姚菊香， 華興夏， 吳立保， 王 驥

(1. 南京信息工程大學 實驗室與設(shè)備管理處， 江蘇 南京 210044；2. 南京信息工程大學 高等教育研究所， 江蘇 南京 210044)

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大氣科學與環(huán)境氣象實驗教學中心的改革實踐

姚菊香1， 華興夏1， 吳立保2， 王 驥2

(1. 南京信息工程大學 實驗室與設(shè)備管理處， 江蘇 南京 210044；2. 南京信息工程大學 高等教育研究所， 江蘇 南京 210044)

介紹了南京信息工程大學大氣科學與環(huán)境氣象實驗教學中心改革實驗教學體系、創(chuàng)新實驗教學內(nèi)容的做法和經(jīng)驗。該中心大力推進科教融合、資源集成、協(xié)同育人，將實驗教學劃分為基礎(chǔ)認知實驗、專業(yè)求證實驗、業(yè)務(wù)應(yīng)用實驗、創(chuàng)新探究實驗等4四個層次，將實驗內(nèi)容整合成綜合觀測、信息分析、預(yù)報預(yù)測、公共服務(wù)等4個模塊，形成全方位、多觸角、寬領(lǐng)域的創(chuàng)新資源集成的協(xié)同育人機制，促進了實驗教學中心的建設(shè)與發(fā)展。

實驗教學； 實驗教學示范中心； 大氣科學； 環(huán)境氣象

“十一五”期間，我國高校共建設(shè)了500個國家級實驗教學示范中心[1-2]。國家級實驗教學示范中心的建設(shè)對提升高校實驗教學水平和教學質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用創(chuàng)新型人才發(fā)揮了重要的作用[3-4]。為適應(yīng)國家科教興國戰(zhàn)略需求和區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展需要，“十二五”實驗教學示范中心的建設(shè)重點突出三大特色：(1)實驗室資源有效整合；(2)教學科研有機結(jié)合；(3)學校與社會協(xié)同育人[5-6]。南京信息工程大學大氣科學與環(huán)境氣象實驗教學中心秉承“重基礎(chǔ)、強實踐”氣象實驗教學傳統(tǒng)，深化實驗教學改革，在教學理念、教學體系和教學內(nèi)容等方面進行了積極的探索與實踐，極大地促進了實驗教學中心的建設(shè)與發(fā)展。

1 實驗教學中心發(fā)展歷程

南京信息工程大學大氣科學與環(huán)境氣象實驗教學中心依托學?！按髿饪茖W”重點學科和江蘇省“環(huán)境科學與工程”優(yōu)勢學科，是面向氣象、環(huán)境及交叉學科專業(yè)進行實驗實習教學的綜合性實驗教學中心。中心的發(fā)展歷史可追溯到南京信息工程大學建校(1960年)初期建立的氣象實習臺、氣象觀測站、農(nóng)業(yè)氣象實驗站等氣象觀測和實驗的專業(yè)實驗室。1978年增建了大氣探測實驗室、大氣物理與大氣環(huán)境實驗室，強化了大氣科學、環(huán)境與生態(tài)氣象的各專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)。2011年，通過整合環(huán)境科學實驗室資源，組建了大氣科學與環(huán)境氣象實驗教學中心。經(jīng)過數(shù)十年的建設(shè)與發(fā)展，中心于2013年被教育部批準為國家級實驗教學示范中心。

2 創(chuàng)新實驗教學理念，優(yōu)化實驗教學體系

圍繞“十二五”實驗教學示范中心建設(shè)重點[7]以及現(xiàn)代氣象科學發(fā)展需要，中心依托大氣科學、環(huán)境科學與工程等優(yōu)勢學科，創(chuàng)新實驗教學理念與實驗教學體系，確立了“分層分類、業(yè)務(wù)導向、創(chuàng)新驅(qū)動、國際一流”的實驗教學理念，提出了業(yè)務(wù)培訓與基礎(chǔ)實驗相結(jié)合，科研與實驗教學相結(jié)合的實驗教學改革思路。中心以培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力為核心，構(gòu)建了“四層次、四模塊、雙螺旋”的科教融合[8]實驗教學體系(見圖1)，實驗教學在教學與科研的雙螺旋進程中實現(xiàn)“知識—能力—素質(zhì)”與“基礎(chǔ)—實踐—創(chuàng)新”的全面協(xié)調(diào)發(fā)展。

圖1 “四層次、四模塊、雙螺旋”實驗教學體系

2.1 合理規(guī)劃四層次實驗教學框架

依據(jù)獲取實踐知識的過程，將實驗教學劃分為基礎(chǔ)認知實驗、專業(yè)求證實驗、業(yè)務(wù)應(yīng)用實驗、創(chuàng)新探究實驗等4個層次，對應(yīng)不同階段人才培養(yǎng)目標。

基礎(chǔ)認知實驗的目的在于讓學生了解、熟悉大氣科學與環(huán)境氣象領(lǐng)域基本實驗儀器的使用、基本實驗方法和過程，受到基本技能的訓練，能夠正確獲取實驗數(shù)據(jù)、具有操作實驗的能力。

專業(yè)求證實驗主要借助學校豐富的氣象與環(huán)境數(shù)據(jù)資料和典型案例，讓學生綜合應(yīng)用所學專業(yè)知識處理問題，提高學生的綜合實踐能力。例如：對獲取的各種實時的常規(guī)氣象信息進行綜合分析，啟發(fā)學生的專業(yè)思維，培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)、提高專業(yè)能力。

業(yè)務(wù)應(yīng)用實驗是利用最新的預(yù)報員工作平臺MICAPS(氣象信息綜合分析處理系統(tǒng))與SWAN(短時臨近預(yù)報系統(tǒng))，訓練學生建立不同區(qū)域、不同季節(jié)、不同類型天氣的預(yù)報著眼點，構(gòu)建正確的、物理意義清晰的預(yù)報思路，使學生更加熟悉臺站氣象業(yè)務(wù)布局、技術(shù)路線、業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)和實際業(yè)務(wù)需求。學生通過制作和發(fā)布短期預(yù)報，特別是災(zāi)害天氣預(yù)報，能夠在初步的業(yè)務(wù)實踐中獲得學以致用的成就感，并激發(fā)學習的興趣與熱情，增強社會服務(wù)意識。

創(chuàng)新探究實驗的目的在于支持、鼓勵和引導學生盡早介入專業(yè)研究領(lǐng)域，了解專業(yè)前沿技術(shù)。在教師指導下，學生可按自己的興趣申報大學生科技立項課題或直接參加教師的研究項目，培養(yǎng)科研思維和研究興趣，鍛煉科研創(chuàng)新能力。學生根據(jù)自然、社會、生活中的各種地球大氣環(huán)境問題進行探討性、創(chuàng)新性實驗，通過構(gòu)建不同區(qū)域、不同季節(jié)的氣候背景、主導系統(tǒng)配置、要素分布、預(yù)報著眼點、模型、方法等，使學生的認知與創(chuàng)新能力得到進一步提高。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計“四模塊”實驗教學內(nèi)容體系

依據(jù)現(xiàn)實氣象業(yè)務(wù)過程、業(yè)務(wù)流程及業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，將實驗內(nèi)容整合成綜合觀測、信息分析、預(yù)報預(yù)測、公共服務(wù)等4個實驗教學模塊，學生根據(jù)自己的專業(yè)及研究方向或就業(yè)意愿選擇相應(yīng)的實踐模塊。

綜合觀測課程模塊重在使學生了解和掌握獲取多源氣象與環(huán)境信息的設(shè)備、過程與規(guī)范。例如：基本氣象儀器的使用、觀測規(guī)范的掌握，溫度、氣壓、濕度、風向、風速、云狀、能見度、天氣現(xiàn)象觀測數(shù)據(jù)的獲取及物理量的計算等。

信息分析課程模塊側(cè)重強化學生對觀測、監(jiān)測信息的形式、格式、質(zhì)量控制、天氣系統(tǒng)的初步識別，以及多源資料的融合等，例如：天氣圖分析、物理量場診斷、衛(wèi)星與雷達資料的反演、資料同化等。

預(yù)報預(yù)測課程模塊針對不同區(qū)域、不同季節(jié)、不同類型的天氣現(xiàn)象，特別是災(zāi)害性、關(guān)鍵性、轉(zhuǎn)折性天氣，在綜合分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)此類天氣的物理成因及背景條件，進行短期或臨近預(yù)報預(yù)測，甚至預(yù)警，使學生深刻地體會天氣預(yù)報業(yè)務(wù)對理論和技術(shù)的真實需求，更加主動地加強理論知識的學習與應(yīng)用。

公共服務(wù)課程模塊涵蓋了氣象服務(wù)、科研成果轉(zhuǎn)化及應(yīng)用等多領(lǐng)域，屬于氣象業(yè)務(wù)的終端與產(chǎn)品出口，也是實踐教學體系中體現(xiàn)科教融合的主模塊。本模塊通過公共與專業(yè)服務(wù)、需求分析、科研與成果轉(zhuǎn)化、災(zāi)害影響評估、行業(yè)協(xié)同、技能認證等拓展學生的實踐創(chuàng)新能力。

2.3 優(yōu)化整合科教“雙螺旋”

“雙螺旋”發(fā)展模式是指圍繞人才培養(yǎng)的全過程構(gòu)建實驗教學與科學研究互助提升的體系。通過不斷優(yōu)化和完善的科教融合機制，最大限度地發(fā)揮實驗教學對科研的需求牽引以及科研對實驗教學的反哺與支撐作用，最終實現(xiàn)科研與實驗教學相互促進、協(xié)同發(fā)展。同時，在實驗教學的4個層次中，依據(jù)培養(yǎng)目標，科學設(shè)置不同的科教融合度，有效促進拔尖人才和卓越工程師的脫穎而出。

3 有效整合優(yōu)質(zhì)資源，加強五大平臺建設(shè)

南京信息工程大學是教育部、江蘇省人民政府和中國氣象局三方共建的行業(yè)特色高校。中心利用學校自身特色，加強與氣象行業(yè)的聯(lián)系，有效集成了行業(yè)、政府和高校等多方資源。學校對中心的實驗資源進行了跨學院、跨專業(yè)整合，建成大氣探測、信息處理、預(yù)報預(yù)測、科研創(chuàng)新、國際合作五大實驗教學平臺，重點圍繞五大平臺進行建設(shè)。

3.1 大氣探測實驗教學平臺

在已有實驗室及實驗設(shè)備的基礎(chǔ)上，以發(fā)展先進探測技術(shù)為目標，以業(yè)務(wù)規(guī)范為依據(jù)，依托中國氣象局等業(yè)務(wù)單位，建立了基于網(wǎng)絡(luò)的信息采集與監(jiān)測實驗教學平臺。利用自動氣象站、移動大氣成分監(jiān)測站、先進的氣象要素測報系統(tǒng)以及自制的數(shù)據(jù)采集儀器，構(gòu)建了軟件與硬件結(jié)合、虛擬與實際結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)化實踐教學平臺、功能集約的數(shù)據(jù)采集平臺和氣象探測的科普教育平臺。

3.2 信息處理實驗教學平臺

在已有實驗儀器和信息處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以大氣資料的分析處理業(yè)務(wù)流程為主線，計劃構(gòu)建技術(shù)領(lǐng)先、內(nèi)涵豐富的氣象信息處理實驗教學平臺，其信息包括全球常規(guī)氣象資料、雷達衛(wèi)星資料及其他環(huán)境監(jiān)測資料。采用外部引進和自主研發(fā)相結(jié)合的方式，逐步建設(shè)資料質(zhì)量控制及檢驗訂正、多源資料融合與同化、大氣環(huán)境監(jiān)測資料分布式處理、地理信息分析模擬等一整套集成的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，最終提供地理環(huán)境信息模型、氣象監(jiān)測與預(yù)報產(chǎn)品、大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)字產(chǎn)品等配套與融合的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，

3.3 預(yù)報預(yù)測實驗教學平臺

與現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)以及預(yù)報預(yù)測新資料、新方法、新技術(shù)對接，升級現(xiàn)有天氣預(yù)報實驗室、氣候預(yù)測實驗室、云降水與人工影響天氣實驗室以及環(huán)境預(yù)測預(yù)報實驗室，實現(xiàn)天氣氣候與環(huán)境預(yù)報、預(yù)測、預(yù)估等實驗教學，提高培訓能力和培訓水平，從而能夠全方位、高水平地承擔在校生專業(yè)與業(yè)務(wù)的實驗教學，并面向國內(nèi)外開展天氣預(yù)報高級氣象人才的培訓實習。

3.4 科研創(chuàng)新實驗教學平臺

以教學與業(yè)務(wù)需求為導向，以解決實際教學、業(yè)務(wù)問題為主線，通過建立與科研院所、行業(yè)、其他高校協(xié)同創(chuàng)新，以及面向?qū)嶒灲虒W與業(yè)務(wù)的成果轉(zhuǎn)化機制，構(gòu)建能夠發(fā)揮實驗教學對科研的需求牽引、科學問題凝練以及科研對實驗教學的反哺與支撐作用的平臺，最終實現(xiàn)科研與實驗教學相互促進、協(xié)同發(fā)展。

3.5 國際合作實驗教學平臺

通過國際合作帶動人才交流與科研協(xié)作，在常態(tài)化承擔國際氣象類培訓班的基礎(chǔ)上，不斷拓展廣大發(fā)展中國家氣象業(yè)務(wù)人員教育培訓渠道。為了緊跟大氣科學、環(huán)境科學學科發(fā)展，更好地培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，擴大中國氣象事業(yè)發(fā)展成果在全世界范圍的推廣與應(yīng)用，中心在培訓項目主題的選取上立足大氣科學、環(huán)境科學研究新進展，注重全球氣象熱點問題，突出氣象觀測、早期預(yù)警和氣象服務(wù)的技能培訓，切實提高培訓的針對性和實效性。

4 豐富實驗教學內(nèi)涵，行業(yè)企業(yè)協(xié)同育人

中心加強與行業(yè)、企業(yè)、科研院所的聯(lián)系，結(jié)合地方社會發(fā)展，以提高學生的專業(yè)服務(wù)技能為核心，將多方資源轉(zhuǎn)化為實驗教學內(nèi)容，形成“全方位、多觸角、寬領(lǐng)域”的創(chuàng)新資源集成的協(xié)同育人機制。

4.1 全方位

與中國氣象事業(yè)單位全方位合作協(xié)同育人，主要措施有：(1)依據(jù)氣象行業(yè)業(yè)務(wù)需求，及時調(diào)整實驗教學計劃，實現(xiàn)實驗教學內(nèi)容滿足業(yè)務(wù)技能要求；(2)聘請中國氣象局業(yè)務(wù)人員與教師共同編寫實驗教材；(3)聘用氣象行業(yè)一線業(yè)務(wù)人員兼職實驗教師，參與實驗教學；(4)通過共建機制，將國家氣象系統(tǒng)的各省、市、縣氣象臺站建成為學生的實習基地；(5)通過校氣象臺與中央氣象臺的數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，建立實時天氣會商制度，將實驗教學與業(yè)務(wù)培訓緊密結(jié)合。

4.2 多觸角

增多校企合作觸角，擴展校企合作內(nèi)容，學校與企業(yè)協(xié)同育人。主要措施有：(1)加強校企合作，推進實驗教學與科研、生產(chǎn)實際相結(jié)合；(2)建設(shè)校內(nèi)企業(yè)研究院，集成學校與企業(yè)雙方資源，將企業(yè)人員轉(zhuǎn)化為指導學生實踐教學的導師，將企業(yè)的技術(shù)研發(fā)平臺轉(zhuǎn)化為培養(yǎng)學生科研創(chuàng)新能力的實戰(zhàn)平臺；(3)擴展大學科技園，將實驗教學與產(chǎn)品研發(fā)、試驗、企業(yè)孵化緊密結(jié)合，提高學生的實用技能。

4.3 寬領(lǐng)域

不斷拓寬服務(wù)領(lǐng)域，提升服務(wù)地方經(jīng)濟的能力，學校與地方協(xié)同育人。主要措施有：(1)面向社會需求設(shè)置實驗課程，為地方氣象局開展業(yè)務(wù)培訓，向社會開放短期氣象預(yù)報培訓，深化氣象領(lǐng)域服務(wù)；(2)努力使科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學資源，拓展在環(huán)境、交通、農(nóng)業(yè)等交叉領(lǐng)域的服務(wù)。

5 結(jié)束語

為符合高等教育的新趨勢、示范中心建設(shè)的新特點以及氣象行業(yè)進步的新要求[9-12]，南京信息工程大學大氣科學與環(huán)境氣象實驗教學中心與時俱進，改革實驗教學體系，創(chuàng)新實驗教學內(nèi)容，大力推進科教融合、資源集成、協(xié)同育人，極大地促進了實驗教學中心的建設(shè)與發(fā)展。中心將沿著改革的思路，在探索與實踐中不斷完善和修正，為培養(yǎng)更多的高素質(zhì)復(fù)合型氣象類人才作出更大貢獻。

References)

[1] 教育部.教育部關(guān)于開展高等學校實驗教學示范中心建設(shè)和評審工作的通知[EB/OL].(2008-04-25)[2014-07-25].http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_1073/201001/79341.html.

[2] 教育部高等教育司.關(guān)于批準北京大學化學基礎(chǔ)實驗教學中心等500個實驗教學中心為“國家級實驗教學示范中心”的通知[EB/OL].(2013-06-28)[2014-07-25].http://www.bjedu.gov.cn/Portals/0/fujian/08141.doc.

[3] 王煌.高水平建設(shè)實驗教學示范中心 全面提升人才培養(yǎng)質(zhì)量[J].中國高等教育,2009(6):17-19.

[4] 張曉寧.國家級實驗教學示范中心建設(shè)狀況[J].實驗室研究與探索,2009,28(10):85-88.

[5] 教育部高等教育司.關(guān)于開展“十二五”高等學校實驗教學示范中心建設(shè)工作的通知[EB/OL].(2012-03-15)[2014-07-25].http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/A08_sjhj/201203/133068.html.

[6] 教育部高等教育司.關(guān)于進一步開展“十二五”高等學校實驗教學示范中心建設(shè)工作的通知[EB/OL].(2012-12-03)[2014-07-25].http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s7056/201301/146655.html.

[7] 姜文鳳,高欣.“十二五”國家級實驗教學示范中心建設(shè)與思考[J].實驗技術(shù)與管理,2013,30(5):5-7.

[8] 周光禮,馬海泉.科教融合：高等教育理念的變革與創(chuàng)新[J].中國高教研究，2012(8):15-23.

[9] 許家瑞,周勤,陳步云,等.構(gòu)建創(chuàng)新實驗教學體系的探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理,2009,26(5):1-4.

[10] 程永揚,王為,李小昱,等.構(gòu)建立體化的創(chuàng)新性實驗教學體系與模式[J].實驗室研究與探索,2008,27(7):102-104,152.

[11] 王會軍,徐永福,周天軍,等.大氣科學:一個充滿活力的前沿科學[J].地球科學進展，2004,19(4):525-532.

[12] 張大林.大氣科學的世紀進展與未來展望[J].氣象學報，2005,63(5):812-824.

Reform and practice of experimental teaching center of atmospheric sciences and environmental meteorology

Yao Juxiang1, Hua Xingxia1, Wu Libao2, Wang Ji2

(1. Laboratory and Equipment Administration, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China; 2. Higher Education Research Institute, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China)

Considering the three characteristics of the state level experimental teaching demonstration center in “12thFive-Year Plan,” the experimental teaching center of atmospheric sciences and environmental meteorology in Nanjing University puts forward several measures for information science and technology advanced with the times. Reforming experimental teaching system, innovating upon experimental teaching content and vigorously promoting integration of science and teaching, integration of resource, and cooperative education can promote the construction and development of experimental teaching center.

experimental teaching; experimental teaching demonstration center; atmospheric sciences; environmental meteorology

2014- 06- 19

姚菊香(1980—)，女，江蘇通州，碩士，助理研究員，主要研究方向為實驗室建設(shè)與管理.

E-mail：jxyao@126.com

G642.0

A

1002-4956(2015)2- 0163- 04