为占绝对主流地位的教学手段。但随之而来的弊端也开始逐渐显现，教师严重依赖多媒体手段，单纯依靠课件开展教学，大量的概念、原理和方法等都以多媒体的形式给出，很少板书甚至无板书，或者板书与多媒体教学无法有效结合。教学效率高但教学效果差，无法给学生留下深刻印象，学生在听课过程中也没有足够的时间去反应、去思考，造成学生掌握知识不牢固，欲速而不达［4］。此外，国内的多媒体教学系统一般都是使用幕布，无法直接在上面书写，板书和多媒体演示是相对独立的，这也不利于教学活动的开展。

4 评价方法

雷丁大学在学习成果评价方面上采用的办法比较灵活，重视对整个学习过程的综合考查，教师有很大的自主权。以“数值模拟与预测”课程为例，实践课成绩占60%、期末考试占30%、平时成绩占10%。实践课成绩是根据学生提交的6次实习报告成绩累加得到。期末考试内容灵活，综合性强，重点考查学生对知识的运用和解决问题的能力，与实践教学内容联系紧密，虽以讲课知识点为主，但范围远远超过教师课堂上提供的素材，学生需要花大量时间复习准备才有可能有比较好的成绩。由于授课班级较小，仅十余人，因此教师可以对学生的平时表现有比较客观的把握。

相对而言，南京信息工程大学对学生课程成绩考核的重心更多地放在期末考试上。期末考试成绩的比重最大，占到70%，平时成绩和实习成绩的比重则分别只有10%和20%。由于学生人数比较多(一般有一两百人)，点名、签到等方法不但占用大量上课时间，而且效果往往欠佳，冒名顶替的情况时有发生。同样，由于人数众多，教师对实习报告的评阅很难客观。作为占比重最大的期末考试，试题内容均不超出教师授课内容，题型也比较固定，一般以名词解释、简答、简单计算题等为主，缺乏对学生综合运用知识能力的考查。在这种方式下，学生即使平时不上课，或听讲不认真，仅依靠死记硬背同样有很大可能通过考试。

5 对国内大气科学本科教育的启发

南京信息工程大学大气科学学科在2012年的本科教学评估中名列全国第一，承担着为全国气象部门和科研院所培养优秀人才的重任，对学生的综合能力应当有更高的要求。目前我们的专业课程教育尚不能满足这种要求，还有很大的改善和提升空间。通过上述对中英两国大气科学专业课程教学过程的对比可见，要提高专业课程教学质量，培养高质量人才，可从如下几点着手:

5．1 调整培养方案，优化教学环节

根据气象业务和科研部门对人才的需求，有针对性地修订培养方案，根据不同课程的需求和特点，调整课堂教学、实践教学和课后自学这些教学环节的比重。例如增加“数值模拟与预测”课程的实践教学比重，达到增强学生实际动手能力的目的。修订教学大纲，确保课堂教学能够突出重点，实践教学能够引导学生将理论与实际结合起来，课后自学能够进一步拓宽学生的知识面。由点到面，最终形成完整的知识体系。

5．2 转变教学模式，改进教学手段

实施小班化教学，为“双向互动式”和“探究式”教学模式的开展奠定基础。通过分组讨论、项目汇报和教学角色互换等手段，充分发挥学生的主体性作用，提高学生学习兴趣。改进多媒体教学系统，为多种教学手段的综合应用提供硬件保障。教师应当注重板书、多媒体和网络资源的综合运用，注意将最新的科研成果和理论知识转化为教学内容，增加教学活动的生动性和时效性。