《边界层气象学》课程教学改革实践探讨

姜海梅，王成刚

摘要：本文重点介绍了大气科学专业主干课程《边界层气象学》课程教学改革的必要性，并在教学实践基础上进行总结，就该课程教学内容、教学方法和考核方式提出相应的教学改革措施以提高课程教学质量，取得了较好的教学效果。

关键词：边界层气象学；教学改革；实践探讨

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）15-0036-02

边界层气象学是研究距离地面1～2公里，直接与下垫面发生相互作用的大气层结内各种物理过程的一门学科。它的发展与天气、气候以及大气环境研究关系非常密切，是大气科学的一个重要分支。近些年来边界层气象学研究也由此迎来了前所未有的发展机遇和挑战，其内涵和外延已经发生了很大变化。应对变化我们必须相应地调整改革边界层气象学课程的教学内容、教学方法和考核方式，才能切实提高边界层气象学课程的教学质量，培养出适应时代发展的优秀人才。边界层气象学是大气物理学与大气环境、气象学、大气环境、应用气象等专业均开设的一门专业基础课。该课程以基本统计方法、大气物理学、动力气象和流体力学为先导，重点介绍边界层气象学的基本概念、基本理论和基本方法，突显出该门课程理论性强、实际应用广的特点。课程主要涵盖边界层气象学导论、大气湍流基础、湍流控制方程组和湍流能量方程、近地层相似理论，以及中性边界层、对流边界层、稳定边界层、大气扩散基础、大气边界层探测基础等内容。课程教学在强化边界层湍流基础、近地层相似理论两大核心内容的前提下，适当删减已过时和应用较少的内容，在学生可接受程度上增加应用性和前沿性较强的内容拓展学科的外延，在课程教学中引入介绍学科发展的热点难点问题和未来发展方向。

综上所述，随着《边界层气象学》学科的发展和延伸，我们必须对该课程现有教学方式和内容进行改革。笔者是南京信息工程大学《边界层气象学》课程的授课教师，通过对该课程近3年的教学摸索，结合讲授《边界层气象学》课程的教学实践，认为该课程的教学改革主要应从教学内容、教学方法、考核方式几个方面入手进行改革创新，以提高该课程的教学质量。

一、教学内容的安排

1.教材选择。教材选用与教学目的直接相关联，必须根据学生专业方向和知识基础选择合适的教材，如此才能保证教学计划的顺利实施和教学任务的圆满完成。目前，边界层气象学课程的教材主要有：Stull编著（杨长新译）的《边界层气象学导论》（1991年，气象出版社出版），Garratt编著的《The atmospheric boundary layer》（1992年，剑桥出版社出版），赵鸣编著的《大气边界层动力学》（2006年，高等教育出版社出版）。其中《边界层气象学导论》是国内高校边界层气象学课程广泛使用的教材，我们也选用了该教材作为边界层气象学课程的主要参考书目。同时随着大气科学的发展，新理论和新成果不断涌现出来，许多概念、知识都有了很大的发展，沿用上世纪90年代初编写的教材已不能跟上该学科当前发展形势。此外，南京信息工程大学安排边界层气象学课程的学时数偏少（32学时）。

笔者在主要参考《边界层气象学导论》内容的基础上，适当参考《大气物理学》课本中大气湍流和大气边界层部分的知识结构安排课程内容，适当拓展大气扩散等与大气环境专业学生科研和业务关联比较密切的热门内容。在教学过程中，笔者结合实际情况适当穿插介绍有关大气污染扩散等知识，发现该部分内容既能丰富教学内容，也能扩宽学生的知识视野。其他基本教材作为学生课余学习时的辅助参考书，帮助学生完善知识结构，深化对边界层气象学的理解。

2.精选教学内容。以大气科学研究和业务应用为目标，以边界层气象学教学目的和课程内在体系为依据，精选教学内容，突出重点、分散难点，扩大涵盖面。对于基本概念、理论、方法要加以充分讲解，把教学内容分为基本内容、选讲内容和自学内容。基本内容包含边界层气象学学科方向所涉及到的基本理论与基本方法，选讲内容和自学内容根据专业应用特点、学生接受能力和下一步学习需要来加以确定。同时注意在讲解中突出重点难点，对大气湍流基础、湍流运动控制方程组和近地层相似理论等重点内容要讲深讲透，难点内容主要从提出问题、分析问题以及解决问题三方面入手，让学生了解过程，理清思路，做到重点突出、难点分散、疑点讲透。

二、教学方法的优化改革

1.创新课堂教学方式和方法。教无定法。形式和手段的多样化是课堂组织的一种创新。以培养学生思维能力和动手能力为目的，在教学内容与实践基本相符的情况下，调整课堂的教学方式方法有助于高质量完成教学任务并取得良好的教学效果。

过去课堂教学基本上是一言堂，师生互动性不强。为了提高学生学习的主动性与创造性，改变一统式的教学方式，笔者将教学内容分为老师主讲课、课堂练习、学生自学讨论等部分。针对本课程属于专业基础课程，课程理论部分较难以及物理公式较多的特点，在示讲方式上采取以板书为主、PPT投影为辅的方式；在自学课与讨论课环节，内容要有针对性，在教学过程中积极组织、激发、诱导和促进学生勤于思考、善于思考。学生是学习的主体，教师起到引导、解疑、归纳的作用。这样既可以在较短的时间内消化大量的教学内容，又可以调动激发学生学习的主动性，达到事半功倍的效果；充分利用现代教学手段，进一步改进教学方法，提高教学效率，授课过程中对复杂公式的推导采取板书和ppt演示相结合的方式，图、表等内容采用多媒体进行教学，真正达到省时、清晰、易懂的效果。

2.分层次教学提高学习效率，加强学生动手能力，达到理论与实践的有机结合。根据多年教学经验，对这种理论性、应用性强的课程，要使学生掌握知识、运用知识的能力得到培养和提高，可应用四个层次渐进教学。（1）夯实基础，把基础理论讲透、讲扎实，使学生基本概念清晰、基本理论明晰。（2）强化课堂练习，对于一些理论性应用性较强的计算问题必须要学生熟练掌握，一方面可以帮助学生加深对理论的理解，实现第一层次的渐进；另一方面可以通过学生自主编写计算程序，提高解决实际问题的能力。（3）加强实践教学，在实践中不断深化理论。边界层气象学课程是一门理论和实践并重的课程，课程中许多理论知识需要通过实践去理解，课程设计和参观实习可以达到理论结合实践的教学目的。笔者充分发挥南京信息工程大学大气探测基地的实验条件，在实践教学中安排系留气艇探空实验。通过观测实验，使得学生对边界层的垂直结构特征及其日变化规律有了更为深刻的理解。

三、考核方式的优化

本门课程以往的考核方法，一般是将期末考试成绩作为学生课程总评成绩。这种考核方式也容易纵容学生“平时不烧香，临时抱佛脚”的考前突击现象。由此可见，这种传统的考试方式不能真实地反映出边界层气象学课程的实际教学情况。笔者意识到这种考核方法的缺点，并就此对课程考核方式进行一定的改良。笔者采用平时成绩占40%、期末测评占60%的方式，科学合理地给出学生的课程总评成绩。平时成绩主要包括学生作业完成情况、课堂教与学互动表现和实习完成情况。教学过程中针对重点难点章节的教学内容和教学目标，合理安排课后作业，鼓励学生独立思考认真完成，并及时批阅。课堂教学互动情况主要考评平时教学过程中学生参与问题讨论、回答提问以及听课情况，并在教学过程中及时记录。实习完成情况主要考评学生独立思考解决问题的态度和能力，并对抄袭他人实习作业等现象予以严厉处分。对于在整个教学过程中以上表现均较为突出的学生，应尽量提高其平时成绩以鼓励随堂学习的积极性。

四、总结

大气科学专业基础学科的教学与实践还存在有待探讨改进的空间，《边界层气象学》课程的教学工作更是如此。因此，积极进行大气科学基础课程教学与实践的改革研究，不仅对本校大气科学专业的教学具有指导意义，对于全国大气科学专业及其相关专业也会起到一定的推动作用。

《边界层气象学》课程经过上述一系列的教学实践，通过对教学模式进行改良，使得学生学习该门课程的主动性明显增长，对课程知识的掌握程度也有显著提高，并且有效地锻炼了学生的实践动手能力，基本上取得了预期的教学目的和效果。

参考文献：

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[2]王澄海，杨毅.大气科学专业人才培养中的三三式课堂与实践教学模式[J].高等理科教育，2011，（6）.

[3]伍荣生.大气科学教学改革势在必行[J].中国大学教学，2002，（1）.

基金项目：江苏高校优势学科建设工程资助项目（PAPD），江苏省高校自然科学研究面上项目（11KJB170005）。

作者简介：姜海梅（1982-），女，江苏省海安人，博士，讲师，研究方向：大气边界层物理与大气湍流、地气系统通量交换。