王巍巍 嚴家德

(南京信息工程大學 大氣物理學院，江蘇 南京 210044)

0 引言

隨著氣象觀測儀器自動化程度的提高，越來越多的自動站設備取代了已使用數(shù)十年的機械式儀器[1-3]。根據(jù)氣象業(yè)務“十一五”發(fā)展規(guī)劃[4]，到2010年止，全國已布點建設了3萬多套自動氣象站，有人值守和無人值守的自動站結合，完善城市、農(nóng)村和重點林區(qū)、重點江河流域和水旱災害頻發(fā)區(qū)、高速公路以及海域的氣象監(jiān)測站網(wǎng)的建設，自動氣象站在氣象部門得到了非常廣泛的應用，在氣象要素獲取上體現(xiàn)了無可比擬的時空密度優(yōu)勢。

作為以氣象為特色的學校，人才的培養(yǎng)不但要順應科技發(fā)展，更要注重行業(yè)需求。大氣探測課程是面向本科大氣科學、大氣物理、應用氣象、大氣探測等多個氣象及相關專業(yè)的必修課，是專業(yè)基礎課。該課程不但需要學生掌握基本的理論知識，還要具有數(shù)據(jù)處理技能和實踐操作能力。但隨著自動氣象站的普及，給實踐教學的實施帶來了很大的問題：自動化、智能化儀器雖然操作簡單，可視性好，可直接從電腦或顯示界面讀取數(shù)據(jù)，但學生動手操作的機會大大降低了。若要充分利用課時，加強對技能、創(chuàng)新技能的鍛煉，就必須對大氣探測相關實踐教學和理論教學進行改革。

1 實驗項目開放形式

開放性實驗教學是進行實踐教學改革活動中的一個重要措施，對于拓寬學生的思維方式，進行更深層次的思考和設計，培養(yǎng)學生的實驗技能和創(chuàng)新能力等起著不可替代的作用。通過此種實驗方式學生掌握的知識深度或受益遠高于一般的課程實驗。近幾年，隨著學?；A設施的完善[5]，我們也在積極挖掘，促進教師加強設計性、綜合性、探索性實驗的比重，鼓勵學生積極利用學校實驗室資源，激發(fā)獨立思考、動手設計的興趣，進行探索性工作。針對學生的多樣性，設計了多元化的開放模式。

1.1 硬件制作實驗

針對理科學生電路基礎參差不齊、儀器維護能力較差等因素，設計了小型自動站設計項目。該項目通過制作小型自動站學習板，能有效地幫助學生了解氣象要素測量的基本方法，掌握氣象傳感器的基本原理，了解氣象儀器的基本結構。主要包括理論和實踐兩部分，首先由教師講解電路的基本知識、自動站的設計方案、數(shù)據(jù)通信等理論知識；并給學生示范電流表、電烙鐵的使用方法，特別強調(diào)注意用電安全。之后讓學生3～4人作為一個小組進行元件焊接、電路測試等實驗內(nèi)容。完成后的自動站學習板成品應該能夠實現(xiàn)溫度、相對濕度、氣壓等要素的測量和顯示。教師根據(jù)學生作品能夠顯示要素的數(shù)量和美觀度進行評分。

該類實驗的特點是對學生自身動手能力、小組協(xié)作能力要求較高，實驗學時在3～4個學時。學生參與熱情高，但缺點是實驗材料耗損大。容納學生人數(shù)一般在20～30人左右。

1.2 軟件改良或開發(fā)實驗

為體現(xiàn)我校氣象特色，在校園網(wǎng)、戶外顯示屏顯示氣象數(shù)據(jù)，由學生在教師的指導下完成常規(guī)氣象資料實時顯示功能，通過數(shù)據(jù)入庫、動態(tài)圖形顯示、統(tǒng)計算法等步驟，實現(xiàn)了觀測資料實時顯示和動態(tài)發(fā)布功能[6]。此外，學生通過編程實現(xiàn)日常觀測中較為耗時間的操作，比如儀器的訂正系數(shù)顯示軟件、數(shù)據(jù)讀取軟件等。雖然軟件功能沒那么齊全、界面不漂亮，但正是在這一點一滴的積累中，鍛煉了自己的能力。

該類實驗特點對學生編程能力、設計能力要求高，基本無耗材投入，完成度一般較高。

1.3 探索性研究實驗

針對畢業(yè)論文和實驗室開放項目工作引導學生，結合在生活和學習中的所見、所感、所學，進行題目/項目的設計。例如，炎熱的天氣，人們總感覺天氣預報給出的最高溫度低于實際人們感受的溫度。有些市民就會抱怨說氣象局報不準或者為了某種利益故意溫度報得比較低?；谶@種現(xiàn)象，和學生一起設計并測試了不同下墊面材料下溫度的變化情況，圖3給出的是晴天，草地、裸土、瀝青、水泥等不同材質下墊面和氣溫溫度的24h變化，可以清楚地看到:人走在不同環(huán)境的路段上，溫度有很大的差異。以14時為例，瀝青路面的溫度最高，達到45℃以上；裸土次之；水泥的溫度最低。而同時刻的1.5m測量高度上的氣溫還不到20℃。此外，設計了積水對地面觀測的影響、不同風向下污染區(qū)排放物對我校校園的影響等題目，培養(yǎng)了學生在學習中善于發(fā)現(xiàn)問題的能力。教師在指導過程中強調(diào)方案實施的嚴謹性，正視過程中出現(xiàn)的問題，積極尋找解決方法，切實保證數(shù)據(jù)的可靠性，建立起認真的科研態(tài)度。

該類實驗的特點是完成實驗時間不定，數(shù)據(jù)積累一般為半年到一年的時間，該類實驗項目可以和大學生實踐創(chuàng)新項目、實驗室開放項目等課題結合或參與教師科研課題，有一定經(jīng)費支持。有利于創(chuàng)新性、科研探索精神的培養(yǎng)，對學生吸引力大，很受學生的歡迎。以實驗成果(論文或總結報告)和指導教師的考核評價作為評定指標。

2 制度保障

實驗室開放不僅僅是時間上、內(nèi)容上的開放，還要建立相應的管理制度、穩(wěn)定的團隊和完備的實驗平臺。

2.1 管理制度完善

健全的制度是保證開放性實驗順利開展和效果的基本保障，針對開放實驗實行申請流程審批形式，包括由教師或學生提出申請，實驗中心組織專家進行審批，保證實驗項目的可行性和開出率。實驗開展實行提前預約、即時登記制度。嚴格執(zhí)行儀器使用手續(xù)，保證設備的完好運行性和有效使用率。此外爭取專項基金，用于儀器的維修費用，避免管理人員由于無經(jīng)費修不起儀器，不敢開放儀器,導致儀器閑置。

2.2 團隊優(yōu)化

建立一支由理論課教師、實驗教師、實驗技術人員構成的，高級(38%)、中級(52%)、初級職稱(10%)分布合理的開放實驗項目師資團隊。指導教師教學科研經(jīng)驗豐富。特別是近幾年積極引入電子信息與工程、自動化專業(yè)等實驗教師，加強了開發(fā)性、操作性實驗項目的開發(fā)。此外，學校制定專門制度調(diào)整實驗教師工作量考核機制，減少教學工作量的要求，使之有更多精力用于儀器設備維護、儀器開發(fā)、學生指導上。

2.3 實驗平臺建設

所在中心實驗室建立了多個觀測平臺：氣溶膠觀測平臺(大氣微量成分、大氣氣溶膠粒子、霧滴到雨滴的物理、化學和光學特性設備)；地面氣象觀測儀器平臺；全波段雷達系統(tǒng)平臺(激光雷達、毫米波雷達、X波段雙偏振天氣雷達、C波段雙偏振多普勒天氣雷達、S波段多普勒天氣雷達)；極軌和靜止氣象衛(wèi)星資料接收處理與應用平臺；中心各種大型貴重儀器設備均配備專人負責管理和維護，儀器設備完好率98%以上，有力地保障了教學和科研工作的正常進行。

3 結語

大氣探測開放項目是我們進行實踐教學改革的一次有益探索，經(jīng)過2年多的實施、改進，已取得一些經(jīng)驗。該模式促進了教師和學生兩方面的積極性,一方面促使教師充分挖掘現(xiàn)有的實驗條件,增加和改進實驗方法,促進了學生的參與意識;另一方面加大了學生對實驗的興趣，進而開展探索性研究,多方面鍛煉學生的能力。開放方法也將在其他專業(yè)實驗室進行推廣。我們也將采取多種舉措，最終形成“以學生為中心”的開放模式[7]，在接收知識過程中由被動變?yōu)橹鲃?，教師由施教者變?yōu)橐龑д摺Ｒ愫瞄_放性實驗。

在進行開放實驗的過程中，有以下幾點需要改進和注意的地方：

(1)開放實驗管理制度有待進一步完善，開放實驗的深入開展必須建立審批、評價、激勵制度，建立起可持續(xù)發(fā)展、不斷深化的開放性平臺。

(2)做好實驗預備工作。特別是硬件制作方面，課前進行些簡單的電路訓練工作，有利于實驗成功率的提高，降低實驗材料耗損，保證在規(guī)定的時間段完成項目。

(3)開放性實驗可以和學生學分制度掛鉤，而實驗教師也通過指導實習，得到工作量，有利于提高教師和學生的積極性。

(4)實行實驗項目預約制，讓學生根據(jù)自己的實驗課時間和學習進度，自主選擇實驗時間?？梢越鉀Q學生因實驗條件制約的學習選擇權，做到真正意義上的開放。

參考文獻：

[1]張慶陽,張沅,李莉,等.大氣探測技術發(fā)展概述[J].氣象科技,2003,31(2):119～123.

[2]劉學軍,李亞軍,李玉峰.自動氣象站運行、維護及自動站數(shù)據(jù)與人工觀測資料的對比分析[J].山西氣象,2004,(2):35～39.

[3]游泳,王小蘭,余海蓉,等.四川省自動氣象站質量控制技術簡介[J].四川氣象，2007,27(2):40～44.

[4]氣象事業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃[N].中國氣象報，2007-08-30(003).

[5]史金聯(lián).高校實習基地建設與管理探討[J].陜西教育：高教版,2009,(5):21～22.

[6]王巍巍，楊軍，嚴家德，吳迪.加強特色學科建設，提高實踐教學質量[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2012,(25):115～116.

[7]江捷.感悟英國高校多元化的教學方法[J].實驗技術與管理,2009,26(2):175～177.