“航空气象”课程教学设计与实践

张 潮，李昀英，黎 鑫，李 娜

（国防科技大学气象海洋学院 湖南 长沙 410073）

航空气象学是研究气象条件同飞行活动和航空技术之间的关系，航空气象保障的方式和方法，以及飞行器在地球大气层中飞行时的气象等问题的一门学科，属于应用气象学的一个分支，是大气科学类学生的专业选修课程之一。从历年的统计数据看，由于气象原因造成的飞行事故占到了事故总数的三分之一，因此气象保障对于航空安全来说非常重要[1]。“航空气象”这门课程旨在让学生掌握大气环境对飞行活动的影响，培养学生将专业基础知识应用到具体的工作实践中，形成实施航空气象保障的能力。随着当前民航及通航领域的发展，航空气象保障的范围逐渐拓展，越来越多的飞行活动急需更加专业的航空气象保障，因此，提高航空气象课程的教学水平，紧跟航空技术的发展也就有着重要的意义。

1 “航空气象”课程特点

“航空气象”课程在国内外高校的教学中已有悠久的历史，但在不同学校又有一定的差别。与国内其他民航类院校相比，国防科技大学气象海洋学院的“航空气象”课程无论是培养目标还是讲授方式都具有鲜明的特色。首先，课程面向的对象不同。本课程主要面向大气科学专业气象海洋预报方向的学生，其将来任职的主要方向之一是机场气象台站的预报员。但在民航类院校，课程更多的是面向空管人员、签派员及飞行员，两者的对象明显不同。本课程根据学生任职方向的特点，需要提供航空气象保障相关知识，帮助其初步了解岗位工作任务。其次，学生的知识背景不同。气象海洋学院的“航空气象”课程是在学生大四年级秋季学期开设，学生在前面三年的学习过程中先修课程包括“动力气象”“天气学原理”“大气物理”“大气探测”等，具备了相对完善的气象基础理论知识，但对飞行专业知识了解较少。而民航类专业的学生，在学习“航空气象”课程时并不具备气象专业基础知识。

另外，从“航空气象”课程本身来说，其特点可以概括为三个方面。一是知识结构完善、覆盖面广、逻辑性强。本门课程的内容不仅仅包含了基础气象知识，也包括简单的飞行知识，同时覆盖了多种航空危险性天气，课程知识从易到难，从基本气象要素对飞行的影响到具体的天气条件对飞行的影响，层层深入，具有很好的逻辑性。二是课程应用性强。本门课程的主要目的不是为了讲授具体的气象学原理，而是强调将气象学基本理论运用到航空气象保障或服务当中，注重培养学生分析问题解决问题的能力。三是课程知识延伸性强。航空气象除了作为本科学历教育阶段的教学模块，也可以进一步提炼内容适用于任职培训专业课程[2]；同时，课程知识点可以与最新的时事内容结合，比如飞机颠簸可以结合空中加油等内容拓展，具有较强的延伸性。

2 “航空气象”知识板块设计

2.1 气象及飞行基础知识板块

气象及飞行基础知识板块主要包括两部分内容，一是航空大气环境，二是飞行原理。航空大气环境主要介绍地球大气环境的基本构成，重点包括标准大气以及大气的垂直分层结构。标准大气是垂直方向上温度、气压、密度按一定假定规律分布的模式大气，是对中纬度地区真实大气的概略表征，对飞行器设计、飞行仪表的标定有重要意义。飞行原理部分包括飞机的结构组成、飞机飞行中的受力分析以及影响飞机升力阻力的气象因素。该知识板块是航空气象课程的基础，是为了学生进一步学习气象对飞行的影响进行必要的铺垫。在教学中，需要根据学生特点灵活设计，也可利用互联网相关慕课视频资源，加深学生的理解。

2.2 气象影响理论知识板块

气象影响理论知识板块主要介绍气象要素以及天气变化对航空活动的影响，探讨如何在航空活动中对气象的影响做到“趋利避害”，是整个航空气象课程的核心内容。根据知识的难易程度和内在逻辑结构，突出讲授内容的完整性和独立性，可以再将该知识板块分为六个章节。

第一章主要介绍常规气象要素对飞行的影响。实际的大气环境每时每刻都在发生变化，其变化可以通过不同的大气物理量来表征，最常见的是大气的温度、压强、密度，不仅仅会影响到飞行仪表示度的准确性，也会影响到飞机的性能，包括起飞及着陆滑跑距离、载重量、升限、飞行速度等，这部分内容从基础的气象要素出发，将学生带入简单的飞行情景中，一方面激发了学生学习的兴趣，另一方面也凸显了气象与飞行的联系。此外，考虑到风对于航空安全有较大的影响，因此需要以专门的章节来讨论，其内容可以包括均匀、定常的风对于飞行起飞及着陆的影响，风对于飞机航程、活动半径等的影响，该部分内容层层递进逐步深入，符合认知的一般规律。除了大气基本的物理状态变化，不同的天气条件变化对飞行的影响也不同，特别是几种危险性天气，如低空风切变、飞机颠簸、飞机积冰、雷暴等，每一种危险性天气的形成原因不同，对飞机的影响原理也存在较大差别，可分别按内容设为一章。

从内容上看，气象影响理论知识板块是对气象及飞行基础知识板块的承接和延伸，教学设计上应注重引导学生思考气象为什么会影响飞行，提示学生关注气象要素变化的时候，飞机的受力如何变化，从原理上进一步理解气象对飞行活动影响的物理机制。以飞机颠簸为例，飞机受到大气湍流的作用时，简化考虑向上的垂直阵风作用在飞机上，飞机原本的升力和重力处于平衡状态，而垂直阵风会改变飞机空速，从而改变飞机的迎角，引起升力突然增加，最终就表现为飞机在垂直方向上姿态和高度发生改变，产生颠簸。通过类似的分析不仅能够让学生充分理解气象要素及天气变化对于飞行状态的影响原因，更重要的是培养学生分析问题的能力。

2.3 航空气象保障知识板块

航空气象保障知识板块在知识结构上是对前面两个知识板块的综合拓展和深化，在能力培养上是对学生的进一步提升。学生通过学习已经掌握了基本的气象影响理论，那么如何将知识转化为具体的工作能力，是本知识板块的重点。这一部分的内容主要包括航空气象情报、航空天气预报的制作、航空气象保障的一般流程和组织实施方法，更加强调了对信息的搜集处理能力，知识的整合能力以及对问题的分解能力。面对具体的保障问题，根据实际保障流程进行教学，让学生详细体会保障过程的各个环节，充分理解航空气象保障的方式方法。

3 “航空气象”教学方法

不同的航空气象知识需要通过恰当的方式去呈现才能取得较好的教学效果，在本门课程的实践过程中，也总结了几种较为实用的教学方法。

3.1 采用典型事故的案例式教学

“案例教学法”指的是通过对一个含有问题在内的具体教育情境的描述，引导学生对这些情境进行讨论的一种教学方法和教学范式[3]。在“航空气象”教学中引入案例教学法，以典型的气象因素造成的飞行事故案例为素材，将学生带入相应的情景中，分析飞行事故产生的原因，分析气象因素对飞行的重要影响，不仅可以激发学生的学习兴趣，也容易加深学生对气象会严重影响飞行这一问题的理解，不但学习了理论，而且对学生将来从事飞行保障提供了思路和参考。

例如在讲授“低空风切变”这一内容时，选取了一次典型的由风切变造成的事故案例。在引入环节，首先对事故的发生经过进行回顾，让学生有一个清晰、全面的了解，并对事故有一个深刻的认识。其次，通过历史照片和事故前后的气象雷达回波图像、卫星资料及天气图，模拟事故调查过程，让学生参与其中，引导学生发现造成这一事故的气象因素，即低空风切变。在找到低空风切变这个“元凶”之后，同学们对它带来的危害也就有了强烈的印象，通过进一步讲授低空风切变的概念及分类，层层递进逐步讲解低空风切变对飞行的影响，最后介绍如何在日常业务工作中判断低空风切变保障飞行，帮助学生建立关于低空风切变从现象到本质的完整知识框架。

3.2 应用雨课堂的线上线下混合教学

随着互联网技术的发展，教育教学的手段也进一步丰富和发展。2017年发布的《国家教育事业发展“十三五”规划》中提出要发展“互联网+教育”，倡导新媒体技术与课堂的深度融合。自2020年以来，本课程基于“雨课堂”也进行了在线教学实践和线上线下混合教学实践。传统课堂上，学生会有注意力不集中的情况，如果要想取得较好的互动效果，主要依靠不停地提问来牵引学生思考，但一个问题一般让1~3名学生进行回答，而在雨课堂里可以通过发布问题，让所有学生都参与进来，并且可以看到每一名学生的答题情况，这就大大提高了学生的课堂参与度。另外，也可以将现在学生普遍喜欢的弹幕方式应用到课堂中，学生在课堂上有不懂的地方会及时地通过弹幕反馈出来，而老师可以根据学生的反馈调整自己的讲课节奏或者重点答疑解惑，达到较好的教学效果。此外，在课堂教学活动开始之前，通过网络将教学资源和学习资料提前推送给学生，由学生根据自己的时间安排和学习进度了解相关知识，增强学生自主学习能力[4]。经过两年的课程实践，统计结果显示65%以上的学生会提前学习老师发布的预习课件，82%以上的学生会在课后对课件进行复习，90%以上的学生认为线上线下混合式教学的方式更容易接受，有助于课程学习。

3.3 结合热点问题的研讨式教学

在航空气象的备课过程中，教师可以时刻关注航空领域最新的新闻和信息，通过新鲜热点的问题，进一步提高学生的兴趣。

2022年冬奥会，融入了大量的气象“黑科技”，保障了奥运会的成功举办，其中一些最新的仪器和设备与航空气象的教学内容密切相关。比如，冬奥会期间在国家跳台滑雪中心安装了西南技术物理研究所开发的FC-III型激光测风雷达。该雷达最先应用的场景其实是机场，目的是为了测量飞机下滑道上的低空风切变，从而为飞机起飞和着陆提供预警信息。因此，可以由冬奥会这一年度热点，提出关于低空风场测量的问题，引入国产最新的激光测风雷达，介绍其在航空气象保障领域的运用和发展。一方面借助奥运会的新闻热点，激发了学生学习的兴趣；另一方面，引入国产新型激光测风雷达，也提高了学生对国产装备的关注度，并通过介绍其在低空风切变探测领域发挥的重要作用，进一步增强学生对于课程内容的理解[5]。

2022年5月，京东航空获批引进3架B737货机，京东航空也成为江苏省首家本土货运航空。结合这一事件，可以进一步与学生一起探讨航空气象保障的相关问题。比如，B737货机携带的货物重量是否与气象因素有关？保障货运飞机需要重点关注哪些气象要素？通过结合这样的热点问题，发挥学生的主观能动性，帮助学生理解气象要素对飞机性能等方面的影响，从而认识到航空和气象息息相关，航空气象所学习的知识也是与生活紧密结合的。

4 结语

本文分析了“航空气象”课程的特点，并从课程知识点的前后联系以及知识体系逻辑关系的角度进行了梳理，构建了三大知识板块，另外根据课程实践探讨了几种较为有效的教学方法。“航空气象”作为大气科学类学生的一门专业课程，具有鲜明的应用导向，尽管近几年教学团队取得了一定的教学效果，但如何更好地培养学生将气象知识应用到具体的航空气象保障中，以及面对日益频繁的飞行活动如何更有效、快速地培养航空气象专业人才，还需要更加深入的思考和实践。