大气科学类专业“临近和短时天气预报实习”混合教学模式构建探索

侯瑞钦 钱代丽 唐卫亚 郭志荣 龚建福

(南京信息工程大学 大气与环境实验教学中心，江苏 南京 210044)

0 引言

在全球气候变暖的背景下，极端天气频发，极易造成严重的经济损失和人员伤亡。强对流天气一般是指雷雨大风、冰雹、龙卷风、短时强降水等天气，具有突发性、局地性、灾害重、影响大等特点，是天气预报业务中的重点和难点[1]。中国从2004年开始逐步开展强对流天气的短时临近预报业务，2009年3月国家气象中心成立强天气预报中心，组建了首个专门强对流天气预报队伍，专门负责强对流天气预报，内容包括0-12小时的短时预报、0-2小时的临近预报及预警[1]。我国的强对流天气业务经过多年发展已经逐步完善，目前主要的业务工作为强对流天气的分类监测、预报及预警服务。在整个业务发展过程中，全国气象部门包括气象台站、民航等部门都急需相关专业人才储备，即使到现在，该专业的气象人才仍需求广泛。

南京信息工程大学作为“现代气象人才培养的摇篮”，学校秉承“重基础、强实践、力创新”的教学传统，在“主动融入、主动接轨、主动服务、全面服务中国气象事业”战略基础上，于2009年开始筹建面向大气科学专业的强对流天气综合实践课程——临近和短时天气预报实习，目的是让学生巩固中尺度气象学、雷达气象学和卫星气象学等基本原理，掌握临近和短时预报业务流程，培养学生初步从事临近和短时天气预报业务的基本能力，具备从事强对流天气理论和预报技术研究的基础[2-3]，为我国储备更多具有实践应用能力的高素质综合型气象人才，以满足业务需求。

随着“互联网+”的不断发展，各种名校公开课、精品资源共享课，慕课、微课等不断丰富着教学资源，并逐步改变传统的授课方式。在线课程具有时间灵活、空间自由及经济性等特点[4]，可以满足不同受众对象的学习需要。当前，全国开设大气科学专业的高校有10余所[5]，除南京信息工程大学外，较少学校专门开设针对制作临近和短时天气预报的实训课程，更是缺少相关线上学习资源，因此本门课程的线上课程资源构建，对现代气象人才的培养具有重要意义。

1 课程建设基础

南京信息工程大大学是国家“双一流”建设高校，大气科学专业学科评估全国第一，并且拥有国家级教学示范中心、国家级虚拟仿真实验教学中心及国家级校外实践教育基地，这些都为实践课程的开展提供了专业支撑和保障。学校组建了具有多年执教及丰富预报经验的教学团队，有效保障了预报实践教学的正常开展。2017年，通过总结、梳理和完善教学内容，编写并出版了国内首部面向本科强对流天气预报教学的教材《临近和短时天气预报教程》[6]。从2012年开始集中授课至今，已培养学生2 000多名，取得了较好的教学效果，并积累了丰富的教学资源，为线上课程建设及混合教学模式的开展打下良好的基础。

2 课程建设

目前在线课程国内外应用主要有两种模式——纯在线教学和线上线下混合式教学模式[7]。由于“临近和短时天气预报实习”课程设计实习时间为1周，而强对流天气发展机理复杂，不同类型强对流天气预报是气象业务预报中的难点，实习期间所涉及内容包括天气学分析基础、典型天气过程、卫星气象学、雷达气象学及气象部门预报业务规范等，学生实习时间短，任务重，所以选择混合式教学模式[8-11]。这样学生可以在课前通过在线课程完成相关基础知识的学习并了解基本实习步骤，课堂上指导教师将有更加充足的时间组织集中的预报实习及问题讨论，有助于学生对本门课程内容的全面理解和掌握，提高其预报水平。

2.1 在线课程构建

本门课程依托学校教务处的超星泛雅网络教学平台[12]，通过线上平台提供丰富多样的教学资源，如PPT、视频、文本等，主要目的是希望学生课前通过教学视频及所给附件资料等在线资源自主学习掌握知识点，教师在课堂主要通过组织各种任务性实习活动，如灾害性天气案例预报经验研讨、个人实习成果展示、小组讨论等帮助学生内化所学，将碎片化知识系统化[13]，可以在较短时间内帮助学生掌握我国不同地区的强对流天气的特征及预报经验，提高其预报水平和能力。

课程主页如图1所示。课程内容设计主要包括三个基本模块：课程学习模块、拓展学习模块及讨论答疑模块，具体如图2所示。

图1 “临近和短时天气预报实习”课程主界面

图2 “临近和短时天气预报实习”在线课程结构图

2.1.1 课程学习模块

此模块主要由课程教师团队依据教学大纲建设完成。线上课程内容设置以现代气象业务需求为导向，根据预报员的工作思路和流程设计单元内容。课程内容主要包含课程介绍，我国短临预报业务与平台介绍、短时天气预报、临近天气预报及预警信号制作等六部分内容。每个单元有若干章节，每个章节以文档及视频方式让学生循序渐进地学习相关知识。此外在每个章节以附件形式提供部分实验数据及软件，给出具体实验要求及步骤，引导学生一步一步完成基本实验内容，锻炼学生动手能力和探索精神，让学生作为教学主体通过实践参与到自我构建知识体系当中。以临近预报内容为例(见图3)，共包括五个部分的内容，其中第一部分为临近预报基础，主要以PPT形式介绍了临近预报的基本含义、预报方法及预报用语。第二到第四部分结合不同类型强天气的不同特征，归纳总结了当前我国几类强天气的临近预报的预报思路和预报员总结的一些预报经验及预报着眼点。最后一部分挑选了一个典型天气案例设计了实验要求和步骤，并提供气象数据资料，学生可根据本节所学知识自行有针对性地练习。

图3 “临近预报”在线课程内容

2.1.2 拓展学习模块

中国地理地形复杂，强对流天气区域性特点明显，各地均有自己的预报经验和指标。为贴近业务需求，课程将设置预报员教学模块，计划邀请行业内5—10名各地强对流天气预报权威专家针对地方性强对流天气特征及最新预报方法手段等进行讲解，并通过视频方式扩充线上教学资源，让学生尽早了解全国各地不同的强对流特点及预报经验，尽早掌握实际业务技能。

此外，课程鼓励学生自己动手收集整理典型强对流天气案例，教师可不定期组织相关竞赛活动，评选出优质案例丰富线上案例库，以此激发学生创新性学习兴趣，提高其能动性和动手能力。

2.1.3 讨论答疑模块

讨论区由教师答疑与学生讨论组成，学习者可随时提出与课程相关问题，教师进行在线答疑。学生也可针对感兴趣的对流天气过程案例或者正在发生的全国范围内的强对流天气过程中的问题与教师或同学进行交流讨论。此环节的设置增添了学习趣味性，有助于调动学生主动性，加深对知识点的理解。

由教师、业务一线工作人员及学生共同参与构建网络在线资源，不仅能够保持“训练素材鲜活性”，还能将行业内最先进的天气预报手段和方法第一时间引入课堂，将业务培训和基础实验结合起来，使得学习者能够直接接触气象部门最新技术，毕业后能够较快进入业务部门参与实际工作。

2.2 线下课堂的实施

课前学生通过在线课程的学习，课堂上不再以教师讲授知识为主[14-17]。本课程引入“案例教学法”，课上强调以练为主，讲练结合的方式进行教学，学生边想边练，通过逐步摸索实践、验证总结，逐渐构建知识体系，较好地实现了从“传统讲授”到“构建主义”转变。教学过程中，采用与业务同步的平台和设施(如气象综合信息处理系统MICPAS，FY4卫星资料接收处理系统，中国气象局卫星广播系统CMACast等)，优选发生在我国的典型强对流天气过程作为教学案例(如2008年7月湖北的暴雨，2011年7月、2014年9月28日江苏的雷雨大风、冰雹等强对流天气，等等)，以1—2次天气过程为主，通过逐步释放天气过程历史数据，全真模拟气象台业务环境，通过数据图表分析、小组会商讨论、教师辅助点评纠正等逐步完成学习任务，初步建立气象台站制作短时、临近预报及预警信号制作的思路。线上案例资源也可作为课后巩固练习。案例教学中鼓励学生在个别天气案例中发现问题，总结预报经验，以达到以点带面、触类旁通的目的。

南京信息工程大学气象台与现代气象业务无缝接轨，学生在完成所有课程学习后，可利用气象台实时气象数据，针对全国范围内实时发生的强对流天气进行预报实习，通过值班教师指导，能够进一步巩固所学，并大大提高预报业务能力和水平。

2.3 考核评价

线上线下教学结合的教学模式不再以期末考试作为成绩评价的主要依据。线上每个学习单元最后一节为教师精心设计的综合实验，学生完成课程相关知识学习，并根据所提供的实验数据完成实验报告，报告内容可作为本门课程平时成绩(占40%)。课程期末成绩考核，教师随机抽取历史强对流天气案例，精心设计考核要求及内容，力求涵盖教学大纲主要知识点，以分析报告形式当堂完成提交，根据考查报告完成情况评定最终成绩(占60%)。考核过程均模拟气象台站实际短临预报内容及业务流程，能够全方位真实考核评定学生综合素质。

2.4 课程特色及创新点

本课程以业务为导向，全真模拟气象台业务环境，将业务培训转化为实验教学内容，可帮助学生尽快融入现代气象业务工作。以问题为牵引，灵活运用强对流天气典型案例，通过“翻转课堂”引导学生积极思考归纳，乐于实践，提高教学效果。以思维训练为目标，注重学生专业技能与创新能力的培养，提升学生综合实践能力。

课程构建过程中实现了教学理念的转变，从“以师为主”转变为“以生为主”。强调以练为主，讲练结合，自我发现，逐步构建知识体系。教学方法实现从“灌输填鸭”到“启发探究”式转变。未来将进一步依托本校国家级虚拟仿真中心资源[18]，力求将开放实验室与合作省市气象台实践场所相结合，达到“身临其境”“紧贴气象业务”“提高知识吸收效率”的目的。

3 结语

基于网络在线课程体系，一方面教师通过网络共享教学大纲、教学计划及教学内容；另一方面通过业务一线从业人员及相关行业专家及学生共建教学资源库的方式，不仅可以满足各高校学生课程学习需求，还可以为大学生相关创新创业及竞赛活动提供支撑，甚至可以为气象相关从业人员及新进教师或者感兴趣的个人提供相应训练。“在线课堂”能突破地域及时间限制，支撑学生自主学习及个性化探究学习，学生可灵活利用自己的碎片时间随时随地学习，且具有可重复的特点[12]。混合式教学方式可以较好地解决本门课程涉及知识点多、课时短、学习难度大等问题，同时加大了授课的广度和深度，使得授课方式更加多元化，也大大提升了学生的学习兴趣、自信心及自主学习能力。