“天气分析预报综合实验”课程教学中存在的问题及改进措施

郑佳锋 刘艳霞

(成都信息工程大学 大气科学学院，四川 成都 610225)

熟练使用气象工具快速分析天气形势是天气预报岗位的必备技能，也是天气学研究的基础[1]。“天气分析预报综合实验”是国内大气科学类专业在本科教学中设置的重要的集中实践性教学环节，是培养学生熟练操作气象信息综合分析处理系统(MICAPS)、运用所学理论对各种天气图进行天气分析、天气预报的综合性实验课程，旨在让学生将理论和实践结合起来，能够熟练使用工具对天气形势进行分析预报，培养学生对于气象资料的应用能力和各种天气图综合分析的能力，初步建立天气预报的思路，掌握气象台站预报岗位预报业务的基本技能。

“气象信息综合分析处理系统”(MICAPS, Meteorological Information Combine Analysis and Process System)又称“天气预报人机交互处理系统”，是一套集气象信息显示、国家地理数据、历史气象数据、人机交互处理、气象预报服务产品加工为一体的综合图形、图像处理系统软件[2]。该系统通过对各种气象数据的图形图像进行加工编辑，为预报员提供了一个信息全面、方便快捷的短时、短期、中期天气分析预报制作平台，是大气专业学生走向预报员工作岗位的必须掌握的软件操作系统。因此，许多院校均开设了与该系统相关的实践课程，如成都信息工程大学大气科学学院对大气专业大四学生开设“天气分析预报综合实验”课程(32学时)。在授课中教师分11个章节系统地讲解了该软件的使用方法，并进行随堂练习，目的在于使学生能够熟练运用MICAPS系统，为之后的其他课程打下坚实基础。

从大气科学类专业本科培养方案中的课程设置来看，“天气分析预报综合实验”非常重要，起承上启下的作用。如成都信息工程大学大气科学专业部分相关实践课设置如下：大三上学期 “天气学分析”；大四上学期“天气分析预报综合实验”“大气科学综合应用”；大四下学期“毕业实习”(见表1)。其中， “天气学分析”主要讲授天气图分析的基本操作，以手动绘图为主；“大气科学综合应用”是综合运用各种气象资料的预报方法，选取不同影响系统下典型天气个例分析，主要是帮助学生将不同大气学科的理论学习和实践相统一；“毕业实习”是集中一段时间对实况天气进行分析和预报，重点引导学生建立清晰的预报思路；而“天气分析预报综合实验”是从手动绘图到上机操作(MICAPS系统)的训练，旨在将“天气学分析”中效率低的手动绘图转变为快速的电脑操作，为后期实习课程上大量繁琐的实况天气分析做准备，是对学生学习天气分析预报的综合性训练的基础，是培养学生动手能力和创新能力的重要环节和手段。

表1 大气科学本科部分专业实习课

1 教学过程存在的问题

通过对近几年学生在“天气分析预报综合实验”课程课堂上的表现分析，发现学生选修此课程的积极性很高(近四年平均选修率达90%以上)，并且在上课期间表现出极大兴趣(师生互动性很高)，但学习效果离预期仍存在一定差距(部分学生课程后期落后较明显)，教学效果仍有待提高。主要存在以下问题：

1.1 基础不扎实，相关课程间隔时间太长

熟练掌握“天气学原理”的基本知识和“天气学分析”的方法是学好“天气分析预报综合实验”的基础。只有掌握天气学基本原理并能运用正确的方法才能快速有效地分析天气形势，也才能明白MICAPS系统中不同系统工具的使用方向。部分学生天气学理论知识薄弱，天气学分析方法未能熟练掌握，在学习MICAPS软件时不能很好地将所学理论知识和实践操作结合起来，大大影响了学习效率。例如：学生无法正确辨析出天气图上的主要天气系统(高空图上槽线、切变线，地面图上雷暴、冰雪等天气现象图标的识别等)，在实际操作时会因寻找天气系统而浪费大量时间，学习的效果大打折扣；甚至有些天气学分析基础差的学生会陷入矛盾，因混淆概念而导致无从下手。另外，“天气学分析”是在大三上半学期开课，“天气分析预报综合实验”是在大四上半学期开课，两门课开课时间相距一年，学生很容易将已学会的知识淡忘，使得任课教师不得不在“天气分析预报综合实验”课上重申应在“天气学原理和分析”课程中解决的问题，从而影响教学进度和效果。

1.2 授课方式的单调性

“天气分析预报综合实验”是以软件操作学习为主的课程。为了使学生能够熟练使用MICAPS系统，现阶段的主要授课方式是教师讲授后学生随堂练习教师现场指导。而用作练习的习题基本是选择固定时次的天气图，学生通过大量做题来掌握MICAPS系统的使用方法。这种授课方式最大的弊端是方法的单调性，学生容易在课程后期感觉较枯燥(习题量较大)，丧失学习的兴趣，产生畏难心理。

1.3 考核方式不合理

目前“天气分析预报综合实验”课程是小班授课(平均一位教师教授40名学生)，旨在让学生能有充足的被指导和练习的时间。考核方式是由每位任课教师单独出题，但这种考核存在着一定缺陷：每届学生不同班级考试题目难易不同(有些天气形势复杂有些简单)，不同授课教师考核的侧重点也不同，这样就使得同届学生考试成绩缺乏可比性。

另外，“天气分析预报综合实验”一共有32学时，16次课(2学时一次课)。这门课的考核成绩比例为：平时成绩占60%、期末成绩占40%。平时成绩(平均每位学生至少要改8次作业)所占权重较多，但平时成绩存在一定的不公正性，即有少部分学生可能是抄袭或在别的学生指导下完成(并未真正掌握)，导致平时成绩较高，期末成绩较低。这样的考核方式存在一定的不合理之处，并不能完全反映出学生真实的知识掌握水平。

1.4 教学水平有待提高

“天气分析预报综合实验”是一门实践操作课程，需要有气象台站工作经验的教师承担，但随着高校扩招，大气科学专业学生人数不断增长，新引进的博士教师虽然理论功底较深，但缺乏实践工作经验，理论知识讲解未能做到深入浅出、通俗易懂，不能很好地引导学生将实践操作和理论相结合，这也是导致学生感到学习枯燥的一个重要原因。

1.5 学科基础设施更新较慢

“天气分析预报综合实验”课程要求学生在电脑上快速准确操作，相应地对计算机性能和系统稳定性等要求较高。目前由中国气象局主持开发的MICAPS系统一直在不断更新升级，不断优化并加入科研前沿的工具和产品，使得整个软件系统越来越庞大。而教学单位由于各种因素不能及时对计算机硬件同步更新提高，导致学生在实验操作过程中出现软件系统卡顿，甚至中断现象，进而影响了学生实验操作的体验感和实际效果，也影响到教师的教学效果。

2 课程思考和改进措施

针对以上原因，笔者与学生进行了大量谈话、调研，并与相关专业教师进行探讨，提出以下关于“天气学分析预报综合实验”课程改进的措施：

2.1 打牢基础

加强“天气学原理和分析”的理论学习。虽然MICAPS系统可自动绘制天气图，但基础理论不扎实就理解不了天气图的绘制原理，而不亲自动手绘制出合理的天气图也不能真正掌握天气形势的演变过程。只有理解并正确分析出天气形势，才能明白MICAPS系统中各个系统工具的真正作用。学生基础不扎实，一方面在于学生未能真正掌握前期课程知识；另一方面由于天气形势的复杂性和天气资料的多样性，每位教师对同一个例的理解会存在偏差，特别是相关专业不同课程间(侧重点不同)，偏差可能会更大。建议相关课程的教师能集体备课，特别是“天气学分析”和“天气学分析预报综合实验”两门课的教师可以定期开展学科研讨会，交流教学心得，一起总结适宜的天气个例，将每个典型个例从不同角度进行总结，既能统一学生认知，又能从多方面加深学生的理解。这样通过相关课程在不同阶段对同样个例不同角度不同方式的讲解运用，即前期的理论讲解和后期的上机操作，让学生能真正吃透理论并将其运用到实践中来。

2.2 优化设计教学方法

针对学生基础知识薄弱的问题，课程前期可利用1—2学时带领学生手动绘制天气图。通过手动标注气象要素、手动分析地面(天气现象、锋面)和高空图(槽线、切变线)等方式，使得学生能迅速回顾天气学分析基本知识，打牢基础的同时又提高了学习效率。而课程后期学生学习兴趣的丧失主要由于学习方法单一，建议任课教师集思广益，改变授课方式。例如可采用“分小组比赛”等形式，让学生分小组合作，现场演练等，使课堂互动起来，既活跃了气氛，又增强了学习兴趣，而且学生合作可加强对重难点问题的理解。还可增加“模拟气象台实际操作”环节，让学生模拟真正的预报员进行天气会商操作，这样学生可以真实感受实际工作中的紧张感，明白娴熟运用专业知识的重要性。

此外，笔者建议大气科学专业可考虑将“天气学分析”和“天气学分析预报综合实验”两门课合并为一门课(目前两门课都是32学时，合并后为64学时或可适当调整，一个学期就可完成)，虽然这样的安排会导致学生在大三学年学习任务加重，但学生能够在熟练手动绘图后直接上机操作，一气呵成，减少了反复学习的时间，对于整体学习效率来说会提高很多。

2.3 改革考核方式

针对目前考核方式的不合理之处，建议组建“天气学分析预报综合实验”教学组考试题库。可与不同高校合作，集思广益，相关教学组所有教师应共同商讨筛选典型天气个例(可定期补充题库，最好能较全面涵盖所学内容)。虽然这门课是以小班授课方式进行，但建议期末考试可统一进行，这样不同班级考核难易程度相差不大，使得考核结果更具代表性。

另外，如果将“天气学分析”和“天气学分析预报综合实验”合并上课，建议将手动绘图放在平时的练习中，考核方式选择上机考试。因为大气专业对应的业务运用是要求熟练使用气象软件快速操作，学校应尽可能地培训学生适应工作的能力。

2.4 提高任课教师的专业素质

新引进的博士教师教学经验不足，特别是“天气学分析预报综合实验”的任课教师要先跟堂听课，每天要坚持听中国气象局组织的全国天气会商，经过有预报经验和教学经验的老教师考核后方可上岗。教学单位也应创造机会让新进教师到省气象台跟班学习，参与日常的预报工作，积累一定的实践经验，并定期与省市气象台预报员交流学习，使得任课教师能及时掌握天气预报的新方法，能更好地将理论和实践相结合。这样不仅能带来学习方法上的改进和创新，也能加强学校与就业单位的合作交流。

另外，建议学校在条件允许的情况下，组织任课教师带领学生到地方气象台站学习，形式如“暑期实践”和“冬令营”等，最好是在大三的假期进行。教师在带队过程中可加强和学生、台站预报员的交流，在学生实地实践操作时可清楚直接地了解到学生的弱项和需求，方便在教学中作出整改；另一方面学校这样做也可为学生就业创造机会。

2.5 加强学科基础建设

MICAPS系统在不断更新，从1994年的1.0版本到2016年的4.0版本(2019年已更新到4.5)，目前学校使用的版本还是4.0。4.5版本相对4.0版本要更加的精细化和智能化，对一些系统上的小缺陷也进行了修正，建议学校的气象实习台及时进行系统更新。另外，因为考虑到服务器功能等缘故，教学单位现存的教学数据是从2015年开始，时间较短，一些典型的历史个例没有相关数据，建议教学单位一方面更新大容量服务器，以便能保存较长时间的天气资料；另一方面可组建典型历史个例数据库，可与地方气象局合作，请各个气象局台站预报员提供，也可定期邀请有经验的预报员到学校给学生举办讲座，拓展学生眼界，这也是加强学校与地方单位合作的一个良好途径。

3 结语

“天气分析预报综合实验”是大气科学专业非常重要的一门专业课，也是该专业学生走向预报岗位必须具备的专业技能课，本文旨在针对课程中存在的问题提出改进措施，改善教学效果，提高学生专业素养。