新工科背景下“气象学与气候学”教学改革探索

李淑萍

（扬州大学水利科学与工程学院 江苏 扬州 225009）

2017 年2 月教育部和复旦大学共同主办了“高等工程教育发展战略研讨会”，经过研讨一致通过了“复旦共识”，提出了新工科教育的发展思路和目标，标志着中国高等工程教育进入新工科时代[1]。新工科是以未来的科技创新和产业转型为目标的教育改革，同时也是高等院校为应对新一轮科技与产业变革而进行的改革，主要包括专业设置、教学方法、教学目标等方面的调整[2]。其目的是推动高等院校人才培养类型的转变，培养面向未来的创新型、复合型工程科技人才，为提高我国的产业发展和国际竞争力提供人才支撑[3]。新工科背景下，水文与水资源专业的专业设置需要更加贴合时代需求，注重培养创新型人才，扩大专业涉及领域，适应多样化的产业需求，例如增加对新型水资源技术的学习、对大数据分析、模拟和可视化技术的应用等[4]。

近几十年来，水资源短缺问题日益严峻，水资源对人类社会经济和生态环境的可持续发展具有至关重要的作用，同时也是农业和工业生产的必要条件，特别是在干旱缺水的地区。随着全球气候变化加剧，气候变化对水文过程与水资源的分配和利用都会产生巨大的影响，同时也对国家决策与社会经济发展产生深远影响[5]。

新工科背景下，为培养水文与水资源专业学生的创新性，提高学生的专业能力和实践经验，有必要从“气象学与气候学”课程内容、实践教学及学生学习考核等方面进行课程教学改革，增强学生应对未来气候变化对水资源短缺带来的一系列问题的意识，帮助学生开阔学术视野、跨专业应用能力及深化水文与水资源专业知识，从而形成新工科的培养模式。

1 新工科背景下水文与水资源专业教学的新需求

新工科重视前沿科技和技能培养，注重跨学科融合教学与实践教学，其目的是为新一轮科技革命与产业变革培养具有国际视野与社会责任感的工程人才。对于传统的水文与水资源专业而言，新工科对水文与水资源专业的人才培养提出了新的需求，要求高等院校培养面向未来的创新型、复合型工程科技人才，以适应快速发展的社会需求和科技变革。

水资源是人类生存和发展所必需的重要资源，保护和合理利用水资源是人类必须面对的重要任务之一。水文与水资源专业的学生应掌握地球科学、环境科学、生态学、气象学等相关学科的知识，能够跨学科进行综合分析和解决问题。天气与气候变化对水资源至关重要，近几十年全球气候变暖加剧了水循环，对水资源的分配和利用带来了很大的挑战，如区域降水不均衡、冰川融化等对水资源的分配和可持续利用具有重要影响。课程学习应帮助学生理解水资源对于当今世界发展的重要性以及全球气候变化对水资源带来的挑战，引导学生认识气候变化对于国家决策与建设的重要性。

2 “气象学与气候学”课程教学的不足

2.1 教学内容对前沿科学问题涉及不足

本科教育教学是基于书本知识和基础理论的教学，但是这并不代表教学过程中应该忽视前沿科学问题。大多数学生对所学专业的理解往往局限于课本和教师的讲解。虽然这种传统教学方法能够让学生掌握一定的理论知识，但最新的科学研究成果与书本知识存在差距，学生难免会出现基础理论知识与前沿科学研究脱节的情况，这种脱节在研究生阶段的学术研究中体现得比较明显，学生对于前沿科学问题的认识和理解过于单一，缺乏创新能力。同时，教学内容不涉及前沿科学问题，学生很难从中获取科研启发，缺乏对问题的独立思考和解决问题的能力。

前沿科学问题已经成为科学发展的重要方向，为了让学生更好地适应新工科要求的前沿科技发展，教师应该拓宽教学内容，使学生更多地了解各种前沿科学研究和创新应用，培养学生的综合素质和创新能力，更好地服务于社会和经济发展。

2.2 教学内容中实际问题涉及不足

教学内容与实际问题的契合度是教学质量的重要指标。气象数据比较多元化，包括地面站点观测数据、卫星遥感数据、雷达数据、气候模式模拟数据及再分析数据等，这些数据对于分析天气与气候变化十分重要。但目前在课程教学过程中，对数据的处理与分析仍未涉及，这不利于培养学生自主解决实际问题的能力。

由于现代科技的快速发展和数据采集技术的不断提升，气象和气候数据量不断增加，这些数据对于科学研究和实际应用都具有重要的价值。在本科教育阶段，学生缺乏数据分析能力，导致其无法充分理解数据的意义，也不能很好地运用这些数据解决实际问题。这将导致学生在未来的科研和工作中面临诸多困难。另外，在教学过程中，由于对各类数据分析与应用没有给予足够的重视和关注，学生会认为数据处理与分析是一项难以理解和应用的工作。这导致学生对于这门课程的兴趣和热情降低，从而影响整个课程的教学成效。

2.3 学生学习考核方式单一

目前“气象学与气候学”课程所采用的考核方式主要为随堂提问与期末考试。课堂提问和期末考试虽然能够考核学生对课程基础理论知识的理解，但这并不意味着学生能够将理论与实践结合。这种单一的考核方式使得大多数学生局限于熟记课本中所学的基础理论知识，却忽略了将基础理论知识应用于实际的天气气候事件分析，造成理论与实际相脱离的情况。

笔者在教学过程中发现，大多数学生只注重应试技巧。考核方式单一导致很多学生容易将自己的学习重点放在应对考试上，而非真正掌握基础知识与实践的结合。同时，考核方式单一导致学生对于自己的学习情况缺乏全面的认知，教师也无法全面评估学生的学习情况，学生也就很难了解自己在哪些方面需要进一步提高。这造成学生对学习这门课程感到枯燥乏味，缺乏学习的动力和兴趣，并且学生的学习能力也不能得到全面的锻炼，不利于培养学生的逻辑思维能力和创新能力等。

3 新工科背景下“气象学与气候学”课程教学改革探索

3.1 结合前沿科学问题，提高创新能力

“气象学与气候学”课程是水文与水资源专业的学科基础课，通过该课程的学习，使学生能够掌握气象学与气候学的基础知识，通过对气象和气候数据的分析和预测，可以更好地了解气候条件，预防和应对气候灾害。全球气候变暖背景下，水文与水资源专业越来越重视气候变化对水文过程及水资源所带来巨大的挑战。教师在讲课过程中，可结合课程内容，将其相关的前沿科学问题纳入教学计划中，为学生提供了解国内外最新科研进展的机会。

同时，在课堂讨论中，选取与前沿科学问题相关的气象或气候学研究课题，引导学生进行深入思考和探索。例如，可以选取“未来全球变暖对水资源的影响”等热门话题作为讨论对象。同时，引入相关案例，让学生通过案例分析的方式了解前沿科学问题的具体情况。例如，引入国内外相关的极端天气或气候案例，让学生分析这些案例的背景、研究方法和成果，从中汲取前沿科学问题的解决思路和方法。

3.2 结合实际，拓展教学内容

为了让水文与水资源专业的学生将基础理论与实际天气气候条件相结合，在实践教学环节，教师可指导学生使用Python、NCL 等程序语言，适当增加学生对不同类型气象数据的分析处理，培养学生的实践技能，适应新工业背景下快速发展的社会需求。此外，在“气象学与气候学”课程教学过程中，教师可结合实际天气与气候事件，引入相关基础理论知识，使学生能够将实际与理论相联系，丰富课堂内容，增加学生与教师的互动。

教师在教学过程中应注重数据处理与分析的教育，为学生提供实际数据，引导学生进行实际的数据处理和分析，并注重培养学生的数据分析能力，帮助他们更好地理解气象和气候学知识的实际应用。同时，通过分析一些实际的气象灾害事件，例如台风、暴雨、干旱等，让学生了解气象灾害的成因、影响和防御措施，同时也可以培养学生对于复杂气象环境的分析、监测和预测能力。

3.3 多元化考核

本科教育除注重基础理论知识的讲授外，也应该注重学生对基础知识的实践应用，同时拓展学生的创新能力。在本科教育阶段，教师一方面应该注重考核学生对该门课程基础理论知识的学习程度，同时也要注重考核学生结合基础理论与实践的能力、分析问题以及对相关国内外科学前沿问题的理解。在考核过程中，适当增加学生对极端天气事件的观测、发展监测能力的考核；同时，适当增加学生小组讨论，主要以小组形式讨论国内外前沿科学问题以及对未来气候变化对水资源的可能影响。这些都可以作为对学生学习这门课程的考核。

传统的课程期末考试往往只能考查学生的记忆和理解能力，而多元化考核能够更好地考查学生的应用能力、分析能力和创新能力等，从而激发学生的学习兴趣和积极性。多元化考核能够更好地贴近实际应用场景，使学生的学习更具有实际意义和应用性（如通过模拟气象预报、数据处理和分析等实际操作来考核学生的应用能力和实践能力），提高这门课程的实用性和应用性。

4 结语

全球变暖背景下，极端天气气候事件引发的灾害（如山洪、泥石流、城市内涝等）对社会经济和生命财产等造成巨大的损失。目前，全球气候变化及其产生的影响越来越受到水文与水资源专业的重视，这给“气象学与气候学”课程教学带来机遇与挑战，要求教师在讲授基础理论知识的同时，又要结合实际天气气候事件与前沿科学问题。学生不仅可以掌握基础理论知识，还可以丰富教学内容、培养学习兴趣和实践能力；同时，科学前沿问题能够激发学生的创新能力，使得学生理解未来气候变化对社会发展和国家建设的重要性。这为培养新工科背景下具有生态意识、科技意识、创新意识和实践能力的复合型人才奠定了基础。