大气科学与环境气象实验教学中心的改革实践

姚菊香， 华兴夏， 吴立保， 王 骥

(1. 南京信息工程大学 实验室与设备管理处， 江苏 南京 210044；2. 南京信息工程大学 高等教育研究所， 江苏 南京 210044)



大气科学与环境气象实验教学中心的改革实践

姚菊香1， 华兴夏1， 吴立保2， 王 骥2

(1. 南京信息工程大学 实验室与设备管理处， 江苏 南京 210044；2. 南京信息工程大学 高等教育研究所， 江苏 南京 210044)

介绍了南京信息工程大学大气科学与环境气象实验教学中心改革实验教学体系、创新实验教学内容的做法和经验。该中心大力推进科教融合、资源集成、协同育人，将实验教学划分为基础认知实验、专业求证实验、业务应用实验、创新探究实验等4四个层次，将实验内容整合成综合观测、信息分析、预报预测、公共服务等4个模块，形成全方位、多触角、宽领域的创新资源集成的协同育人机制，促进了实验教学中心的建设与发展。

实验教学； 实验教学示范中心； 大气科学； 环境气象

“十一五”期间，我国高校共建设了500个国家级实验教学示范中心[1-2]。国家级实验教学示范中心的建设对提升高校实验教学水平和教学质量，培养高素质应用创新型人才发挥了重要的作用[3-4]。为适应国家科教兴国战略需求和区域经济社会发展需要，“十二五”实验教学示范中心的建设重点突出三大特色：(1)实验室资源有效整合；(2)教学科研有机结合；(3)学校与社会协同育人[5-6]。南京信息工程大学大气科学与环境气象实验教学中心秉承“重基础、强实践”气象实验教学传统，深化实验教学改革，在教学理念、教学体系和教学内容等方面进行了积极的探索与实践，极大地促进了实验教学中心的建设与发展。

1 实验教学中心发展历程

南京信息工程大学大气科学与环境气象实验教学中心依托学校“大气科学”重点学科和江苏省“环境科学与工程”优势学科，是面向气象、环境及交叉学科专业进行实验实习教学的综合性实验教学中心。中心的发展历史可追溯到南京信息工程大学建校(1960年)初期建立的气象实习台、气象观测站、农业气象实验站等气象观测和实验的专业实验室。1978年增建了大气探测实验室、大气物理与大气环境实验室，强化了大气科学、环境与生态气象的各专业实践教学环节。2011年，通过整合环境科学实验室资源，组建了大气科学与环境气象实验教学中心。经过数十年的建设与发展，中心于2013年被教育部批准为国家级实验教学示范中心。

2 创新实验教学理念，优化实验教学体系

围绕“十二五”实验教学示范中心建设重点[7]以及现代气象科学发展需要，中心依托大气科学、环境科学与工程等优势学科，创新实验教学理念与实验教学体系，确立了“分层分类、业务导向、创新驱动、国际一流”的实验教学理念，提出了业务培训与基础实验相结合，科研与实验教学相结合的实验教学改革思路。中心以培养学生实践能力和创新能力为核心，构建了“四层次、四模块、双螺旋”的科教融合[8]实验教学体系(见图1)，实验教学在教学与科研的双螺旋进程中实现“知识—能力—素质”与“基础—实践—创新”的全面协调发展。

图1 “四层次、四模块、双螺旋”实验教学体系

2.1 合理规划四层次实验教学框架

依据获取实践知识的过程，将实验教学划分为基础认知实验、专业求证实验、业务应用实验、创新探究实验等4个层次，对应不同阶段人才培养目标。

基础认知实验的目的在于让学生了解、熟悉大气科学与环境气象领域基本实验仪器的使用、基本实验方法和过程，受到基本技能的训练，能够正确获取实验数据、具有操作实验的能力。

专业求证实验主要借助学校丰富的气象与环境数据资料和典型案例，让学生综合应用所学专业知识处理问题，提高学生的综合实践能力。例如：对获取的各种实时的常规气象信息进行综合分析，启发学生的专业思维，培养专业素养、提高专业能力。

业务应用实验是利用最新的预报员工作平台MICAPS(气象信息综合分析处理系统)与SWAN(短时临近预报系统)，训练学生建立不同区域、不同季节、不同类型天气的预报着眼点，构建正确的、物理意义清晰的预报思路，使学生更加熟悉台站气象业务布局、技术路线、业务关联和实际业务需求。学生通过制作和发布短期预报，特别是灾害天气预报，能够在初步的业务实践中获得学以致用的成就感，并激发学习的兴趣与热情，增强社会服务意识。

创新探究实验的目的在于支持、鼓励和引导学生尽早介入专业研究领域，了解专业前沿技术。在教师指导下，学生可按自己的兴趣申报大学生科技立项课题或直接参加教师的研究项目，培养科研思维和研究兴趣，锻炼科研创新能力。学生根据自然、社会、生活中的各种地球大气环境问题进行探讨性、创新性实验，通过构建不同区域、不同季节的气候背景、主导系统配置、要素分布、预报着眼点、模型、方法等，使学生的认知与创新能力得到进一步提高。

2.2 系统设计“四模块”实验教学内容体系

依据现实气象业务过程、业务流程及业务关联，将实验内容整合成综合观测、信息分析、预报预测、公共服务等4个实验教学模块，学生根据自己的专业及研究方向或就业意愿选择相应的实践模块。

综合观测课程模块重在使学生了解和掌握获取多源气象与环境信息的设备、过程与规范。例如：基本气象仪器的使用、观测规范的掌握，温度、气压、湿度、风向、风速、云状、能见度、天气现象观测数据的获取及物理量的计算等。

信息分析课程模块侧重强化学生对观测、监测信息的形式、格式、质量控制、天气系统的初步识别，以及多源资料的融合等，例如：天气图分析、物理量场诊断、卫星与雷达资料的反演、资料同化等。

预报预测课程模块针对不同区域、不同季节、不同类型的天气现象，特别是灾害性、关键性、转折性天气，在综合分析的基础上，依据此类天气的物理成因及背景条件，进行短期或临近预报预测，甚至预警，使学生深刻地体会天气预报业务对理论和技术的真实需求，更加主动地加强理论知识的学习与应用。

公共服务课程模块涵盖了气象服务、科研成果转化及应用等多领域，属于气象业务的终端与产品出口，也是实践教学体系中体现科教融合的主模块。本模块通过公共与专业服务、需求分析、科研与成果转化、灾害影响评估、行业协同、技能认证等拓展学生的实践创新能力。

2.3 优化整合科教“双螺旋”

“双螺旋”发展模式是指围绕人才培养的全过程构建实验教学与科学研究互助提升的体系。通过不断优化和完善的科教融合机制，最大限度地发挥实验教学对科研的需求牵引以及科研对实验教学的反哺与支撑作用，最终实现科研与实验教学相互促进、协同发展。同时，在实验教学的4个层次中，依据培养目标，科学设置不同的科教融合度，有效促进拔尖人才和卓越工程师的脱颖而出。

3 有效整合优质资源，加强五大平台建设

南京信息工程大学是教育部、江苏省人民政府和中国气象局三方共建的行业特色高校。中心利用学校自身特色，加强与气象行业的联系，有效集成了行业、政府和高校等多方资源。学校对中心的实验资源进行了跨学院、跨专业整合，建成大气探测、信息处理、预报预测、科研创新、国际合作五大实验教学平台，重点围绕五大平台进行建设。

3.1 大气探测实验教学平台

在已有实验室及实验设备的基础上，以发展先进探测技术为目标，以业务规范为依据，依托中国气象局等业务单位，建立了基于网络的信息采集与监测实验教学平台。利用自动气象站、移动大气成分监测站、先进的气象要素测报系统以及自制的数据采集仪器，构建了软件与硬件结合、虚拟与实际结合的网络化实践教学平台、功能集约的数据采集平台和气象探测的科普教育平台。

3.2 信息处理实验教学平台

在已有实验仪器和信息处理系统的基础上，以大气资料的分析处理业务流程为主线，计划构建技术领先、内涵丰富的气象信息处理实验教学平台，其信息包括全球常规气象资料、雷达卫星资料及其他环境监测资料。采用外部引进和自主研发相结合的方式，逐步建设资料质量控制及检验订正、多源资料融合与同化、大气环境监测资料分布式处理、地理信息分析模拟等一整套集成的业务系统，最终提供地理环境信息模型、气象监测与预报产品、大气环境监测数字产品等配套与融合的数据产品，

3.3 预报预测实验教学平台

与现代气象业务以及预报预测新资料、新方法、新技术对接，升级现有天气预报实验室、气候预测实验室、云降水与人工影响天气实验室以及环境预测预报实验室，实现天气气候与环境预报、预测、预估等实验教学，提高培训能力和培训水平，从而能够全方位、高水平地承担在校生专业与业务的实验教学，并面向国内外开展天气预报高级气象人才的培训实习。

3.4 科研创新实验教学平台

以教学与业务需求为导向，以解决实际教学、业务问题为主线，通过建立与科研院所、行业、其他高校协同创新，以及面向实验教学与业务的成果转化机制，构建能够发挥实验教学对科研的需求牵引、科学问题凝练以及科研对实验教学的反哺与支撑作用的平台，最终实现科研与实验教学相互促进、协同发展。

3.5 国际合作实验教学平台

通过国际合作带动人才交流与科研协作，在常态化承担国际气象类培训班的基础上，不断拓展广大发展中国家气象业务人员教育培训渠道。为了紧跟大气科学、环境科学学科发展，更好地培养学生解决实际问题的能力，扩大中国气象事业发展成果在全世界范围的推广与应用，中心在培训项目主题的选取上立足大气科学、环境科学研究新进展，注重全球气象热点问题，突出气象观测、早期预警和气象服务的技能培训，切实提高培训的针对性和实效性。

4 丰富实验教学内涵，行业企业协同育人

中心加强与行业、企业、科研院所的联系，结合地方社会发展，以提高学生的专业服务技能为核心，将多方资源转化为实验教学内容，形成“全方位、多触角、宽领域”的创新资源集成的协同育人机制。

4.1 全方位

与中国气象事业单位全方位合作协同育人，主要措施有：(1)依据气象行业业务需求，及时调整实验教学计划，实现实验教学内容满足业务技能要求；(2)聘请中国气象局业务人员与教师共同编写实验教材；(3)聘用气象行业一线业务人员兼职实验教师，参与实验教学；(4)通过共建机制，将国家气象系统的各省、市、县气象台站建成为学生的实习基地；(5)通过校气象台与中央气象台的数据联网，建立实时天气会商制度，将实验教学与业务培训紧密结合。

4.2 多触角

增多校企合作触角，扩展校企合作内容，学校与企业协同育人。主要措施有：(1)加强校企合作，推进实验教学与科研、生产实际相结合；(2)建设校内企业研究院，集成学校与企业双方资源，将企业人员转化为指导学生实践教学的导师，将企业的技术研发平台转化为培养学生科研创新能力的实战平台；(3)扩展大学科技园，将实验教学与产品研发、试验、企业孵化紧密结合，提高学生的实用技能。

4.3 宽领域

不断拓宽服务领域，提升服务地方经济的能力，学校与地方协同育人。主要措施有：(1)面向社会需求设置实验课程，为地方气象局开展业务培训，向社会开放短期气象预报培训，深化气象领域服务；(2)努力使科研成果转化为实验教学资源，拓展在环境、交通、农业等交叉领域的服务。

5 结束语

为符合高等教育的新趋势、示范中心建设的新特点以及气象行业进步的新要求[9-12]，南京信息工程大学大气科学与环境气象实验教学中心与时俱进，改革实验教学体系，创新实验教学内容，大力推进科教融合、资源集成、协同育人，极大地促进了实验教学中心的建设与发展。中心将沿着改革的思路，在探索与实践中不断完善和修正，为培养更多的高素质复合型气象类人才作出更大贡献。

References)

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[2] 教育部高等教育司.关于批准北京大学化学基础实验教学中心等500个实验教学中心为“国家级实验教学示范中心”的通知[EB/OL].(2013-06-28)[2014-07-25].http://www.bjedu.gov.cn/Portals/0/fujian/08141.doc.

[3] 王煌.高水平建设实验教学示范中心 全面提升人才培养质量[J].中国高等教育,2009(6):17-19.

[4] 张晓宁.国家级实验教学示范中心建设状况[J].实验室研究与探索,2009,28(10):85-88.

[5] 教育部高等教育司.关于开展“十二五”高等学校实验教学示范中心建设工作的通知[EB/OL].(2012-03-15)[2014-07-25].http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/A08_sjhj/201203/133068.html.

[6] 教育部高等教育司.关于进一步开展“十二五”高等学校实验教学示范中心建设工作的通知[EB/OL].(2012-12-03)[2014-07-25].http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s7056/201301/146655.html.

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[12] 张大林.大气科学的世纪进展与未来展望[J].气象学报，2005,63(5):812-824.

Reform and practice of experimental teaching center of atmospheric sciences and environmental meteorology

Yao Juxiang1, Hua Xingxia1, Wu Libao2, Wang Ji2

(1. Laboratory and Equipment Administration, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China; 2. Higher Education Research Institute, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China)

Considering the three characteristics of the state level experimental teaching demonstration center in “12thFive-Year Plan,” the experimental teaching center of atmospheric sciences and environmental meteorology in Nanjing University puts forward several measures for information science and technology advanced with the times. Reforming experimental teaching system, innovating upon experimental teaching content and vigorously promoting integration of science and teaching, integration of resource, and cooperative education can promote the construction and development of experimental teaching center.

experimental teaching; experimental teaching demonstration center; atmospheric sciences; environmental meteorology

2014- 06- 19

姚菊香(1980—)，女，江苏通州，硕士，助理研究员，主要研究方向为实验室建设与管理.

E-mail：jxyao@126.com

G642.0

A

1002-4956(2015)2- 0163- 04