水文与水资源工程专业《气象学》教学实践与总结

陈要平 赵瑞君 许光泉

【摘要】《气象学》是水文与水资源工程专业的核心课程，依据教学实践，从教材与教辅书选用、课堂教学过程设计和实践教学活动安排等三个方面，对课程的建设进行了讨论。

【关键词】气象学 水文与水资源工程专业 教学实践

【基金项目】安徽理工大学本科专业核心课程建设项目；安徽理工大学博士科研基金；大学生创新创业训练计划项目（201610361006）。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）40-0225-02

《气象学》是我校水文与水资源工程专业的七门核心课程之一，于2016年被列入学校首批本科专业核心课程建设名单。根据专业教学计划，该课程被安排在大二学年的第二学期，总课时为48学时，其中：理论课40学时，实验课8学时。课程教学内容主要为大气物理属性、大气动力学、天气系统、天气过程和气候的形成与变化等，着重于从物理和数学推导的角度对天气现象和天气过程的发生机理进行研究。为取得良好的教学效果，更好地服务于专业培养目标，我们尝试从以下几个方面着手，开展了该课程的教学工作。其一，综合安排课堂教学和实践教学的内容，使其各有侧重，相互补充；其二，课堂教学注重联系生活实际，培养学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性；其三，实践教学注重联系科研生产，与专业其他主干课程相衔接，学以致用。

一、教材和教辅书的选用

专业教材是教师组织授课内容的主线，也是学生自学或课后复习的重要参考书籍。然而，如果教师仅仅依靠教科书来进行授课，一来会有按部就班、照本宣科之嫌，二来专业教材内容的严肃性和理论性也往往使得课堂显得沉闷和枯燥。

本课程选用了姜世中2010年主编、科学出版社出版的《气象学与气候学》作为主讲教材，另外选用了Lutgens和Tarbuck合著的《气象学与生活》、胡毅主编的《应用气象学》和Shelton著的《水文气候学-视角与应用》作为教辅书。《气象学与气候学》分气象篇、天气篇和气候篇等三个部分，对天气现象和气候形成与变化的机理进行分析和推导，体系清晰，内容紧凑，具有较强的理论性和专业深度。《气象学与生活》与生活实际联系紧密，图表丰富，内容深入浅出，并穿插了人们发现天气现象形成原因的历史进程和故事，将气象科学的专业性和趣味性很好地融合在一起。《应用气象学》侧重于介绍气象学与农业、林业、能源、大气污染、医疗、建筑和交通等方面的联系，包含了很多应用实例，与社会生产联系紧密，具有很强的实用性。《水文气候学-视角与应用》着重于研究气象与气候系统在水文研究中的应用，分析了气候系统对陆地水循环和水平衡的影响，阐述了气象学与土壤蒸散发、地表径流、土壤截流和地下水补给等方面的联系，其研究内容和水文与水资源工程专业的培养目标有很强的相关性。因此，专业教材与教辅书的结合使用，既保证了课程教学内容的体系完整和理论深度，又能充实授课内容，开拓师生的知识面。

二、课堂教学设计

课堂教学过程的设计是组织好教学活动的关键。在教学活动中，教师往往居于主导地位，而学生的角色一般比较被动；然而，教学效果的好坏却在很大程度上取决于学生的学习积极性和对课堂教学内容的参与程度。因此，应采取多样化的教学方式，优化课堂教學内容，调节课堂节奏，提高学生的学习效率。

1.联系生活实例，激发学习兴趣

比如，在第一章第一节讲解空气的相对湿度和露点温度时，如果单纯的介绍一下二者的概念，则往往会让学生觉得过于抽象而不易理解。但如果课堂由同学们的日常生活开始，比如先提出两个问题：在炎热的夏季，向一个空玻璃杯倒入冷饮后，为什么玻璃杯的外表面很快会出现一层水膜？在寒冷的冬季，向空气中哈一口气，能看到白色的雾痕，而在夏季时却很难看到？结合这些问题，然后再对空气中水汽凝结的相关概念和马格努斯公式进行介绍，学生就容易理解这个知识点，并且会有较深的印象。又如，在第二章第二节讲到大气对太阳辐射的散射时，如果直接讲解瑞利散射和米散射的概念和计算公式，则会显得平铺直叙和抽象。如果先提出几个问题，如：为什么日常晴朗干净的天空是蓝色的，而空气混浊的天空是灰白色的？为什么早晨和傍晚的太阳看起来是红色的，而正午时是白色的？这些日常生活中的大气现象，正是由于空气中不同粒径分子的散射作用而产生，但人们往往由于太司空见惯而未去探究其发生的机理。再比如，在第五章低纬度天气系统中热带气旋这一部分，可以让学生先回顾一下自己的家乡是否受到过台风天气的影响，一般发生在哪个季节和月份，台风的路径有什么特点，然后再去探讨台风形成的必要条件与消亡过程，就更容易激发学生的探究心理。

2.多媒体和板书相结合，多种方式展示教学内容

气象学虽与现实生活联系紧密，但由于一些大气现象的发生尺度太大、出现的频率较低或者产生的机理比较抽象，往往在课堂上单靠教师的语言描述难以表达清楚。比如大气环流、洋流、锋面气旋、热带气旋和我国的雨带推移等，发生尺度广，影响范围大；云的成因与分类、雨虹、寒潮、雷暴、冰雹和龙卷风等极端天气，随季节更替其发生的频率有较大的变化，并且存在一定的区域性；而风的形成、降雨的伯杰龙过程与云滴的冲并增长、厄尔尼诺与拉尼娜现象等，其机理又相对抽象。这些知识点单靠教师使用语言描述或者板书作图示意，很难达到理想的教学效果，如果通过搜集相关图片、动画、视频材料等制作成多媒体课件进行呈现，则形象直观，学生容易理解。此外，气象学课程中有些章节如干湿空气状态方程、热辐射的基本定律、太阳高度角的计算、大气稳定度的判别、拉普拉斯压高公式、气压梯度力与地球自转偏向力等，因涉及到大量的推导或者计算，为帮助学生掌握其推理和计算过程，则以板书授课的方式效果更好。

三、实践教学安排

气象学是一门实践性很强的课程，如气象仪器的使用、气象参数的测定和气象数据的整理分析等，学生只有在动手操作中才能得以掌握。校内实验教学的优势在于能够充分利用学校的自有仪器设备，通过近距离观察、甚或拆解重装和反复操作，帮助学生熟练掌握仪器的构造特征与使用方法。校外实习则有助于认识气象观测的新技术、新方法和气象学知识在科研生产中的应用，但实习往往以现场教师讲解和参观的方式进行，一般不允许学生随意触碰工作中的仪器设备。我校的实践教学环节以校内实验和校外实习相结合的方式进行。

实验教学环节不可或缺。在一次校外气象站的参观活动结束后，有学生提出了一个看似简单的问题：老师，翻斗式雨量计的内部是如何工作的？尽管教师已经在课堂上用图片展示的形式向学生介绍了雨量计的结构和工作原理，并且在气象站进行了实地参观，然而由于在开课之初部分实验仪器尚未到位，学生没有机会进行实际操作，因而对其结构和工作原理并未真正的掌握。目前，利用不断完善的实验条件，我们开展了空气温度和日照的观测，气压和风的观测，空气湿度、蒸发和降水的观测，以及天气图的认读等四个实验项目，要求学生在实验过程中重点掌握温度计、湿度计、日照计、气压表、风速计、雨量计、蒸发器等基本气象观测仪器的结构特征、工作原理和使用方法。

校外实习在教学计划里没有单列，我们借助于本专业的“水利工程认识实习”和“水文测验实习”，分别建立了“六安市望城岗蒸发实验站”、“寿县国家氣候观象台”和“五道沟水文水资源实验站”等三个实习基地。利用各站点的资源优势，分别开展针对性的实习内容。在望城岗蒸发实验站进行了风向风速、降雨、土壤蒸发、水面蒸发、温度、湿度、日照、地温等基本气象参数的量测，在寿县国家气候观象台开展了气象参数测定新技术、人工降雨技术、大气成分探测、近地层通量、高空观测、天气预报、气象防灾减灾和气候变化预测预估等项目的认识实习，在五道沟水文水资源实验站重点进行了土壤蒸散发、降水产汇流和水平衡等水文气象方面的科研活动参观。

四、总结

《气象学》课程的教学目标是帮助学生认识天气与气候现象并理解其发生的机理，掌握气象仪器的操作技能与气象参数的量测与分析方法，并初步了解气象学在水文学与水资源研究中的应用。通过近几年的教学实践，作者从教材和教辅书的选用、课堂教学过程设计和实践教学活动安排等几个方面，提出了课程建设的建议，旨在提升课程的教学效果，更好地为专业的培养目标服务。

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