浅谈《现代气候学》课程建设及教学改革

胡定珠

摘要：气候学虽然是一门有古老历史的科学，但是现代气候学实质上已变成了许多学科边沿上形成的综合性学科。即现代气候学不能简单地认为是研究大气长期状态及其演变过程的科学，而应当认为是研究气候系统大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈等五个圈层的状态及其演变和相互作用过程的科学。作者通过系统介绍南京信息工程大学大气科学学科课程设置及内容，结合自身教学经验探讨了该门课程在课程建设及教学改革中存在一些问题及可能措施。提高本课程的教学质量有助于培养学生的现代气候学的科学素质，让学生在认识大气圈的同时，更了解它和其他圈层的相互作用及其对全球变化的影响，在专业领域内发展学生的智力和创造能力，以更好地迎接南京信息工程大学大气科学学院“双一流”学科的更高要求和新的挑战。

关键词：现代气候学；教学改革；课程建设

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）43-0134-03

一、引言

1972年联合国大会上指出，世界正面临空前规模的挑战，这些挑战只有在各国密切合作下才能更好地解决。其中气候问题就包含在这些挑战之内。1974年召开的联合国粮食会议肯定了气候在粮食生产上的重要作用。1977年联合国水资源大会再次强调了认识气候变化及其在全世界供水用水问题上的重要性。随后联合国经社委员会批准了世界气象组织关于建立世界气候计划的倡议。1979年，世界气象组织召开了世界气候大会并制订世界气候计划（WCRP），这标志着现代气候学的兴起。由此可见，当前世界所面临的各个紧迫问题，如：环境、能源、粮食等问题均与气候有密切联系，现代气候学在这样的国际背景下兴起了。而且，科学研究已认识到，气候不仅对环境、能源、粮食等问题有巨大影响，气候本身的研究也具有重要的意义。

随着20世纪70年代气候系统概念的提出，人们对气候变化及其成因展开了深入研究。传统气候学认为地面气温、降水量和气压是气候的三要素。了解某地区这三要素的特点就等于认识了该地区的气候。经过不断完善，气候系统的概念逐渐明确。研究表明，仅了解地面三要素对气候形成的影响是远远不够的，世界海洋、陆地植被、陆地冰盖、积雪、海冰甚至大气化学成分在气候形成中都起着重要作用。而且这些成员之间还存在复杂的相互作用和反馈。目前气象学家已认识到，气候系统是由大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈等五个圈层组成，这五个子系统之间有着非常复杂的非线性联系。其中，任何一个子系统变化，其他子系统都将发生相应变化，并进一步引起不同时间尺度和空间尺度的气候变化。同时，这五个子系统之间的非线性相互作用也决定了气候系统对外部强迫（如：太阳辐射变化，海温）等的响应方式。由此可见，深入理解气候系统的五个圈层及之间的相互作用才能更好地了解现代气候学，也会更有利于现代气候学的发展。

21世纪以来，人类正面临着人口、资源、环境等一系列全球性重大问题的挑战，与现代科学向整体化、综合化发展的趋势相一致，地理学在长期分化，强调部门地理的发展之后，重新又开始重视对其整体性的综合研究。高校教育是为国家培养优秀人才的重要途径。现代气候学作为研究气候变化的基础课程，也是南京信息工程大学大气科学气候资源方向等专业的基础课程之一。该门课程的课程建设及教学改革对满足新时期高等教育培养适应21世纪需要的基础扎实、知识面宽、能力强、高素质人才的要求有重要实际意义。

二、课程内容安排

《现代气候学》是研究气候变化的基础课程，也是南京信息工程大学大气科学气候资源方向等专业的基础课程之一。为了贴合国际气候变化形势及各国政府和科学家对此问题的普遍关注，本世纪初，学校专门设置了《现代气候学》这门课，旨在为大气科学气候资源方向等专业本科生系统讲述气候学的基础理论、概念、原理、研究方法和知识，并阐述现代气候学的发展概况、研究内容、研究方法以及研究成果，并介绍近年来国内外气候和气候变化研究的最新进展、成果和研究热点与趋势。该门课程开设于大三上学期，共3个学分，总课时为48个学时，教学时长16周。南京信息工程大学大气科学学院的这门课注重教授内容尤其是知识体系的完整性、逻辑性和系统性，尤其是对教学大纲、教案编写、课件设计等严格要求。

课程首先通过介绍气候学的定义及发展历史；现代气候学的概念，包括气候系统及其基本特性，要求掌握现代气候学、气候系统的概念及其主要过程和气候的反馈性；熟悉气候系统各组成部分的基本特性和各圈层之间的相互作用特点，并了解气候学的发展历史、现代气候学和经典气候学的差异。随后分章节介绍：（1）气候系统的能量平衡问题，包括太阳辐射；地面辐射和大气辐射；大气中的辐射传输过程；气候系统的辐射平衡；地-气系统的热量平衡；全球热量平衡。（2）气候系统的水分循环，包括气候系统水循环的主要过程；地表水分收支；地气系统的水分平衡。（3）大气环流，包括大气环流的形成；大气环流的平均状态；季风的基本概念和形成原因；东亚季风的基本特征；大气遥相关和大气涛动等。（4）气候系统中海—陆—气相互作用，主要介绍海、陆物理特性的差异；海洋对气候的影响；热带海气相互作用；陆面过程对气候的作用；地形对气候的影响；青藏高原对气候的影响；冰雪对气候变化的作用。（5）气候变化及人类活动在其中的作用。根据时间尺度划分，介绍气候变化定义及不同时期特点，重点介绍人类活动对气候变化的影响及影响途径。

通过这些内容的介绍，以便学生能掌握大气辐射相关的基本概念；理解大气中的辐射传输过程、温室效应的基本原理和地面辐射平衡的概念；了解全球热量平衡的含义。掌握气候系统水循环的概念。掌握大气环流形成因子；理解各在大气环流形成的作用；熟悉大气环流的基本特征；掌握季风的基本概念和形成原因，東亚季风的概念、基本特征和形成原因。掌握陆地表面所包括的主要物理过程及其对气候作用的主要途径；掌握气候变化等基本概念以及人类活动对其的影响。最终目标是让学生对气候系统五大圈层的组成及其相互作用有一定的了解。

三、課程建设及教学改革措施

现代气候学这门专业基础课从它在大气科学学科基础课程体系中的地位、取材、教学思想，直到各教学环节的教学改革之基本目的即提高本课程的教学质量，都是致力于培养学生的现代地理学的科学素质。即从系统科学的角度来认识和解决地理学问题，让学生在认识大气圈的同时，更了解它和其他圈层的相互作用及其对全球变化的影响，认识本专业基础课在地球科学体系中的重要性，在专业领域内发展学生的智力和创造能力，以迎接科技、社会发展的新挑战。但目前该门课程的建设还存在一些问题，需要进行一定程度的教学改革。根据近年来南京信息工程大学大气科学专业在该课程方面的教学内容集教学改革，结合我在具体教学过程中的感受，有以下几点思考。

第一，该门课程内容牵涉气候系统中五大圈层的所有内容，教学内容多，信息量大。由于教学学时的缩减，本课程的实习时间较少，对目前该门课程的教学效果存在一定影响。要想将这门课讲解清楚，一方面需要更多课时支持，另一方面教学进度也比较难把握。在今后的教学过程中需不断探索和改进。

第二，现代气候学发展迅猛，但一本教材从编写到出版需要一定的时间，使用教材时离编写的时间就更长，所以存在现代气候学授课所用教材相对落后于该领域的实际发展。在滞后的这段时间里，已有很多新的研究成果和科学问题涌现。这就要求授课老师在备课过程中查阅更多最新研究成果，实时掌握该学科发展前沿动态，及时为学生补充新知识。例如：海气相互作用部分中，近几年新提出了有别于传统ENSO的新的概念，称为El Ni？觡o Modoki，但目前所用教材中并没有此部分内容的介绍，此时就需要授课教师将相关概念及进展传授给学生。

第三，教学方法改进是加强课程建设，提供教学质量的重要途径。授课老师不能单靠填鸭式讲授方式来讲解知识点，而应采用灵活多样的教学方法和手段进行教学，比如：课堂讨论、专题辩论等。教学方法的改进旨在吸引学生的注意，提高学生学习兴趣。学生单靠死记硬背去记住一些气候常用概念，对该门课的理解和学习是没有多大用处的。例如：在讲解气候变暖的时候，应该举例来说明我们常说的气候变暖是有条件的。根据地球的气候记录，地球的气温在地质时期有非常剧烈的变化，其变化幅度与现代气温值的距平在+5℃—-10℃之间。在950—615Ma（Ma：百万年）之间的前寒武纪晚期和250Ma前的二叠纪是发生大规模冰川的时期；白垩纪气温达到暖期的顶峰，温度比现在高出5℃左右；之后，约在2Ma以来至10ka（ka：千年）期间，地球经历了冰河时期，最低气温比现在平均气温低了将近10℃；自10ka以来，地球气温变化比较缓和，基本上在现代气温平均值附近摆动。从世纪尺度来说，现代气候是处于一个间冰期，历史上有比现在气温高得多的时候。

第四，教学形式和手段也可以进行相应的改进，有助于教学效果的提高。利用科学的思维方式引导学生积极思考，激发学生的求知欲，逐步形成科学的思维方法。比如：课堂以设置问题的方式开展，启发学生一起思考，一起发现问题、提出问题、解决问题，激发学生对气候问题的兴趣，调动学生的积极些。甚至可以抽出一部分时间，给出科学问题，组织学生分组讨论，各抒己见，从气候系统的不同角度阐述对其的影响。例如：前面提到的El Ni？觡o Modoki的概念，可以选择一两篇最新经典研究文献给学生讲解，并启发式的安排学生自行查阅相关文献，并分组汇报结果。一方面可以提高学生自主学习能力，培养他们学习兴趣；另一方面也有助于学生科学研究素养的提高，学会查阅文献、阅读文献、总结文献。

第五，基于现代气候学这门课所涉内容甚广，涉及研究方向众多，有陆气相互作用、海气相互作用、辐射平衡、人类活动等。

四、总结与讨论

气候学虽然是一门有古老历史的科学，但是现代气候学却以崭新的面貌出现在我们面前。首先，全球气候系统取代了经典的、狭隘的气候概念。其次，气候学的一些新的分支正在茁壮成长；以现代观测技术为基础的气候诊断研究愈来愈深入，气候模拟已成气候研究的重要组成部分，气候预测业已提上议事日程。再者，气候学从来也没有像今天这样与国家的建设和社会的发展息息相关。目前人们已经认识到，气候系统是由大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈等五个圈层组成，而且这五个子系统之间有着非常复杂的非线性联系。其中，任何一个子系统变化，其他子系统都将发生相互影响的变化，进而导致各种时间和空间尺度的气候变化。

南京信息工程大学大气科学学科承担着为全国科研院校和气象、海洋、环境等部门培养人才的责任和重担，尤其在我校大气科学学院入选国家“双一流”建设学科之后，对学生的综合能力和教师队伍的质量和水平都有更高的要求。

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Abstract：Climatology is a science with an ancient history，but modern climatology has actually become a comprehensive subject formed on the edge of many disciplines.That is，modern climatology is not simply a science to study the long-term state of the atmosphere and its evolution，but a study of the long-term state of the state，evolution and interaction between the hydrosphere，ice and snow，lithosphere and biosphere.The author introduces the course design and contents of atmospheric science at Nanjing University of Information Science and Technology （NUIST） systematically.Some problems in this course construction and some possible measures during teaching process based on the author's own teaching experiences in NUIST are also presented.Improving the quality of teaching in this course will contribute to the development of the scientific quality of modern geography among students，giving students a better understanding of the atmosphere and its interaction with other circles and its impact on global change.In order to meet the higher requirements and new challenges of "double first-class" subjects in the college of atmospheric science，NUIST，the students' intelligence and creativity should be developed in the specialized field.

Key words：modern climatology；teaching reform；curriculum construction