“雷达气象学”网络课程建设

祝薇　黎伟标　杭建　韩永　颜炎

[摘 要] 网络课程是信息时代条件下课程新的表现形式，在当今的高等教育教学中越来越普遍，如何把网络课程做出特色和新意就显得尤为重要。粤港澳大湾区是我国现代化气象业务最为发达的区域之一，该区域拥有世界上最密集的新一代多普勒天气雷达探测网。利用粤港澳大湾区教学资源的特色和优势，构建基于粤港澳大湾区先进气象雷达探测网，以学生的创新能力培养为引领，实现“第一课堂”和“第二课堂”无缝衔接，着眼于科教融合等新特点的“雷达气象学”网络课程。该网络课程具有鲜明的区域特色和先进性，可以为新时期大气科学类拔尖人才的培养提供有力的支撑。

[关键词] 雷达气象学;网络课程;粤港澳大湾区;多普勒气象雷达网

[作者简介] 祝 薇（1963—），女，湖北武汉人，硕士，中山大学大气科学学院讲师，主要从事雷达气象学研究;黎伟标（1965—），男，广西梧州人，博士，中山大学大气科学学院教授（通信作者），主要从事台风研究。

[中图分类号] G642.4    [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）12-0077-04   [收稿日期] 2020-04-25

2019年2月中共中央、国务院印发的《粤港澳大湾区发展规划纲要》指出[1]，粵港澳大湾区要建设成为富有活力和国际竞争力的一流湾区和世界级城市群，成为高质量发展的典范，其中的重要内容之一是“推进世界一流大学和一流学科建设”“打造教育和人才高地”。由此可见，利用大湾区教学资源优势，建设具有湾区特色和世界先进性的课程，具有十分重要的现实意义。

就大气科学学科而言，粤港澳大湾区是我国现代化气象业务最为发达的区域之一，如何把这些气象业务现代化的优势转化为大气科学人才培养的优势，是地处大湾区的高校人才培养应该思索的重要问题。“雷达气象学”作为大气科学人才培养的重要核心课程，在大湾区拥有得天独厚的教学资源优势。到目前为止，粤港澳大湾区拥有由14部最新一代多普勒气象雷达构成的探测网，其密集程度为世界之最。珠三角地区目前正在构建由32部X波段相控阵双线偏振的气象雷达构成的现代化雷达探测网，这是放眼世界也前所未有、梦幻般的气象雷达探测网。随着互联网信息技术的发展，网络课程在当今的高等教育教学中越来越普遍[2]，通过网络课程的建设可以让现代化的气象雷达探测网的数据库融入课堂教学之中。本文充分利用粤港澳大湾区教学资源的特色和优势，构建基于粤港澳大湾区先进气象雷达探测网，以学生的创新能力培养为引领，实现“第一课堂”和“第二课堂”无缝衔接，着眼于科教融合等新特点的“雷达气象学”网络课程，旨在为粤港澳大湾区发展战略“打造教育和人才高地”添砖加瓦。

一、“雷达气象学”课程教学目前存在问题及网络课程建设意义

“雷达气象学”课程是大气科学类人才培养的核心课程之一，因为随着气象雷达日新月异的发展，天气预报和气象灾害的临近预警越来越依赖于气象雷达的探测。可以毫不夸张地说，如果没有经过“雷达气象学”的学习，学生毕业后就不能适应现代化的气象业务工作。近20多年来，气象雷达技术发展十分迅速，我国各相关高校中的“雷达气象学”教学尚未跟上雷达气象业务现代化的发展步伐。如何使得“雷达气象学”课程所讲授的内容，不与现代化的气象业务脱节，与时俱进地跟上日新月异的雷达气象发展步伐，是“雷达气象学”教学改革中亟待解决的重要问题。此外，如何在“雷达气象学”教学的教学中实现科教融合、培养学生的创新能力，也至关重要。随着我国气象事业的迅猛发展，特别是新一代多普勒天气雷达网的建立，目前单一的课堂教学方式，显然已无法满足学生不受时空限制对各种雷达回波进行分析研究的迫切需求。针对此种情形，新一代多普勒天气雷达资料分析的网络教学建设显得非常迫切和必要。因此，我们从雷达气象学课程出发，积极推进大气科学类专业课程改革，打造以学生的创新能力培养为引领，实现“第一课堂”和“第二课堂”无缝衔接，着眼于科教融合的“雷达气象学”课程新教学体系，对新时代大气科学拔尖学生培养具有重要意义。

新一代天气雷达资料分析网络课程建设是“雷达气象学”教学改革的着力点。根据中山大学“雷达气象学”教学大纲，除要求学生牢固地掌握雷达工作机理、气象目标的散射、雷达气象方程的理论之外，还必须熟练掌握对新一代天气雷达的各种天气现象回波资料的分析研究方法，特別是灾害性天气（冰雹、台风、龙卷、下击暴流等）雷达强度及速度回波的判断、分析、解释，从而达到对灾害性天气进行准确预报的目的[3]。显然，传统的纯课堂教学方法已不能满足气象业务发展的需求，也不能满足学生随时随地进行自主学习的迫切需要。我们发现，采用减少课堂理论教学学时，增加课堂资料分析实践学时的教学方法，学生虽然在回波分析实践上掌握得比较透彻，但无法深入运用理论原理解释雷达回波资料所呈现的现象，知其然而不知所以其然，这显然不符合我国对创新人才培养的理念，也不符合广东省高等教育“创新强校工程”的工作思路与要求，因此，理论学时不能减少。由于本科教学总学时数的限制，不可能无限增加课程的课堂教学学时，要解决这一矛盾，网络课程建设迫在眉睫。网络课程既是课程的补充，又是扩展知识的平台，学生通过网络教学平台，可随时随地对各类新一代多普勒天气雷达回波资料进行分析、学习、交流，从而加强对学生灾害性天气分析预报能力的培养。通过网络课程的建立，从教师层面来看，可从单纯的课堂教学延伸到课堂外，不受时空限制，教师与学生互动交流增加;从学生层面而言，知识的摄取时域从局限的课堂扩展到无限时空，充分发挥自主学习的优势，学生对感兴趣的主题有充足的时间进行深入的研究，并随时可在同学之间师生之间进行探讨，互相助进，深化理解，形成良性学习环境。通过网络课程的构建，可以设置课堂外的教学环节，实现“第一课堂”和“第二课堂”无缝衔接。

新一代天气雷达资料分析网络课程的建设，还可以实现人才培养过程中的“科教融合”和创新能力的培养。网络课程的学习可以培养学生自主学习能力，使得学生养成根据自己的需要主动决定学习内容和研究主题的习惯。学生对某个问题感兴趣，必会对这个问题查阅大量的知识，而这些知识仅有课堂教学是远远不够的，必须依靠学生自决自主学习获得。

二、“雷达气象学”网络课程的构成

“雷达气象学”网络课程的设计所考量的着眼点有以下几个方面：首先是对基于大湾区雷达探测网的现代化的雷达探测数据和雷达气象学的知识点进行有机结合;其次是充分利用雷达网探测数据库进行创新性的实践教学;再次是充分利用雷达网探测数据库设计课外教学环节，实现“第一课堂”和“第二课堂”无缝衔接;最后是充分利用雷达网探测数据库，在雷达气象的教学中，实施科研和教学融合，培养学生创新能力。

鉴于上述的考量，本网络课程由第一课堂教学模块、第二课堂教学模块以及学生成果展示和资源共享模块构成见上图。第一课堂教学模块中充分体现雷达气象理论知识和实际天气个例的融合，所设计的实验教学部分基于粤港澳大湾区雷达探测网的现代化的雷达探测数据，展示雷达气象学的理论在实际天气个例中的具体表现，使其更加生动和具有现实感，有些个例为学生亲历，教学效果大大提高。第二课堂教学模块基于粤港澳大湾区雷达探测网的观测数据库，精选出一些典型的灾害天气个例，这些个例涵盖了大湾区频发的台风、暴雨和强对流天气等气候类型，如果授课期间正在发生灾害性天气就更好。针对这些个例，学生们成立不同的研习小组，利用雷达气象学的知识对这些灾害性天气的特征和机理展开分析，进行课外的研究性学习，实现“第一课堂”和“第二课堂”无缝衔接，充分体现了“科教融合”的现代教学理念。为了便于学生们的课外互动和交流，本网络课程还设置了学生成果展示和资源共享模块，这个模块的设立，大大提高了学生们自主学习的积极性，活跃了“雷达气象学”课程的教学气氛，从时间、空间和多维度上延伸了“雷达气象学”的教学。可以说，上述模块化网络课程的设计，符合当前网络课程发展的理念和潮流[4，5]。

三、基于粤港澳大湾区雷达网的网络教学平台建设

为了实现上述三个模块的“雷达气象学”网络课程的设计目标，我们基于粤港澳大湾区雷达网对“雷达气象学”的网络教学平台进行了建设。

至关重要的是“雷达气象学”课程教学体系的革新，主要是要实现理论教学、实验教学和现代化雷达探测体系的有机融合。我们在多年专业教学经验的基础上，结合当前我国气象事业发展形势的要求，在2013年对“雷达气象学”教学大纲进行了全面调整，将课程大纲由原来单纯54学分的纯属理论教学体系改革为18学时理论+36学时实验的课程体系，加大了实验环节。我们设计实验及研究性项目10余项，包括新一代多普勒雷达基数据读取、雷达产品生成系统、雷达工作站终端的设置及相关操作、新一代雷达暴雨回波资料分析、新一代天气雷达冰雹回波资料分析、新一代天气雷达台风回波资料分析、雷达灾害性天气综合分析及预警预报、雷达资料质量控制、雷达资料的同化、风场反演等。实验及开放性研究的要求有必做项目也有自选项目，以达到优秀学生有自主创新的空间。学生通过这一系列的实验，能够培养独立思考和发现问题解决问题的能力，激发研究学习热情，更加熟练掌握新一代天气雷达回波资料在天气预报特别是灾害性天气预警预报中的作用及应用方法。

“雷达气象学”网络课程硬件和软件的支撑是网络平台建设。网络平台建设主要包括第一课堂教学模块、第二课堂教学模块以及学生成果展示和资源共享模块（见上图1）。建设的目标是充分利用粤港澳大湾区教学资源的特色和优势，构建基于粤港澳大湾区先进气象雷达探测网，以学生的创新能力培养为引领，实现“第一课堂”和“第二课堂”无缝衔接，着眼于科教融合等新特点的“雷达气象学”网络课程。

第一课堂教学模块由理论教学、实验教学二个分支组成。此模块主要内容有教学和要求、参考书目、现代化雷达探测网数据库、习题、实验项目等。此部分关键点在于网上教学内容的设立，并方便教学内容的更新。它既有别于课堂教学，又要与教学大纲相联系且要符合网上教学特点。为此，我们舍去了课堂上能够讲透的理论部分，如雷达的工作机理，气象目标对雷达电磁波的散射，大气、云、降水粒子对雷达波的衰减，雷达气象方程，超短波在大气中的折射，雷达探测能力和准确度，脉冲多普勒天气雷达探测原理等内容，而重点教授新一代天气雷达回波的识别和分析方法、新一代天气雷达探测对流云、新一代天气雷达探测强风暴、新一代天气雷达探测暴雨、新一代天气雷达探测台风、新一代天气雷达探测锋面系统等应用性方面的知识。此模块主要是通过简洁的界面配备大量的新一代天气雷达回波资料的讲解、习题练习，使学生能够根据兴趣和需要随时随地通过网络学习相关知识。

第二课堂教学模块则涵盖了基于粤港澳大湾区雷达网探测精心挑选出来的典型的灾害天气个例数据库，这些个例数据库涵盖了大湾区频发的台风、暴雨和强对流天气个例。随着探测数据逐年增加，这些个例会不断更新，甚至可以包括授课时段正在实时发生的气象灾害个例。有了这些气象灾害的网络数据库之后，学生们根据个人兴趣针对这些个例分成若干课外研究小组，由相关教授、副教授们组成的课外指导师资团队进行课外指导，运用雷达气象学以及天气学相关知识展开课外研究性学习，并组织课外的科研竞赛活动，实现“第一课堂”和“第二课堂”的无缝对接。

四、“雷达气象学”网络课程教学平台的质量控制

我国高校网络教育目前處在一个十分重要的发展时期，面临的压力与挑战会越来越多[6]。如何对网络教学平台进行质量控制也是众多学者研究讨论的课题之一[7]。

我们对新一代天气雷达网络教学平台的网络教学质量控制，主要集中在三个过程，它们是课程网络教学平台的整体设计使用过程、以任课教师为主导的教学活动过程、以学生层面为主导的学习探讨活动过程。三者既独立又有不可分割的联系和制约，同时，由于网络的特点，上述三者不仅贯穿于课程在正常教学学期的开始、进行和结束时段，而且涵盖课程教学学期以外的任何时间。

参考文献

[1]中共中央，国务院《粤港澳大湾区发展规划纲要》[J].中华人民共和国国务院公报，2019（7）：4-25.

[2]楊维东，董小玉.高校网络课程建设的困境与优化路径[J].中国高等教育，2019（10）：48-50.

[3]]张培昌，杜秉玉，戴铁丕.雷达气象学[M].2版.北京：气象出版社，2011.

[4]蒋平.美国高校网络课程发展的后现代知识型特征分析[J].比较教育研究，2018，40（8）：108-114.

[5]蒋平.中国高校网络课程发展的后现代知识型特征分析——以知识转型内在制度逻辑为指引[J].中国职业技术教育，2018（23）：48-57.

[6]祝薇，郭丽青，黎伟标.一流大学背景下大气科学专业课程改革探研[J].高教探索，2015（1）：87-89.

[7]薛云.高校网络教学过程质量控制与管理研究[J].国内高等教育教学研究动态，2015（1）：11.

Abstract： Network course is a new form of course teaching under the condition of the information age， and it is becoming more and more common in the cultivation of talents in higher education today. How to make network course special and new is particularly important. Guangdong-Hong Kong-Macau Greater Bay Area is one of the most developed regions in Chinas modern meteorological operations， and the region has the most dense and latest generation Doppler weather radar detection network in the world. This paper makes full use of the characteristics and advantages of Guangdong-Hong Kong-Macau Greater Bay Area teaching resources to construct an seamless “first classroom” and “second classroom” based on Guangdong-Hong Kong-Macau Greater Bay Area advanced meteorological radar detection network and guided by the cultivation goal of students innovative ability. The network course of Radar Meteorology focuses on the integration of science and education， and has distinct regional characteristics and advanced nature， which can provide strong support for the cultivation of top talents in atmospheric science in the new period.

Key words：  Radar Meteorology; network course; Guangdong-Hong Kong-Macau Greater Bay Area; Doppler meteorological radar network