非大气科学专业《动力气象学》课程建设探讨

陈桦

摘要：动力气象学是在热力学和流体力学的基础上，系统地讲述大气的动力、热力过程和大气运动的基本规律的一门专业核心课程。动力气象学是大气科学专业培养方案中的主干课程，侧重理论培养。由于动力气象学与数学、物理学等学科相互交叉，而近代力学、物理学、数学和化学等基础学科的发展又是动力气象学发展的推动力之一，因此，动力气象学不仅是大气科学专业必修的专业核心课程，也是其他相关专业的重要选修课。动力气象学理论性很强，公式多而复杂，强调公式推导以及对物理意义的理解。对于非大气科学专业的学生而言，动力气象学是一门难度较大的课程。由于教学对象不同，非大气科学专业开设的《动力气象学》课程不能全部照搬大气科学专业的课程大纲，而必须结合学生所在专业的特点和需求进行课程体系建设。

关键词：动力气象学；课程建设；非大气科学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）30-0184-02

本文以南京信息工程大学为数学与应用数学学院开设的《动力气象学》课程为例，从教学目标与教学任务、教学内容与教材、教学方法和考核等方面对非大气科学专业《动力气象学》课程建设进行探讨。

一、教学目标与教学任务

南京信息工程大学数学与应用数学学院开设《动力气象学》课程主要是针对应用数学专业。此课程的先修课程有高等数学、流体力学、大气物理学、天气学原理等，在讲授过程中要注意与先修课程的衔接，在大气动力学的整体框架内讲述大尺度大气动力过程。掌握基本的动力气象学理论对于理解和掌握后续的专业课程（例如《中小尺度大气动力学》和《热带大气动力学》）具有重要作用。因此，应用数学专业《动力气象学》一般在大三下学期开设。

本课程的教学目标是：通过本课程学习，使学生深入地理解大气动力学的基本理论，了解近代动力气象学的主要进展，掌握大气运动过程的动力学分析方法和基本原理，从而使学生具有一定的理论水平与科学研究能力，为将来从事气象相关工作及研究工作打下基础。

本课程的教学任务是：（1）系统掌握大尺度大气动力学的基本原理和方法；（2）掌握大气动力学主流理论和学说，并理解各理论、学说之间的有机联系，了解大气动力学进展和发展趋势；（3）强化培养理论联系实际的能力，培养从实际过程中提出问题，利用大气动力学基本原理分析实际大气过程的能力，培养通过对实际大气过程的分析，提出所研究气象问题的物理模型、数学模型、求解方法，然后分析、认识实际大气过程规律和机理的能力。

二、教学内容与教材

非大气科学专业《动力气象学》课程没有必要涉及动力气象学的所有内容。结合应用数学专业的特点和需求，选择的教学内容以经典动力气象学的核心内容为主。考虑到应用数学专业大学生的实际，教学内容侧重基本概念、理论和公式推导。表1列出了具体教学内容和课时安排。第1章绪论对课程进行概述，简要介绍动力气象学的研究对象和发展简史。第2章是针对非大气科学专业学生缺乏相应基础而安排的流体力学、大气物理学方面的基础知识。第3～11章是动力气象学的主要内容，也是课程学习的重点，包括描写大气运动的基本方程组，分析各项力，用尺度分析简化方程组，坐标系的变换，自由大气中的平衡流场，环流定理和涡度方程，大气能量学，大气行星边界层，大气中的基本波动及稳定性理论。从物理定律出发，从理论上揭示天气过程的发生发展规律和机理。教学内容由浅入深，由易到难逐渐递进，以便学生理解吸收。

目前国内动力气象学的教材主要是参考英文版《Introduction to Dynamic Meteorology》[1]编写而成，在各个大学使用的主要教材是《动力气象学》[2]-[4]，因此本课程将以2004年出版的《动力气象学》[2]为主要参考书，并结合其余几本教材特别是英文原版教材进行补充。

三、教学方法和考核

1.教学方法。（1）采用多媒体PPT和板书相结合的教学方式。近些年来，多媒体教学已经越来越成为课堂教学的主要方式。动力气象学涉及很多抽象的概念和复杂的空间结构（例如球坐标系与局地直角坐标系），关于公式和方程的推导也很多，因此本课程除了运用多媒体教学之外，板书也是重要的辅助教学手段。特别是涉及到公式及方程的推导时，通过板书一步一步地详细分析，更容易引导学生的思路，抓住学生课堂上的注意力，加强和学生在课堂上的互动。另一方面，通过多媒体教学，使用图片和动画对动力气象学的一些抽象的基本概念和理论进行形象地讲解，不仅可以使学生更容易接受和理解这些概念和理论，并且更能引起学生对这门课程的兴趣。例如，第三章在讲解局地直角坐标系和球坐标系中方程组的形式时，需要学生在头脑中建立三维空间结构，理解各种坐标系的定义以及相互转换，此时使用图片和动画，甚至是在课堂上拿一个篮球作为实例，就可以形象直观地展现这些坐标系的定义和关系，如此学生比较容易理解这些内容并且不容易忘记。（2）由于本课程的教学内容侧重基本概念、理论和公式推导，公式较多并且理论性强，学生可能会觉得越学越枯燥，容易产生学习懈怠，学习兴趣较低。因此在教学过程中要积极调动学生的兴趣，尽量多地理论联系实际去讲解，增加与这门课有关的一些应用。例如在介绍非线性动力学时，可以讲解“蝴蝶效应”这一热门话题。再如在讲授地转平衡时，可以将其与实际业务中使用的天气图结合起来。对于这门理论课程，不但要重视课堂教学，还要加强业余时间学生与教师的交流，促进学生对本课程的学习积极性和自主学习能力。

2.考核。课程考核是检验学生学习效果的一种手段。本课程采用多种形式的考核方式，课程总成绩由平时成绩、期中和期末考试成绩三部分组成，分别占总成绩的20%、20%和60%。平时成绩是由课堂出勤率、作业完成率以及课堂回答提问的方式组成，这样对于及时了解学生对课程的掌握程度比较有效，也便于教师及时对授课方式和授课速度进行调整。期中和期末考试采用闭卷形式，但是不要求学生机械地背诵公式，在试卷中会给出可能用到的重要公式，使学生在学习本课程的过程中注重对概念和理论的理解和分析。

四、结语

《动力气象学》是一门专业核心课程，理论性很强。开设本课程的大多是大气科学专业，非大气科学专业开设《动力气象学》，不能简单地照搬大气科学专业的课程大纲。我院已在非大气科学专业（包括大气物理、大气探测、海洋科学等）开设该课程，已经具有一定的实践经验，有的学生学习本课程后转而对大气科学专业产生兴趣并考取本专业的研究生。因此本文在之前的教学实践基础上，探讨了本课程的教学目标与任务、教学内容与教材、教学方法和考核等课程建设和相关教学经验，为我院对应用数学专业开设《动力气象学》课程提供参考。

参考文献：

[1]Holton J.R. An introduction to dynamic meteorology. Fourth edition. Academic Press，2004.

[2]吕美仲，侯志明 ，周毅.动力气象学[M].北京：气象出版社，2004.

[3]贺海晏，简茂球，乔云亭.动力气象学[M].北京：气象出版社，2010.

[4]吕克利，徐银梓，谈哲敏.动力气象学[M].南京：南京大学出版社，2014.