文献研讨式教学法在研究生海洋中小尺度过程课程改革中的实践

张永垂 闫恒乾 汪杨骏 洪梅 王宁 胡王江

摘  要：海洋中小尺度过程的研究是海洋科学近20年的最新进展，为教育工作者开展研究生教育提出新的挑战。该文结合海洋科学研究生的专业背景，综合分析海洋科学学科和海洋中小尺度专业领域特点，以海洋科学相关文献阅读为导入，在研究生专业课海洋中小尺度过程开展研讨式教学法的改革研究，提出教师导读—文献阅读—课堂互动—总结提高的技术实施路线，为专业课程教育提出意见和建议，对于提升研讨式教育教学理论具有较强的理论和实践价值。

关键词：文献研讨式教学法；海洋科学；研究生教育；技术实施路线；海洋中小尺度

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）09-0143-04

Abstract： The study of meso- and finer scale processes in the ocean is the latest progress in marine science in the past two decades， which poses new challenges for educators to carry out graduate education. Based on the professional background of marine science graduate students， this paper comprehensively analyzes the characteristics of marine science disciplines and the professional field of mesoscale to small scale processes. Taking the reading of marine science-related literature as an introduction， the reform research of seminar teaching method is carried out in the postgraduate professional course "Mesoscale to Small Scale Processes in the Ocean ". A technical implementation route of teacher-guided reading - document reading - classroom interaction - summarizing and improvement is proposed， in order to make comments and suggestions to the education of professional courses. This paper is a beneficial investigation to improve the seminar teaching， both theoretically and practically.

Keywords： literature seminar; marine science; graduate education; technical implementation route; meso- and finer scale in the ocean

研讨式教学法（seminar）起源于德国，其主要内容是教师与学生共同拟定对相关专业知识联系密切的话题进行讨论，教师从中参与、观察和指导，师生共同研究和讨论问题，充分发挥师生双方在课堂教学中的双边对话作用，让学生成为课堂的重要贡献者和创新推动者[1]。相比于传统讲授法，研讨式教学法更适合于研究生的学习能力和思维模式，能够让学生在情境中充分联系实际、发出质疑，充分激发学生学习和深入探究的兴趣[2]。

研究生学员与本科学员学习目标有很大不同，其主要职责是撰写高质量学术论文，因此需要大量阅读文献，以掌握本学科的最新发展动态。国内外许多大学都开设了文献阅读研讨课。如上海大学自2002年秋季学期开始，对硕士研究生的培养体系和课程教学进行了改革，增设了文献阅读课[3]。其主要目的是通过大量阅读文献来提升学生独立获取信息、分析问题、解决问题的能力。尤其对于一年级研究生而言，增加文献阅读相关教学内容，不仅能训练学生如何查找文献，更能通过对文献的精细阅读和讲解，增强学生对文献内容、研究方法以及科研思路的了解，使其自身的科研工作能从中获得借鉴，对帮助研究生踏入科研领域，开启研究工作都具有很直接有效的引領作用[4]。国外著名大学耶鲁大学和哥伦比亚大学，为了培养大学生的创新思维和学术研究能力，学校要求学生在攻读学位期间必须通过参与研讨会的方式来完成一定的科学研究和论文写作，充分体现了研讨式教学法在高素质人才培养过程中的重要意义[1]。

海洋科学领域的研究生有其独特的特点。一是海洋科学虽为理学，但是基础理论的数学方程已经明确，个中细节推进缓慢，大多数海洋科学领域研究生在实际的科研过程中碰到的问题均涉及技术问题，如数据的统计、方程组的数值计算等等。二是海洋科学的研究大多需要开展实验，但是与一般的实验科学不同，海洋科学（除海洋化学等学科外）主要开展的是数值实验，即通过计算机和数值运算，对海洋状态进行预测、估计与统计分析。三是海洋科学是以观测数据为基石的学科，研究生需要了解观测以及灵活处理和运用观测资料，并掌握基于观测数据得到的现象。海洋科学领域的研究生既要能够解决一些技术问题，从而开展数值实验和数理统计，又要能够结合海洋学相关理论知识以及观测现象，对实验结果进行分析和解释。

海洋科学领域研究生的独特性为教学工作者提出了新的挑战。本文首先分析研讨式教学的理论意义，将文献阅读和研讨式教学两种教学方法相结合，通过在海洋科学研究生课程海洋中小尺度过程的实践，有效提升学员认识海洋科学、研究海洋科学的能力，充分激发学员投身海洋事业的兴趣。

一  方法

研讨式教学法自20世纪末在我国开始探索应用，形成了多种研讨教学方法。如形成性评估包括3个关键环节：确立目标，收集学习证据和给予反馈[5]。还有根据文献阅读研讨课的特点，将教学方法归纳为“坚持一个思想，围绕一条主线，做好三个结合”[6]。

郭汉民[2]开创了研讨式五步教学法，其基本步骤为：第一步教学示范与布置任务，教师公布教学计划和改革方案，将学生分成若干小组，每组学生分别独立检索资料，分头准备。第二步由学生自己动手查找文献资料，并撰写相关文档。第三步小组交流，每组学员代表上台汇报。第四步教员评议，师生互动。第五步总结，每个学生根据切身体会写一篇学习总结或教改评议文章。五步研讨式教学是在教师的具体指导下充分发挥学生主体作用，是提升学员自主动手能力的一种崭新教学方法[7]。

文献阅读法是一种利用各种介质的文献进行自主学习和研究的重要方法，可以培养学生自觉学习的良好习惯[8]。文献阅读研讨包括两个部分内容：一是文献阅读，二是研讨交流。文献阅读以培养研究生自学能力为抓手，提升他们发现问题、解决问题的创新能力。同时转变教师角色，或者转化为教学环节中的启发者、引导者[9]。与传统的教学方法相比，文献阅读有两个显著特点：①以本领域最新的专业文献为导入开展教学活动，教学内容的深度和广度有所提升；②学员由被动转为主动，有效提升学员学习主观能动性[10]。

二  具体实施

以文献阅读为抓手的研讨式教学法，能够提升学员检索文献能力，掌握学科领域前沿动态，增强学习自主意识，提升学术成果水平等有较强的推动和促进作用。将文献研讨式教学法应用在海洋科学研究生专业课程中包括2个步骤：①开展海洋中小尺度过程专业课程的建设，进一步完善教学内容组织、教学过程设计、课程成绩评价等；②将文献阅读和研讨式教学两种教学方法相结合的理论研究，并在专业课程中实践，评估并改进教学方法、评价机制等的优越性和可行性。

（一）  课程建设

海洋中小尺度过程在海洋中虽然尺度较小，但其带来的影响却很大，对海洋大尺度环境系统、生物化学变量以及军事活动都具有重要作用。中小尺度过程随机性强，但观测缺乏，理论尚不完善，相关教材更是空白。基于此，我们编写了《海洋中小尺度过程》一书。

本书主要讲授海洋中小尺度过程的动力学机理、分析方法以及数值模拟的参数化，包括海洋中尺度过程，次中尺度现象、内波、湍流及其之间的相互作用。涉及的知识点包括：大洋环流正压理论、尺度分析、线性波动近似、密度变化近似、海洋行星Rossby波、海洋中尺度涡、正压不稳定、斜压不稳定、中尺度涡参数化、半地转锋生理论、表面和内部准地转理论、混合层不稳定理论、次中尺度过程参数化、近惯性内波、内潮、内孤立波、小尺度湍流、Kolmogorov理论、二维湍流、地转湍流、地转湍流、海洋多尺度过程能量守恒、Lorenz能量循环、海洋能量源和能量汇等。

《海洋中小尺度过程》特点：①在统一动力框架下，对海洋多尺度过程进行阐述。海洋运动的出发方程为Navier-Stokes方程，但由于方程的非线性，无法求得解析解。因此需要对方程进行各种简化（第2章）。简化的过程实际上是探究多尺度运动的动力机制（第3～6章）。②由于中小尺度过程一般没有特定的表观特性，如次中尺度、湍流等。本书能够从描述多尺度物理过程的无量纲参数出发，抓住运动的主要因子，对其机制进行深入讲解。③虽然多尺度过程的机制各异，但本书尽量找出各过程的相关性，加深对多物理过程的理解。并在第7章探究了多尺度過程之间能量转移。

《海洋中小尺度过程》的内容安排如下：第1章绪论介绍了大尺度环流理论；第2章介绍中小尺度方程的常用近似，包括尺度分析、线性波动近似、密度变化近似和准地转近似；第3章海洋中尺度过程，主要介绍了行星Rossby波和中尺度涡的动力机制及其参数化；第4章海洋次中尺度现象，包括锋生理论、表面准地转理论、混合层不稳定理论以及次中尺度过程参数化；第5章内波，讲述了海洋中常见的近惯性内波、内潮和内孤立波的机制及其特征；第6章湍流，描述了湍流的基本问题、小尺度湍流、地转湍流和非均质三维湍流；第7章介绍了海洋多尺度过程能量守恒、海洋能量源和能量汇。

本书是在国防科技大学气象海洋学院研究生课程海洋中小尺度过程基础上编著的，开课学期为研一春季学期，36学时，是海洋科学专业课程。全书约20万字，已于2023年科学出版社选题录用。

（二）  具体实施

下文详细介绍文献研讨式教学法在海洋中小尺度专业课程中的具体应用（图1）。

图1  文献研讨式教学法的实施步骤

1  教师导读

如何充分发挥文献研讨法中教师的导读作用，教材是基础。由于海洋中小尺度课程是海洋科学的前沿领域，无现成的国内外教材，因此首先要出版教材。拟实践的研究生专业课程的教材应满足以下三个方面需求。

1）内容要有广泛度。教学内容只有满足一定的宽度，学员才有更大的自主权挑选专业文献阅读。拟实践的专业课程涉及的内容较多，包括海洋中尺度涡、Rossby波、次中尺度过程、海洋内波、海洋湍流和多尺度相互作用等，能够满足学员文献阅读的选题需求。

2）内容要足够经典。海洋中小尺度理论是近几十年来，随着观测技术的进步（比如卫星高度计观测）而得以飞速发展的，是海洋学理论体系里较为新兴的领域，存在一些深度不足或者含有争议的论文。因此，授课教师有必要首先了解领域内的权威专家及经典理论，给予学生正确的引导，避免学生在文献阅读过程之中“捡了芝麻、丢了西瓜”。

3）内容要有深度。由于是海洋科学专业课，授课内容有一定的难度。这样才能满足挑战性要求，激发学员进一步探索、阅读文献的兴趣。

2  文献阅读

文献阅读是核心。通过阅读文献，可以了解研究历史和进展，掌握别人的研究思路，借鉴相关研究方法。在此环节中，应该重点解决两个问题：如何读，读什么。

1）如何读实际上是解决学员主观能动性的问题。我校研究生都是通过层层选拔，个人学习能力方面大多不存在较大问题。尽管如此，相较于本科生被动性、应试性的学习，如何让学员充分发挥主观能动性，主动做到读深悟透文献，要充分发挥教员的引领作用。

2）读什么就是要解决文献选题问题。专业文献浩如烟海，怎么从中选择适合自己的文献。一方面教材的广泛性给学员充足的选题空间；另一方面，学员可以根据自己的研究方向，选择本领域的顶级期刊阅读，如自然（Nature），科学（Science），自然通讯（Nature Communications），地球物理研究杂志-海洋（Journal of Geophysical Research - Oceans），地球物理研究通讯（Geophysical Research Letters）以及物理海洋学杂志（Journal of Physical Oceanography）等。

3  课堂交流

课堂交流是重点。通过学员汇报交流，能够有效提升学员综述能力、口头表达能力，有效提升学员的综合素质。这是实行研讨式教学的基本出发点和主要归宿。因此，在这个环节，应重点关注两个问题：学员汇报和师生交流。

1）学员汇报过程对学员的表达能力、思维能力，以及对专业问题的理解能力都是一个极大的考验，同时也是提高能力的机会。

2）师生交流重点考察教员对所掌握问题的了解程度。由于研究生学员思维较发散，研究领域不同，阅读文献难度较大。因此对教员点评是个极大考验，要求授课教员对相关知识理论的掌握要足够广泛和深入。

4  总结提高

文献阅读研讨式教学方法贯穿整个学期，由于专业课选修的学员较少，因此每名学员都能得到充分的机会锻炼。学期末的总结提高是目的。对学员和教员都是很大的促进。

对于学员而言，经过一个学期的锻炼，不仅锻炼了表达能力，而且阅读了大量专业文献，对于下一步研究方向确定，开题报告撰写都有很大的促进作用。

对于教员而言，文献研讨教学法不仅是教学过程的改革，同样也是考核方式的改革。通过全过程师生紧密互动，对学员的学习能力、知识掌握程度有了充分认识，不仅仅依赖期末考试确定最终成绩，平时的课堂表现和读书报告占的比重也应大幅度提升。

三  实践效果

文献研讨式教学法在2020级和2021级海洋科学研究生分别进行了应用实践。其中，2020级每名学员阅读了17篇文献，2021级每名学员阅读了11篇文献。总体反映这种教学方法使得学员耳目一新，通过将专业相关文献阅读、汇报和交流展示的方式，使课程进度学习和研究课题推进相互融合，启发了学员文献阅读思考、课题追踪查阅、内容总结凝练和汇报交流深刻等多个方面。

学员丁佳奇反映：通过文献研讨式的作业与交流，对下一步研究帮助很大。首先，课程内容的学习和课题研究方向不一致并不影响课程学习与课题推进。通过文献阅读，积累总结的同时需要深入理解并给他人介绍，这与自己单纯读文献解决问题是不一样的。其次，能在一个课堂上听到海气相互作用、海洋数据处理、海战场环境保障和海洋资料同化各个方面的内容，还能与同学老师请教交流，这个交叉融合的机会是难能可贵的，比如李洪臣的数据处理的文献介绍令我很深刻，偏差订正方法的拓展对于我以后处理数据启发很大；还有张运祥同学的海战场环境声学响应的文献，尤其是联合最优探潜让我看到了声学的应用前景，提供了很好的想法。此外，关于海洋中小尺度过程课程内容对于我目前关注的地声参数反演问题来说仍然有所启发，尤其是参数化过程和量纲分析，对于推导理解声学上简正波的海底衰减帮助很大，对于物理建模参数化误差分析有了更深的理解。

学员张运祥反映：这门课程一方面让我系统地了解了海洋中小尺度过程的相关知识，建立了对各种尺度海洋系统的区分与联系的正确认识；另一方面通过每次课程的文献阅读与汇报，使我对自身研究领域的认识更加深入，对未来将要研究的方向有着更加清晰的图景规划。

学员高振力反映：抱着如何利用海洋调查手段在南海海域发现海洋多尺度过程的疑问，选了海洋中小尺度过程这门课程。通过一学期的学习，加深了从海洋动力学角度对海洋现象的理解，尤其是对中尺度涡和内潮等海洋现象的知识收获较大，对以后学习工作都会带来很大的帮助。课程设置内容饱满，形式多样，特别有助于我们培养自主探索的学习方法。每节课程的文献阅读交流汇报，有助于多研究方向的互相学习了解，从而产生知识体系结构上的交叉与共鸣。

学员叶和鑫反映：作为一名研究方向为海气相互作用的研究生，為了更好地了解海气相互作用的机制，研究海洋中的现象尤其是中小尺度过程对大气的影响而选择了这门课程。在这门课上，老师详细地讲授了海洋中不同尺度的过程，使我对海洋中的中小尺度过程有了更深刻的理解，这对我今后的研究产生了极大的促进作用。此外，每节课程上进行的文献交流汇报，对我将自己的研究方向与本课程结合起来也有很大的帮助。

四  结束语

文献阅读教学法以培养学员研究能力作为核心教学思想，提升理解和掌握相关专业知识能力为教学目标，为今后从事相关科研工作奠定良好的基础。完善海洋科学研究生相关专业课程的建设，探究文献研讨式教学法的改革和实施，改进了传统教学理念和方法，实现了教学相长，教研促进的目的，有效提升了专业研究生课程教学质量。

尽管文献阅读教学法已在研究生课程中进行了探索和应用，但是仍然存在一些问题，如由于学时数限制，供学员课堂上讨论的时间有限，因此对于选课人数有一定的限制；由于学员一般挑选与研究方向相关的专业文献阅读，因此对于教员的知识量有非常高的要求。因此，除了学员自选文章阅读，教员还根据课程进度，适当引导或指定文献让学员阅读。

通过在研究生课程的初步探索和实践，形成了文献研讨式教学法的基本实施步骤，取得了良好课堂教学效果。下一步将持续对文献阅读法进行探索，形成一套行之有效的教学方法。

参考文献：

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[10] 戴佳筑，雷咏梅.研究生文献阅读研讨课教学方法探索[J].计算机教育，2008，10（10）：149-150.