构建立体化、开放性、创新型的大气科学实验教学体系的探索与实践

王亦平

摘要：为了提高大气科学实验教学和管理水平，构建新的教学体系和教学方法，合理地配置实验教学设备，实现实习基地的开放与共享，文章从教学实验室建设及其功能、实验教学队伍建设、实验教学中心特色等方面，介绍了南京大学大气科学实验教学中心通过实验教学中心的建设，在立体化、开放性、创新型等方面进行了积极的探索与实践，取得了非常好的效果。

关键词：立体化;创新型;大气科学;实验教学体系

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）37-0166-02

大气科学是一门集观测、分析和预报于一体的应用型学科，其中实验教学是一个非常重要的环节，它能够培养学生的创新思维和实践能力，不仅能够加强学生利用计算机模拟和预报天气、气候的基本技能，还能培养学生综合分析和独立科研的能力。为了适应科学技术的迅猛发展和社会的需求，必须建设一流的大气科学实验中心，从而培养出高层次的研究型和创新型人才。近年来，南京大学大气科学实验中心在实验室建设、教学理念、师资配置和教学模式等方面做出了卓有成效的探索，具体介绍如下。

一、教学实验室建设及其功能

南京大学大气科学实验教学中心按照国内外气象业务部门的最新发展状况，以建设国内一流的大气科学实验教学中心为目标，在学校的大力支持下，利用“985”、“211”工程的经费，购置了一批大型的重要仪器设备，建设了完善的实验室硬件和软件设施。

南京大学气象台是具有省级气象台功能的现代化天气预报台，是南京大学与中国气象局局校合作，于2010年4月共建的。气象台由气象信息采集与处理实验室、远程网络视频会商大厅、天气图分析实验室和综合分析与预报实验室四个实验室组成。气象信息采集与处理实验室具有Cmacast卫星综合卫星数据接收与处理系统，建立了局域网络，并接入江苏省气象信息网络系统，实现网络传输和卫星实时气象信息的自动采集、自动处理和自动存储。远程网络视频会商大厅用于展示各种气象信息，并可与江苏省气象台进行视频会商，学生可以收看中央气象台和江苏省气象台的天气会商，观摩南大教授与省气象台专家对重大天气过程的联合会商，与江苏省气象台预报员进行交流和咨询，将实践教学与科研结合，开阔学生视野，培养和训练学生的创新思维，成为南京大学大气科学学院的一个对外交流的窗口。天气图分析实验室主要用于天气学原理和天气学实验的教学，通过分析各类典型天气个例，培养学生手工分析天气图的能力，对学生进行基本技能训练。综合分析与预报实验室是计算机网络实验教学平台，主要用于天气分析与预报技术、气象业务自动化和卫星气象等课程的实验教学，利用MICAPS4.0系统，综合分析各类气象信息，实时天气图和各种数值预报产品，并做出天气预报，培养学生综合分析和应用的技能。

地球大气综合探测基地由气象常规探测实验室、大气边界层实验室、大气化学实验室和大气环境监测站组成。气象常规探测实验室主要为地球大气综合探测和大气探测实验等大气基础探测系列课程服务，开展气象常规探测方面的教学与实验，拥有天气常规观测仪，包括国家级全要素自动气象站、百叶箱、低层探空仪和经纬探风仪等设备，大气边界层探测实验室主要为边界层气象和城市气象等课程及其实习服务，目前已建成梯度观测系统、地面通阳观测系统、波动相关系统和低空大气数据采集系统等。大气化学实验室和大气环境观测站主要用于大气化学和空气污染气象学等课程的教学和实习，同时还可以用于研究地球大气的组成及其变化，以及引起这些变化的物理化学过程，该实验室拥有基本的大气化学、大气物理和大气环境等要素的综合观测仪器。大气遥感实验室拥有先进的气象卫星和移动式C波段双偏振多普勒雷达探测设备，为卫星气象学和雷达气象学等相关课程提供了强有力的条件支撑，通过Cmacast系统，以及静止和极轨气象卫星接收器实时接收各种气象卫星数据，在这里学生掌握了计算机处理遥感图像的基本技能和方法，也培养了学生独立分析和解决科学问题的能力。高性能计算和数值模拟实验室用于计算方法、FORTRAN语言、C语言、数值天气预报和气象统计预报等课程的教學和实习。

二、实验教学队伍建设

实验室合理的队伍结构中应包括研究人员、技术人员和管理人员等。“985”、“211”工程建设的基本都是国家级或省部级水平的实验室，购置的是大型精密贵重仪器设备，不是一般的实验员所能运转起来的。若要使这些大型仪器设备在今后发挥效益，我们需要的是掌握新技术和先进仪器操作技能的高级技术人才。大气科学实验教学中心教师队伍力量雄厚，拥有一支具有良好政治和业务素质、结构合理、相对稳定的师资队伍，目前共有专职教师35人，兼职教师12人，高级职称比例为79%，博士学位获得者有45人（占95%），院士2人，长江学者1人，杰出青年基金获得者3人，实验技术人员11人，为开展高水平的实验教学提供了保证。

三、实验教学中心特色

在“拓展基础、强化实践、注重创新”的人才培养理念指导下，实验教学中心强化“以学生为中心”的教学理念，提高大学生的实践创新能力和发掘科研潜力，坚持知识传授和能力培养并重，瞄准“培养高层次、研究型、创新性人才”这一目标，开展实践教学，形成以下特色：（1）以“地球系统科学”思想为指导，优化学科结构，构筑大地学实践教学平台。（2）以培养学生科研实践能力为核心，以提高综合素质为目标，建立稳定的学生科研训练机制，实现科研训练的“常规化和个性化”。（3）大气科学实验教学示范中心强调“六位一体”的环节的结合，所谓的“六位一体”就是强调实验课程、校内实习、校外产学研基地实习、野外科考、科研训练和社会实践这六个方面的结合：①实验课程。实验教学中心为本科生开设了计算方法、天气学实验、计算机C语言、计算机FORTRAN语言、天气预报生产实习、卫星气象学、卫星遥感技术、统计预报、数值预报、高性能计算技术和数值模拟等十多门实验教学课程。②校内教研基地实习。每年暑期，组织二三年级的本科生在校内气象台和气象园等大气探测基地开展天气预报和大气探测实习，进一步加深对课堂知识的理解，了解业务部门的需求。③校外产学研基地实习。实验教学中心与江苏、安徽、湖北、上海等八个省市的气象局签订了产学研基地协议，每年选派20—30名三四年级的本科生进入校外产学研实习基地，通过具有丰富的业务工作经验的预报员的指导，有效地提高了学生的实际业务能力。④野外科考。野外科考主要针对二三年级的本科生，联合地球科学学院、地理与海洋学院等院系，每年选派部分优秀同学参加野外科考，通过实地科学考察和交流，培养学生的科学交叉和综合实践能力。近五年来，已组织参加了新疆天山地区、长白山地区、台湾地区、贝加尔湖等七次大地学综合科考，参与人数近50人。⑤科研训练。长期以来，一贯重视本科生的科研训练和能力培养，构建了“暑期小论文+学术讲座+本科生创新计划+拔尖人才培养计划+毕业论文”的科研训练体系。按照“注重创新”的培养理念和创新人才培养模式，通过多种途径，安排本科生开展早期科研训练，由专职教师指导，着重培养实践型和创新型人才。⑥社会实践。每年暑假期间组织各种类型的社会实践活动，并先后获得“校优秀社会实践集体”、“校优秀社会实践团队”、“校优秀社会实践个人”等称号。（4）以“资源共享和开放”为教学理念，中心所有实验室对本科生创新计划、拔尖计划、小论文计划和毕业论文设计等全面开放。对地理、地质和环境等学科开放，已经成为地球科学资源共享的平台。

四、结语

南京大学大气科学实验教学示范中心仍在不断完善建设中，希望通过不断探索与创新，促进与大气相关的学科，包括地理、海洋、地质、环境、电子、商业和人工智能等相关学科之间相互交叉融合，建立立体化、开放性和创新型的大气科学综合实验教学体系，为国家培养更多高素质的地球系统科学实践人才。

参考文獻：

[1]阙广文.高校科研实验室建设的实践与探索[J].实验技术与管理，2003，20（6）：11-13.

[2]徐云，崔爱芳.高校素质教育改革与实验室建设[J].实验技术与管理，2000，17（1）：16-18.

Exploration and Practice about Building a Three-dimensional，Multi-level，Opening and Innovative Atmospheric Science Experimental Teaching System

WANG Yi-ping

（School of Atmospheric Sciences，Nanjing University，Nanjing，Jiangsu 210023，China）

Abstract：In order to improve the experimental teaching and management level of atmospheric science，a new teaching system and methods were constructed，experimental teaching equipment were configured rationally，practicing bases are opening and sharing.It were introduced about the active exploration of the atmospheric science experiment teaching center of Nanjing University in this paper，focusing on the construction of teaching labs and their functions，the construction of experimental teaching teams，as well as the characteristics of experimental teaching centers.Through the construction of the experimental and practical teaching center，several active exploration have been done at those aspects，including three-dimensional，opening，as well as innovative，several good effects were obtained.

Key words：three-dimensional;innovative;atmospheric science;experimental teaching system