[出处] 教育教学论坛_2021年第41期

曹帮军 巩远发 吴小飞 方雪薇 齐玉磊

[关键词] 数值天气预报;教学模式;改革探索

[基金项目] 2019年度四川省科技厅应用基础研究自由探索项目“四川盆地边界层高度的变化特征及其对空气质量的影响”（2019YJ0408）;2019年度中国气象局沙漠气象研究基金“张掖地区低空急流对夜晚地气交换和冷岛效应的影响”（Sqj2018006）;2018年度成都信息工程大学科研启动基金“张掖地区低空急流对夜晚地气交换和冷岛效应的影响”（KYTZ201810）

[作者简介] 曹帮军（1989—），男，湖南衡东人，理学博士，成都信息工程大学大气科学学院讲师，主要从事大气科学陆气相互作用研究。

[中图分类号] G642   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）41-0093-04   [收稿日期] 2021-01-05

一、引言

大气科学本科生的基础课程一般有着较强的理论性，带有大量烦琐的公式推导，要求学生具有较好的数理功底和空间思维能力。教师讲授辅以课后作业[1]是主要的传统教学方式。在2019—2020年春季期间公共卫生事件暴发的背景下，全民居家隔离，停工停产，几乎所有学校都放假，教师只能通过线上进行授课，学生只能通过网络进行学习。为保证成都信息工程大学大气科学本科生的培养质量，开展教学改革应运而生。大气科学本科生基础课程教学改革的重点是，如何使教学内容变得更加合理，将抽象内容变得通俗，使乏味的求解方程变得更加有趣。成都信息工程大学“数值天气预报”教学组在2020年公共卫生事件背景下，积极探索高等院校大气科学本科生专业课程线上教学的经验和方法。论文总结课程教学组在2020年公共卫生事件下改革实践中的经验，对课程教学进行优化，包括教学内容的丰富、教学模式的设计以及考核方案的完善等，期望构建比较完善的大气科学本科生基础课程“数值天气预报”知识体系。

二、课程背景及开设情况

数值天气预报标志着天气预报进入到科学时代。随着大气科学数值天气预报技术和计算机运算速度的迅猛发展，现代天气预报已经离不开数值天气预报，其定量化和客观化的预报远远优于目前最有经验的天气预报业务员。“数值天气预报”是大气科学专业的重要专业核心必修课之一。“数值天气预报”是通过计算机采用数值计算方法数值求解大气动力学、大气热力学基本方程做出天气预报的一门学科。数值天气预报已成为世界上所有发达国家天气预报的主要方法，是近100年来发展起来的最重要的天气预报的方法之一。我国从国家级到区域中心和省级气象业务部门，均有较为完善的数值天气预报業务系统[2，3]。“数值天气预报”是气象现代化的重要内容之一，数值预报涵盖范围很广。从预报量来说，包括天气形势预报，天气和气象要素的预报;从预报区域来说，包括地区和国家的预报以及半球和全球预报;从预报时长来说，包括短期预报，中期和长期预报。近年来，应用数值预报的方法在气候变化和预测方面也取得了令人鼓舞的成就。“数值天气预报”的内容几乎涉及大气科学专业所学的大多数课程，并且与计算机技术、信息技术密切相联系，是使学生把所学的基础知识、专业知识与计算机技能和方法结合起来综合应用的一门课程，所以“数值天气预报”是一门非常重要的课程。“数值天气预报”的另一个重要方面就是解释和应用数值预报产品，这也是目前省市以下基层台站制作天气预报时的基础和重要方法。因此，开设“数值天气预报”是大气科学本科生的核心必修课。学习该课程可以为未来从事气象预报和数值模式研究和开发，奠定坚实的理论基础。成都信息工程大学大气科学专业的大部分学生会从事与气象预报业务相关的岗位，少部分学生会去从事数值模式研发，因此“数值天气预报”课程的重点就是帮助学生了解大气数值天气预报的理论体系并掌握数值模式的应用。课程的主要任务和特色是全面讲述数值天气预报的理论基础和模式运行问题的解决。

三、教学改革实践与探索

（一）课堂教学内容规划

成都信息工程大学所选用的教材为田永祥等编写由气象出版社出版的《数值天气预报》。该书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，权威经典，内容丰富，深入浅出的讲述该课程内容。立足于成都信息工程大学的大气科学专业本科生培养的实际情况与所覆盖的科研方向，“数值天气预报”课程系统讲述数值天气预报的原理及其应用，反映国内外数值天气预报理论研究和业务应用的最新进展。教学内容系统讲述数值天气预报基础知识，其中包括各种坐标系中的大气运动方程组和数值计算方法;数值天气预报模式的设计，其中包括差分方法的正压和斜压原始方程模式的设计;初始条件、边界条件的类型和给定方法以及资料的同化;大气湿热力过程的参数化。为了让学生更好地掌握不同模式的优缺点及其产品，数值天气预报课程组增加了“正压原始方程模式”及“斜压原始方程模式”的区别与联系，数值天气预报产品检验及释用技术的基本原理和方法等内容。

（二）课堂教学设计

1.扩展教学手段。利用网络平台录播带有语音的教学视频。利用多媒体展示数值天气预报知识点和大气运动方程组，对主要公式做特殊标记。一方面能够帮助学生厘清知识点，另一方面可提高学生课堂专注力。对于重点知识和公式推导难点，利用录制手写推导公式视频进行演绎，方便学生把握重点和细节。课后学生亦能通过视频回放反复学习，这不仅减轻了教师的教学负担，还使得学生能根据自己的需要对所学知识进行查缺补漏，提高学生学习的主观能动性。