基于信息化视角的校园气象科普教育实现路径探讨

杨 华，杨亚利 ，周晓丽，吴 毅

1.铜川市气象局，陕西铜川 727000； 2.铜川市中草药气象服务研究中心，陕西铜川 727000

气象科普是向公众普及气象防灾减灾和应对气候变化知识、增强公众风险意识和自救互救能力的重要手段[1]。在气候变暖的背景下，海平面上升、北极海冰和永冻土融化、高原积雪消融，极端气候事件增多，极端天气气候事件发生的频率和概率增加，极端天气对各行各业和人民群众安全的影响日益加剧，公众对气象科普的多元化、差异化需求进一步增加[2-3]。

随着互联网、大数据、人工智能等信息技术的快速发展，微博、微信、短视频等新媒体和VR虚拟现实等方式为公众喜闻乐见，公众获取信息方式发生了显著变化。当下，气象科普需要适应信息化、数字化、智能化的发展趋势，运用互联网、大数据、人机交互等信息化手段，丰富气象科普的内容与形式，提高公众对气象科普的认知度、关注度和满意度，使气象科普可参与、可体验，帮助公众更好地理解气象知识、用好气象信息、提高防灾减灾意识和能力。

校园气象站是气象科普进校园的一大品牌，也是各类中小学科普教育研究创新的亮点。截至2017年年底，全国各地建成1 000多个校园气象站[4]。许多学校将气象科普融入学校科技教育，通过建设人工或自动气象监测站、成立气象科技兴趣小组、开展气象科普活动，开阔学生视野，激发学生学习自然科学的兴趣和热情，有效普及气象科学知识和气象科学方法，使其掌握应对气象灾害的保护措施，为推进气象科普信息化提供了实践经验。

立足科普信息化的新视角，从信息化支撑、校园气象科普教育的内容开发、校园气象科普的实践活动设计等环节入手，探讨了以校园气象站为中心的校园气象科普教育实现路径，旨在增强校园气象科普教育效果，为推进气象科普信息化技术升级和传播理念更新提供思路。

1 校园气象科普教育的信息化支撑

基于校园环境，按照可感知、可参与、可互动的目标，利用地理信息系统、气象灾害监测技术、预警发布技术、数据共享技术，为校园气象科普教育提供信息化支撑，同时保障安全校园建设。校园气象科普教育的信息化支撑，概括为监测、预警、教学3项功能。

1.1 校园气象监测系统

校园是人员密集场所和公共场所，也是气象监测布局的重点区域。通过在校园建设气象灾害监测系统，既可满足学校气象科普的需求，又可提高气象监测预警能力。

校园气象监测系统包括自动气象站、环境监测、负氧离子监测等气象环境要素监测。自动气象站的基本配置采用四要素（温度、风向、风速、雨量）、六要素（气温、气压、相对湿度、风向、风速、雨量）等监测设备[5]。技术上采用先进的气象传感器、数据采集器、控制处理器、GPRS无线传输等。环境监测、负氧离子监测系统，使用专用传感器可自动采集空气中PM2.5浓度数据、负氧离子浓度数据，实现对校园环境质量的综合监测。

各类气象监测数据通过无线GPRS方式传送回服务器中心数据库，存储数据可用于监测预警、教学、科研分析等。学生可在辅导员的指导下，观测、记录气象要素，并分析数据的变化规律。

1.2 校园气象预警信息发布系统

校园气象预警信息发布系统兼有预警发布、科普传播的双重功能。校园气象预警信息发布系统在结构设计上采取“云+端”模式，建立校园预警信息管理平台，对预警信息和发布终端进行数字管理。发布终端主要包括校园广播、校园电子显示屏2种。其中，校园广播依托计算机网络、工业级电源模块、GPRS通讯模块、中央控制模块、功放模块，实现重要预警信息即时通过语音形式进行广播和发布；校园电子显示屏充分利用计算机网络、GPRS无线通信传输、嵌入式处理、自动控制等技术，完成预警信息的文字、图形动态更新展示[6]。

重要气象预警信息通过校园网、手机短信、校园广播、校园电子显示屏、多媒体教学屏、校园网即时插播或重复滚动播出。通过全覆盖、“现场式”强化教育，使学校师生随时随地能够听到、看到气象预警信息，在互动参与中增强主动防灾避险的意识。

1.3 校园气象科普教学系统

校园气象科普教学系统是校园气象监测系统、校园气象预警信息系统与气象科普教育资源的连接器。将监测系统、预警系统形成的气象数据与气象网站采集的气象科普教学素材或案例相结合，共同组成校园气象科普教育“数据云”。通过建设高清数字多媒体教室、科普教学教育拼接墙等，可满足校园气象科普教育展示需要。教师利用实时自动更新的校园气象数据、丰富多彩的气象科普图文素材，向学生传播气象防灾减灾知识，最终实现气象科普教育的落实。

2 校园气象科普教育的内容开发

在信息化时代背景下，青少年对气象科普的内容需求更加趋于细分。校园气象科普教育的内容开发上，采取“分层教育”的思路，遵循学生年龄特点、认知规律和教育规律，体现本地化乡土特色，满足普及气象科学知识、宣传气象科技发展、传播特色气象文化的需要，增强校园气象科普教育的吸引力、针对性和实效性。以中小学为例，对校园气象科普教育的主体内容、校本气象科普教材的内容设计作如下分析[7]。

2.1 校园气象科普教育的主体内容

通过分析重大气象灾害防范应对的案例，可预判公众气象灾害防御素养，发现公众对气象灾害基本认知度不高，风险风范意识和防灾避险自救能力不强，有些人员在灾害来临前不够警觉，有些人员未采取避险措施，或者避险措施不得当，造成生命财产严重损失。因此，校园气象科普教育的重点，必须关注灾害防御意识、灾害防御知识技能2个方面。按照这一思路，结合中小学地理教育、德育目标，提出中小学气象科普教育的主体内容，主要包括4个方面：（1）开展大气、水、生态环境等资源的教育，帮助学生了解当地的地理地貌和气候概况、气象灾害特点，提升学生应用气象科学知识和方法处理实际问题、参与防灾避险的能力；（2）对天气现象和灾害性天气、气象监测、气象预报预警、气象服务信息进行科学解读，宣传气象灾害避险知识，帮助学生理解气象知识、用好气象信息，增强气象防灾减灾的意识和能力；（3）了解气象科学发展前沿知识，激发学生的学习气象知识兴趣，倡导科学思想，树立科学精神；（4）加强应对气候变化、生态文明建设、可再生气候资源的开发利用等知识和文化教育。上述4个方面主体内容是校园气象科普教育的通用内容，在此基础上，需要把握天气气候的地方性特点，动态更新校园气象科普教育内容，以满足不同地区、不同季节、不同灾种的气象灾害防御需要。

2.2 校本气象科普教材的内容设计

积极推动气象科普教育“课程化”，结合小学中低年级、高年级课程体系，开设校本气象科学课，使小学生接受至少10课时的气象科学知识学习。以县级行政区为单位，编写地方校本气象科普教材，突出地方气候特点和本地主要气象灾害，促进气象防灾减灾教育进校园、进课堂，有利于帮助学生更好地认识气象、应用气象，提高科学素养。

中小学气象科普教材的设计，根据各学段科技素质培养目标，分别涵盖：气象科学基础知识、气象灾害预警、雷电灾害防御、应对气候变化等模块。气象科学基础知识模块的主要知识点包括：大气、气候、气温、湿度、气压、降水、雷电、风等。气象灾害预警模块的主要知识点包括：气象灾害，主要气象灾种（干旱、大风、沙尘暴、暴雨、雪、寒潮、冰雹、雷电、低温、高温、霜冻、大雾、干热风等），了解天气预报，认识气象灾害预警信号，气象灾害防御等。雷电灾害防御模块的主要知识点包括：雷电、雷击的形式、室外防雷、室内防雷、学校防雷等。应对气候变化模块地主要知识点包括：气候资源、全球气候变化、厄尔尼诺、拉尼娜现象等[8]。

科普信息化的理念同样可被应用于校本气象科普教材的设计。例如，采取漫画、儿歌、短视频等小学生乐于接受的表现形式，趣味优先、寓教于乐，充分调动学生对科技、学气象的兴趣，促进其主动学习和运用气象灾害防御知识。

3 校园气象科普教育的实践活动设计

青少年在掌握气象科学知识后，应加大气象防灾减灾的实践演练力度，使学生能够熟练掌握各类气象灾害防御知识，在气象灾害来临时能够采取正确的防御行动，从而增强灾害风险意识和自救互救能力。校园气象科普实践活动正是普及气象防灾应急知识，提高学生预防、避险、自救互救和减灾能力的重要手段。按照科普信息化的思路，依托校园气象站，成立校园气象科技兴趣小组，利用科普信息化设施、校本气象科普教材，树立“探究式”“参与式”的新理念，设计开发形式多样的气象科学知识学习活动、天气观测活动等，更好地强化气象灾害意识教育、防灾避灾减灾教育，增强校园气象科普宣传教育效果[9]。

3.1 “探究式”的气象科学知识学习活动设计

以世界气象日、气象科技活动周、防灾减灾日和全国科普日等为契机，开展校园气象科普嘉年华、气象知识竞赛、宝贝报天气、气象研学之旅等多种活动，形成针对不同年龄段的校园气象科普品牌。融气象科学知识学习与认知、理解、探究、实践教育为一体，通过运用有效形式，让学生加深对气象科学知识的了解。立足校园气象监测、预警、教学系统，可以开展的体验式学习包括：实地测量记录温度、湿度、气压等，现场看云识天气，背一背风级歌。在课堂内外或校园气象站可以开展的探究式学习活动包括：认一认天气预报和预警信号，讲一讲神奇的古代气象故事，分享气象谚语、气象诗词，辩一辩天气的“好”与“坏”等。通过动手、动脑、思考、实践等环节，让教育对象进一步了解气象科学知识，学习并掌握气象防灾减灾方法。

3.2 “参与式”的天气观测活动设计

结合地方天气气候特点，可组织小学高年级、初中学生动手开展雨、雪、雾、霾等常见天气观测活动，激发学生的探索兴趣，增强校园气象科普的互动性。校园天气观测活动主要通过天气实况拍照、目测分级、仪器观测的方式进行。这里以降雨、降雪、雾和霾的天气观测为例，列出通用的流程设计。

3.2.1 降雨天气现象观测活动流程主要包括：（1）学生对降雨量级进行目测分级（表1）；（2）拍摄降雨实况照片；（3）记录自动气象站雨量数据；（4）记录降雨持续时间。

表1 降雨目测分级表

3.2.2 降雪天气观测活动流程主要包括：（1）学生对降雪量级进行目测分级（表2）；（2）拍摄降雪、积雪现象和周围景物；（3）用量尺测量雪深；（4）记录降雪持续时间。

表2 降雪目测分级表

3.2.3 雾或霾观测活动雾和霾均是视程障碍现象，对空气质量、空气污染都有影响。雾是悬浮于近地面大气层中的水滴或冰晶，使地面能见度小于1.0 km的现象。霾是大量微小的固体杂质浮游在近地层或空中的逆温层下，出现能见度小于10.0 km的现象。雾和霾观测活动流程主要包括：（1）拍摄雾、霾实景照片。（2）估测能见度，对雾、霾进行分级（雾的目测分级）（表3）。若视力范围内能见的某最远目标物（各种建筑物、树木、较大物体等）的形体轮廓大致可见，估测此目标物离观测者的距离即当时的能见度。例如，可见1 km处左右的房屋轮廓可见，其他细微部分不可见，此时能见度可估测为1 km。（3）学校配有相关气象观测仪器，可以测量、记录此时的温度、湿度。

表3 雾的目测分级表

以学习为纽带的“探究式”“参与式”气象科普实践活动，有利于激发学生对气象科技特别是灾害防御知识的学习兴趣，引导学生增强防灾减灾的责任感，在潜移默化中提高应对气象灾害的综合素质。除了上述实践活动以外，还可采取校内与校外结合的方式，开展校外气象实践、气象科学调查、气象科普知识竞赛、小小气象科普宣讲员等多元化的特色活动，促进气象科普大范围传播和扩散。

4 结论

从信息化的视角出发，以校园气象科普教育为研究对象，分别从校园气象科普教育的信息化支撑、科普教育内容设计、科普实践活动设计3个方面出发，阐述了校园气象科普教育的实现路径，体现了“普及与提高”“学习与实践”相结合的科普理念，为气象科普信息化的研究和应用提供了有益的借鉴思路。概括为4个方面。

（1）在全球气候变暖、极端天气气候事件的背景下，面对互联网、人工智能和新媒体的飞跃发展，公众对气象科普的内容、获取方式、参与方式在发生变化，气象科普信息化将成为发展趋势。

（2）运用互联网、大数据、人机交互等信息化手段，集成灾害监测、预警发布、宣传展示等功能，形成气象科普宣传教育的数据环境和信息网络环境，共同保障气象防灾减灾和气象科普，促进气象科普向全天候、可视化、全媒体传播转变。

（3）紧扣分众化传播的需求，全面传播气象科技知识、气象科技创新和气象科学文化，形成知识、方法、文化互融的气象科普内容体系，既构建了气象科学知识普及的总体框架，又提高了防范本地主要气象灾害的知识水平和技能。

（4）遵循气象防灾减灾的规律，满足安全管理和风险管理的需要，组织开展学用合一的气象科学知识探究活动、天气现象观测活等，形成可学习、可参与、可体验的气象科普实践活动模式，实现常态化普及气象灾害预防、避险、互救自救、减灾知识和技能，有助于提高气象科普宣传教育的质量，从而达到提升社会公众气象防灾减灾素养和能力的目标。