双一流背景下硕士研究生“空间天气学”课程教学改革实践

汪四成，梅冰，方涵先，颜冰

[摘 要] 世界一流大学都有一流的研究生教育，硕士研究生处于科研事业的起步阶段，课程学习对于其今后发展至关重要。依据教育部发布的《学位与研究生教育“十三五”规划》以及作者所在院校的研究生课程教学指导理念，从教学设计、教学方法和考核方式三个方面对硕士研究生课程“空间天气学”进行了初步的教学改革实践，着力打牢学生专业理论基础，提升学生实践技能水平，培养学生的创造性思维，以期为相关课程教学改革提供经验。

[关键词] 硕士研究生;空间天气学;教学改革;双一流

[基金项目] 2019年度国防科技大学“双一流”教学改革示范课程建设基金项目（2019-2020）

[作者简介] 汪四成（1988—），男，甘肃嘉峪关人，博士，国防科技大学气象海洋学院讲师，主要从事电离层物理学研究。

[中图分类号] G643.2   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）44-0067-04    [收稿日期] 2021-04-16

一、引言

研究生教育作为国民教育的顶端，是培养高层次创新人才的主要途径，是国家人才竞争和科技竞争的重要支柱。没有强大的研究生教育，就没有强大的国家创新体系。19世纪初，德国通过创立人才培养与科学研究相结合的现代研究生教育模式，成为世界科技中心。20世纪初，美国创立现代研究生院，使其得以超过欧洲，成为世界科技和经济中心。世界一流大学都离不开一流的研究生教育，办学水平越高，科研实力越强，研究生教育的地位作用就越显著。改革开放以来，我国研究生教育实现了历史性跨越，为各行各业培养了一批又一批的优秀人才，为国家发展做出了突出贡献。如何进一步提升研究生教育质量，加快推进“双一流”建设，培养适应新时代的创新型人才，是当前摆在各高校面前的重要问题。

2020年7月，习近平总书记关于研究生教育做出重要指示：研究生教育在培养创新人才、提高创新能力、服务经济社会发展、推进国家治理体系和治理能力现代化方面具有重要作用。各级党委和政府要高度重视研究生教育，推动研究生教育适应党和国家事业发展需要，坚持“四为”方针，瞄准科技前沿和关键领域，深入推进学科专业调整，提升导师队伍水平，完善人才培养体系，加快培养国家急需的高层次人才。李克强总理作出批示指出，研究生教育肩负着高层次人才培养和创新创造的重要使命，是国家发展、社会进步的重要基石……深化研究生培养模式改革，进一步优化考试招生制度、学科课程设置，促进科教融合和产教融合，加强国际合作，着力增强研究生实践能力、创新能力，为建设社会主义现代化强国提供更坚实的人才支撑。

国防科技大学是国家最早开展研究生教育的高校之一，在研究生教育工作方面有着较为深厚的积淀，多年来不断探索研究生教育规律，创新研究生教育理论方法，人才培养质量稳步提升，为国家和军队输送了大量的优秀人才。在“双一流”建设背景下，国家对研究生教育提出新的更高要求。基于教育部发布的《学位与研究生教育“十三五”规划》以及我校的研究生课程教学指导理念，我校对硕士研究生课程“空间天气学”初步进行了教学改革实践。

二、课程情况简介

硕士研究生课程是从本科阶段的“学习知识”转变到研究生阶段的“创造知识”的重要桥梁，是学生个人科研事业起步的垫脚石，坚实的专业基础是科研创新的源泉。我校历来非常重视研究生课程体系建设，要求各学科专业基于学科内涵、学科基础和学科前沿，有针对性地开设高水平的研究生课程，鼓励开展跨学科教学，坚决取消“水课”和冗余性课程，不断强化课程教学对研究生人才培养的基础性支撑作用。

“空间天气学”是我校大气科学方向硕士研究生的一门选修课，一般在第二学期开设，主要讲授地球表面十几千米以上直至太阳大气的空间天气变化规律及其对空基和地基技术系统的影响。它是20世纪90年代发展起来的一门新兴学科，具有典型的、多学科交叉的特点[1]。随着科技的不断发展进步，人类活动越来越多地依赖各种天基和地基技术系统，而这些系统在灾害性空间天气事件面前却显得非常脆弱。美国、法国、德国、英国、意大利、俄罗斯、加拿大、瑞典、日本和澳大利亚等先后制订了自己国家的空间天气计划，积极开展空间天气业务服务。2002年，国务院批准中国气象局成立“国家空间天气监测预警中心”，标志着我国国家级空间天气业务服务的开始[2]。当前空间天气预报的水平估计相当于气象天气预报20世纪六七十年代的水平，远远满足不了国际社会对空间天气预报保障的实际需求，亟须大力推动空间天气研究和应用的发展。

从往年的选课情况来看，学生的本科专业背景是多样化的，有些学生的学科跨度非常大，空间天气方面的专业基础差异较大，客观上为课堂教學带来较大挑战，但也提供了宝贵的跨学科交流机会，有助于培养学生更宽广的跨学科视野。另外，选课学生的综合素质较高，乐于接受新事物，思维活跃，有一定的独立思考能力和自主学习能力，为本门课程的教学提供了良好条件。但个别学生的学习动机不够单纯，存在急功近利的情况，以快发论文、多发论文为第一追求，以是否与发论文有关系来衡量学习内容的重要性，对与发论文看似“无关”的内容兴趣不大，学习主动性不强，仅仅满足于取得课程学分。

三、教学改革方案

（一）教学设计改革

为了提升课程教学的针对性，教师在开课之前精心设计调查问卷，以学生为中心，了解学生所思所想。问卷内容主要包括选课的初衷、本科阶段的专业背景和知识结构、学习本门课程的预期收获、今后的研究方向和学术志向，以及毕业后的就业意向等方面的情况，力求获得丰富的学生思想动态信息，进而有针对性地设计课堂教学内容。

由于学生的空间天气专业基础差异较大，同时为了避免课堂教学出现“本科化”倾向[3]，确保基础好和基础弱的学生都有较大的获得感，在教学设计上将课程教学分为“强基”“实践”和“拓展”三个阶段。“强基”就是夯实空间天气专业基础，硕士研究生经过本科阶段的培养已经具备一定的自学能力，且自主学习时间要比本科阶段多，因此课程内容采用模块化和阶梯式的结构设计，利用思维导图为学生总结归纳出知识逻辑框架，便于学生课前预习和课后总结。教学方法采用线上线下混合的模式，课堂只对核心关键内容和重难点内容进行讲解，细节性的内容或者公式推导主要由学生在课下自主完成。这不仅有助于锻炼学生的自学能力，而且显著增加了课堂的信息量。“实践”就是强化实践教学。空间天气学是一门应用性很强的学科，以往的教学以教师理论讲授为主，存在不同程度的“重理论、轻实践”现象。本次教学改革中，将理论教学课时量进行压缩，增加实践教学内容，实现实践教学和理论教学有机结合、互为补充。实践教学内容以空间环境探测数据处理分析、空间天气经验模式和理论模式的调试运行、空间天气预报保障应用、经典文献精读与研讨为主，以问题设计与技能训练为明线，以思维培养和能力锻炼为暗线，着力提升学生的动手能力，培养学生的科研素养。“拓展”就是体现课程的“高阶性”，将前沿创新成果、前沿发展动态、新的研究方法和工具引进课堂，拓宽学生的学术视野，开阔学生的科研思路，通过探讨分析前沿创新成果，总结撰写文献评论，梳理归纳其主要内容、主要方法和主要贡献，训练学生的文献阅读能力、论文写作能力和语言表达能力，提升学生发现问题的敏锐力、学术成果的欣赏鉴别力，以及面对权威敢于批判质疑的能力。在学生具有一定的空间天气专业基础后，邀请本领域知名专家开展线上或线下的学术报告和交流。这一活动深受学生的欢迎，因为一个好的报告可能使学生对该领域迅速产生兴趣，较快地确定研究方向。在课程教学的最后阶段，设置专题式研讨任务和综合性实践项目，要求学生以个人或团队完成相关内容并在课堂上汇报、答辩学习成果，鼓励其他学生积极参与提问和讨论，教师给予恰当的点评和指导。

研究生课程教学中，教师在传授专业知识与实践技能以及培养学生科研素养的同时，还须加大对硕士研究生立德树人的培养教育，把价值理念、爱国情怀、责任担当贯穿在教育教学的全过程，引导学生紧盯科技前沿，脚踏祖国大地，以“板凳甘坐十年冷”的韧性潜心科研，淡泊名利，在自己领域做出一流的创新成果，并将成果运用到为国家和人民服务中去。

（二）教学方法改革

在“强基”环节，围绕“知识目标”展开，充分利用好课堂教学的主渠道，坚持每堂课都要出高效益。教师以学生为中心，站在学生的角度，围绕“学什么、为什么学、怎么学、怎么用”四个问题进行课堂教学准备，将授课内容按难度层层递进的方式进行模块化编排，为学生归纳梳理出知识框架和结构脉络，动态更新教学讲义、教学课件和参考资料，借助雨课堂平台将学习材料提前发给学生[4]，便于学生课前自学。学生原则上可随时随地学习相关内容，但由于碎片化时间无法保证高质量的、系统性的理论知识的获取，要求学生腾出较为大块的时间学习，并反馈学习中存在的疑惑和问题。教师根据学生反馈的意见及学生的学习进度，调整课堂教学重心，对学生没有疑惑的部分只需快速略讲，对存在问题的内容进行重点讲解。为提升学生课堂参与度，保持注意力，经常“在线”，教师通过设置和提问引发学生思考，帮助学生理解所学知识;通过布置随堂练习和课后作业，检验学生的学习效果。由于课堂教学内容的“高度浓缩”，学生需要在课下花费较多时间“消化吸收”。教学团队与选课学生建立课程学习交流群，教师在群里积极营造良好的学习氛围，分享学习资料和科研信息，主动监督学生的学习进度，及时解答学生的问题困惑，致力打牢学生的专业理论基础。

在“实践”环节，围绕“能力目标”展开，侧重电离层和中高层大气应用能力的培养。为了便于实践教学的开展，我们自主开发构建了空间天气教学训练平台。该平台嵌套了多个空间天气经验模式和理论模式、多个空间天气观测数据处理软件、多个编程软件工具以及空间天气历史观测资料数据库，可满足多名学生同时开展课程实践和科学研究的需求。充分利用该平台，按照“由易到难、由简到繁”的思路设置实践课题，力求使学生熟悉空间天气常用观测数据的基本处理流程以及常用空间天气经验模式和物理模式的调试运行，能够利用相关的编程工具和数学方法对观测数据和模式数据进行处理分析，总结提炼数据所反映的空间天气时空变化规律，引导学生利用所学知识对现象规律进行分析解释，加强学生对物理机制认识的深度和广度，进而对空间天气参数进行短临预报和中长期预报，利用预报评分系统对学生的预报结果进行打分。遴选本领域代表性的经典文献，带领学生一起精读和研讨，帮助学生加深对相关知识内容的理解，在此基础上，要求学生复述文献的图表和核心内容，尝试改进并提出自己的思路，达到提升学生动手能力和分析问题能力的目的。

在“拓展”环节，围绕“素质目标”展开，努力做到“学中研，研中学”，引入前沿理论成果、前沿学术动态以及新的科研方法和工具，拓宽学生的学术视野，提升学生的科研素养。设置专题式研讨任务和综合性实践项目，要求学生以个人自学、小组互动、班级合作等多种方式探究，采用专题式研讨教学[5]、探究型教学[6]、翻转课堂[7]等多样化的教学手段，充分发挥学生课堂主体的作用，引导学生独立完成课题分析与分解、团队组建和资料调研、课题方案设计和实施，以及课题汇报与答辩。在项目设置时，既要覆盖所学理论知识，又要充分考虑学生的个体差异，使每个学生都能结合所长，深度参与到课堂教学中来;鼓励学生结合自己本科专业知识背景，大胆表达自己的观点和展示自己的成果，积极进行跨学科的交流。教师在整个过程中主要起引导作用，和学生一起参与讨论解决相关问题，共同创造自由、和谐的学习氛围，获得较好的课堂效果。

（三）考核方式改革

在“双一流”建设背景下，对硕士研究生的课程考核须以能力考核为根本标准，应从专业基础、实践技能、课前自学、课堂表现、课后作业和成果汇报答辩等多方面、多环节进行评价。考核方法要灵活多样，注重过程性成绩的贡献，大幅减少终结性考试成绩的比重。这样能够有效调动学生学习的积极性，提升学生的课堂参与度，督促学生认真对待每次课，将功夫用在平时，而不是考前“临时抱佛脚”，学习效果将有较大提升。同时，师生要遵守“规则”意识，教师要事先明确告知学生考试方案和考核标准，按照约定的“规则”做好每次课平时成绩的记录，减少打分的人为性和随意性，为学生创造公平的学习和考试环境。

四、总结

教学是一项神圣的事业，不管教学经验多么丰富，对教学内容多么熟悉，选课学生人数多还是少，教师都要敬畏教学，认真对待课堂的每一分钟，认真对待每一名学生。研究生课程教学有别于本科生教学，本科阶段偏重基础知识的传授，而研究生教学在傳授专业知识和实践技能的同时，还要着力培养研究生的创新思维和科研素养。通过硕士研究生课程“空间天气学”的教学改革实践，学生的动手实践能力和解决实际问题的能力得到进一步增强，创新思维和创新能力有了进一步提升。本门课程结束后，部分没有相关专业背景的学生将“空间天气学”作为自己硕士研究生学位论文的研究方向。然而，“教无止境”，教学改革并不是一劳永逸的事情，更不是为了改革而改革，需要我们在教学实践中持续改进，迭代更新。

参考文献

[1]焦维新.空间天气学[M].北京：气象出版社，2003：01.

[2]王劲松，吕建永.空间天气[M].北京：气象出版社，2009：12.

[3]阳荣威，胡陆英.我国硕士研究生教育“本科化”倾向及其应对措施[J].研究生教育研究，2014（1）.

[4]张艳珠，野莹莹，刘义杰.基于雨课堂的研究生课程混合式教学[J].学科探索，2020（3）.

[5]杨波，唐荻音.研究生讨论课教学的探索与思考[J].电气电子教学学报，2020（6）.

[6]鄭燕林，秦春生.研究生课程“探究型-混合式”教学模式的构成与教学设计[J].现代远距离教育，2018（4）.

[7]刘璐.基于翻转课堂的硕士研究生课堂教学改革研究[J].现代商贸工业，2018（7）.

Teaching Reform Practice of Space Weather Course for Postgraduates in the Context of “Double First-Class”

WANG Si-cheng， MEI Bing， FANG Han-xian， YAN Bing

（College of Meteorology and Oceanography， National University of Defense Technology， Changsha， Hunan 410073， China）

Abstract： World-class universities all have first-class postgraduate education. Postgraduates are in the initial stage of scientific research， and course learning is essential to their future career developments. According to The 13th Five-year Plan of Degree and Postgraduate Education of the Ministry of Education and the guiding concept for the postgraduate course teaching of National University of Defense Technology， we have conducted preliminary teaching reform practice in the course of Space Weather for postgraduates from the three aspects of teaching design， teaching methods， and evaluation methods. This teaching reform mainly focuses on strengthening students professional theoretical foundation， improving their practical skills， and cultivating their creative thinking abilities， in order to provide experience for the teaching reform of related courses.

Key words： postgraduate; Space Weather; teaching reform; “double first-class”