大气科学专业“临近和短时天气预报”实验教材建设构想

王丽娟 江燕如 谭桂容

(南京信息工程大学 大气科学学院，江苏 南京 210044)

大学教育需要调整教育教学理念，坚持传授知识，培养学生运用所学知识分析问题、解决问题的能力，同时也要培养学生适应社会的能力、创新发展的能力［1］。

实践教学是提升学生能力的主要载体，是整个教学过程的重要组成部分。实验实习教材又是搞好实验教学的基础，是帮助学生学习和运用理论处理实际问题、验证消化和巩固基础理论、获得科学研究方法的教科书。因而，优秀的实验实习教材是高质量培养学生、切实提高学生创新能力的必要条件。

“临近和短时天气预报”是南京信息工程大学大气科学专业学生必须要学习的一门专业实践课程，主要内容是利用多普勒雷达资料、卫星云图资料、自动站资料、GPS、风廓线、雷电等非常规资料及其融合、同化数据和数值模式数据等多源资料，在专业化业务系统、业务平台支持下，结合中国气象局相关业务规范和规定，学习中尺度分析，进行强对流天气预报、预警训练。准确的强对流天气预报一直以来是预报员们面临的最大难题之一，因此强对流天气的形成、发展、移动的机理也就成为气象学家们的重点研究内容。在编写教材的过程中，为了适应气象台站业务的需求和发展，要能够引入当前强对流天气的最新研究成果，让学生了解最前沿的科研动态，推动学生去思考、去创新。

1 “临近和短时天气预报”教材建设的背景

强对流天气是可以对大自然和人类的生命、生产活动造成严重灾害。短历时强降水引发山洪、城市渍涝和地质灾害已屡见不鲜。全国每年对流性(雷雨)大风都造成人员伤亡和大量建筑物倒塌，每年冰雹给农业生产带来了严重损失，对人畜安全构成威胁;每年雷击都造成人员伤亡。凡此种种，气象防灾减灾迫切需要提高强对流天气的预报准确率。

鉴于大气科学进展及资料源的获取等客观因素，长期以来，南京信息工程大学大气科学专业的实践教学内容侧重于天气尺度的分析和预报(其他国内高校亦然)。“中小尺度天气动力学”选修课程在本校大气科学、大气探测、应用气象等专业的本科教学中已开设数年，大气科学专业还开设了“中小尺度数值模拟”。但与之相应的有关中小尺度天气分析和短临预报的实践课程一直空缺。而在过去的30年中，随着气象卫星、电子计算机以及大气遥感技术的兴起，使得中小尺度气象学得到了迅速的发展，无论在观测事实、理论研究和预报方面都有了很大进展，国内外气象部门纷纷开展了临近预报和短时预报的准业务试验或业务工作，发布强天气警报。中国气象局已在其2010年发布的“现代天气业务发展指导意见”中明确提出，天气分析业务将以多种观测资料和数值预报产品的综合应用为基础，以MICAPS 系统为平台，逐步从以天气尺度分析为主的业务向天气尺度与中尺度分析相结合的业务转换。

因此，近两年来南京信息工程大气科学学院及时调整了教学计划，增加了集中性实践课程“临近和短时天气预报”，以弥补当前实践教学中存在的缺失，切实体现主动服务气象行业的专业特色。

在开展“临近和短时天气预报”这门课程的教学活动时发现，虽然国内外研究强对流天气的论文不少，涉及中尺度系统、强对流天气预报的书也有出版，但这些参考书的内容对本科生而言偏多、偏难，以本科生目前的知识结构尚不能很好地将书中的内容理解、消化，因此学生很难从中提炼出重点、难点，导致学生在学习这门课程时有畏难的心理，最终使得教学效果大打折扣。因此急需与该课程配套的适合本科生使用的教材［2］。

2 “临近和短时天气预报”教材的特点

作为教师和学生开展实验教学活动依据的实验教材，必须具有指导教师如何“教”和启发学生如何“学”的功能。因此，在编写教材的过程中，应围绕教学目标，针对具体的主题或要解决的实际问题，从学生自主学习、探索的角度，为教师提供指导学生进行方法学习、思维学习的案例，为学生提供各种解决问题的线索、方法。重视学生基于知识理解的学习能力、基于知识应用的实践能力、基于知识融合的创新能力的发展，依据国家气象中心编制的“中尺度对流天气的天气图分析技术指南”，综合利用多源资料分析典型灾害性强天气案例，并实践模拟短临预报。试图建立以规范的中尺度分析思路为主线，引导学生深入分析剖析典型案例的各类常规、非常规的多源气象资料，训练大气科学专业本科生逐步建立灾害性强天气分析思路，并进行短临预报模拟，培养学生实践动手能力和业务水平。

3 “临近和短时天气预报”教材编写应注意的问题

3．1 基于全真模拟平台，以学生为中心

本教材拟搜集筛选近年的典型强天气个例资料，采取全真模拟省级气象台的短临预报业务流程及分析思路，对典型强天气个例进行综合分析与总结(过程概况、天气背景、中小尺度系统、有关的各类物理量、卫星云图、雷达资料分析)。进行基于多种资料的天气尺度［3—5］和中尺度主观分析;进行基于高空和地面资料的常规天气尺度分析，特别是对强对流天气发生发展有明显指示意义的各种特征线、特殊区域、特征系统和物理量的分析;进行基于中尺度观测资料和精细数值分析预报产品的中尺度天气分析;绘制反映中尺度天气系统发生发展特征及其环境特征的综合分析图。训练学生对中尺度系统的空间结构、要素配置和物理过程演变的认识和理解，学习判断灾害性天气的种类、强度和落区。

本教材的应用主体是大气科学专业的本科生，针对学校的实践教学资源条件，充分考虑业务部门对大学生培养的需求，因此，教材具有鲜明的院校特色。由于受年龄、阅历、知识结构等因素的影响，大学生个体之间的实践能力水平有较大差异。因此，在编写教材时，注重内容难易程度的比例、注重不同地域的特色，注重个例选取的典型性，从而调动学生的积极性。

另外，本教材以满足实践教学为主，在实践过程中，通过教学互动，不断反思、调整、改进，再进一步进行实践，旨在提高实践教学效果，具有鲜明的实践性。

3．2 确保教材内容的创新性

实践教学是学校实现培养人才目标的重要环节，它对提高学生的综合素质，培养学生的创新意识和创新能力，以及使学生成为一个复合型人才都具有特殊作用。此教材的编写，旨在通过实验教学使学生建立临近和短时天气预报的思路的过程中，能够展现最新科研成果、最新业务水平，瞄准新原理、新技术、新方法、新资料，突出创新能力的培养。因此，须特别注重具有较新颖的应用性实验内容，使学生在进行基础训练的同时，了解更多的新技术、新方法，为今后从事业务、科研打下基础，同时，也有利于开拓学生的眼界。

采用虚拟仿真技术，将复杂的强对流天气过程用多媒体技术生动地展现在学生面前，激发学生的学习兴趣，引导学生利用多源资料对个例进行分析，充分发挥学生的主观能动性，学生的学习方式发生明显转变。这将有效地提高“临近和短时天气预报”课程的教学效果，有利于实现学校与工作单位的“无缝接轨”［6］。

3．3 确保教材的应用价值

南京信息工程大学一直被誉为气象工程师的摇篮。长期以来，学校在培养大气科学本科生的过程中突出“厚基础、重实践”的培养目标。此教材的主要目标就是强化将来从事天气预报业务人员的对灾害性强天气综合分析能力和业务水平，可有效提高学生的工作技能，为学生顺利走上气象工作岗位打下较好的基础，体现了“应用型”人才培养的指导思想，具有很强的实践意义。本教材的编写有助于学生做好预习、复习，由浅入深地理解、掌握课程的重点、难点，打开学生在学习过程中不知所措、无从下手的局面，全面提高学生的实践能力、提升实践教学质量，具有十分重要的应用价值。

3．4 充分利用现有教学资源

本课程的教学活动开展才刚刚起步，但已积累了不少素材。本着由浅入深、由易到难的原则，首先构建与课程配套的、符合教学目标的教材编写方案，期望随着教学经验的增多、个例库的丰富、新资料和新技术的不断发展，逐步完成教材的编写，再通过几轮教学活动的开展，反复使用本教材，在实践中不断修订、完善教材。

要想顺利完成教材的编写，必须要有身处教学一线的优秀教师的参与。本教材编著者大多来自本校大气科学学院临近和短时天气预报教学团队，具有从事气象学、气候学及其他大气科学类专业本科生天气分析、天气预报综合实习、临近和短时天气预报课程的教学经历，大部分编者还有参加中国气象局短期预报员培训以及全国新预报员培训的经历，对学生的专业知识结构及气象台站临近和短时天气预报流程较为了解。

目前，依照课程教学大纲要求，在诸位教师的共同努力下，已初步筛选了近几年来发生的典型强对流天气过程个例，搜集了相关的常规探测资料、诊断分析资料、非常规新型探测资料等。这些都为编写好“临近和短时天气预报”教材奠定了良好基础。

3．5 设置“小技巧”

由于学生的个体差异较大，教材不能不照顾到一些学习有困难的学生，在编写教材时可在适当的位置巧妙地给出一些有针对性的提示和指导性的建议，帮助这部分学生少走弯路，引导他们较快地理解、消化知识点。此外，还可以在适当位置插入一些思考题，便于引导学生在阅读教材时积极思考，带着问题去听课，效果会事半功倍。

3．6 鼓励学生参与教材编写工作

教师编写完教材文稿，只是标志着已经具备了成为教材的可能性，并不是真正意义上的教材，要真正成为现实的教材，必须经由学生使用。学生是教材的主要服务对象［7］，他们的需求是教材编写的方向，只有真正了解了学生的实际状况、真正面对学生、把学生放在主体位置，才能做到有的放矢，取得预期的教学效果，实现教学目标。让学生参与到教材编写工作中可以为我们提供教材编写与参考建议;学生也可以参与探讨和交流，使我们能从不同的视角与高度来完成教材的编写;学生也能够成为我们的得力助手，帮助我们完成发放调查问卷、整理数据、组织学生小组交流等工作。

人才实践能力、创新能力的培养过程是复杂的，培养模式是多样的。这是由于人才的智力、能力、兴趣、特长的发展具有复杂性和多样性［8］。每个个体都具有在某一方面或几方面的发展潜质，让学生参与教材编写后，更有利于我们把握教材的难易程度，可以通过调整教学内容的难易程度去调节学生个体的差异，为不同发展特点的学生提供多样的、适合自己的、感兴趣的学习内容，使每个学生都得到切实的收获，达到实验教学效果的最大化。

4 结语

编写教材，是在先进的教育教学理念指导下，为适应社会发展的需要而不断优化教学内容、教学方法的一个渐进性过程。鉴于强对流天气的形成是一个非常复杂的物理过程，就目前的预报方法和技术水平而言，对其进行“定点、定时、定量”预报的难度相当大。因此，在教材编写的过程中，教师要根据具体的教学任务、学生特点，结合实际气象台站工作的需要，选择合理的教学内容，循序渐进地引导学生走近“临近和短时天气预报”，以此实现培养高素质、高技能的社会实用性人才的目标。本文提出的一些观点，只是一个初步的框架，很多细节还有待于进一步完善。

［1］王永会，高智琛．高校试验教材建设［J］．中国现代教育设备，2012，(13):55—56．

［2］许世华，曹军，谭会恒． 关于校本教材建设的几点思考［J］．高教论坛，2012，(3):49—51．

［3］王妍，谭桂容，任慧军．天气预报课程中学生主观能动性的培养［J］． 黑龙江生态工程职业学院学报，2013，26(5):79—80．

［4］郭志荣，江燕如，陈旭红，等．“天气预报综合实习”课程中学生预报思路建立的思考与建议［J］．黑龙江生态工程职业学院学报，2014，27(4):71—72．

［5］谭桂容．天气预报综合实习课程的教学研究［J］．气象水文装备，2010，21(3):56—57．

［6］钱代丽，王黎娟，徐菊艳．大气科学专业“天气预报综合实习”课程教学体会与思考［J］．黑龙江生态工程职业学院学报，2011，24(5):78—79．

［7］刘晓华．学习者需求分析与精读教材编写［J］．北京理工大学学报:社会科学版，2006，8(4):110—118．

［8］宋国利，盖功琪，苏冬妹．开放式实验教学模式的研究与实践［J］．实验室研究与探索，2010，29(2):91—93．