譚涌波

摘要：《雷電學原理》課程是雷電科學與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，涵蓋了晴天大氣電場、雷電原理、雷電探測技術(shù)以及雷電氣候?qū)W等大氣電學領(lǐng)域的基礎知識，適用于大專、本科、研究生等各個層級的水平教育。本文研究了《雷電學原理》》這門課程的設置背景、課程目的、教學特點、師資培養(yǎng)、教材使用及建設，以及未來的發(fā)展規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：雷電學原理；課程建設；發(fā)展規(guī)劃

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）33-0202-02

閃電是自然界最壯觀的大氣現(xiàn)象之一，伴隨著聲、光、電等形式物理現(xiàn)象的發(fā)生。它是世界上十大自然災害之一，并且發(fā)生的頻率較高，給社會經(jīng)濟和人民生命財產(chǎn)帶來了巨大的損失。特別是近年來，隨著社會的發(fā)展，信息系統(tǒng)在人類社會中扮演了越來越重要的角色，而如何規(guī)避自然雷電對電力、信息系統(tǒng)的危害就成為日益突出的問題。為了最大限度地減少雷電災害帶來的損失，近年來我國各地區(qū)氣象部門已經(jīng)廣泛開展了防雷工作，建立了一支防雷專業(yè)隊伍，擴大了氣象服務的內(nèi)容。與此同時，防雷隊伍專業(yè)素養(yǎng)欠缺，對雷電物理過程認知的缺乏，高層次技術(shù)人才匱乏等問題日益凸顯。作為中國氣象人才培養(yǎng)的搖籃，前身為南京氣象學院的南京信息工程大學經(jīng)過多年的籌備和發(fā)展，在全國范圍內(nèi)建立了國內(nèi)唯一一所雷電專業(yè)人才培養(yǎng)本科、碩士、博士各層次齊全的專業(yè)——雷電防護科學與技術(shù)。而其中《雷電學原理》作為該專業(yè)的學位基礎課程，其重要性也不言而喻?！独纂妼W原理》全方面講述了雷暴云的生消演變、云中的電荷結(jié)構(gòu)以及起電、放電等過程的理論基礎以及物理機理，并就當前閃電定位技術(shù)、人工引雷技術(shù)等雷電科研業(yè)務領(lǐng)域中的主要手段進行了全方面的介紹?！独纂妼W原理》這本教材的出現(xiàn)，不僅填補了我國在大氣電學、雷電物理等專業(yè)領(lǐng)域中系類教材缺乏的空白，也是高等院校大氣科學、雷電防護專業(yè)的教科書，同時也可以為從事雷電防護與工程檢驗、風險評估、雷暴檢測預警的專業(yè)技術(shù)人員提供參考。結(jié)合學校辦學定位，根據(jù)“重視基礎理論，突出主干課程，拓寬專業(yè)口徑，強化能力培養(yǎng)，立足于培養(yǎng)高層次、應用型創(chuàng)新人才”的指導思想，確定《雷電學原理》課程是專門面向雷電科學與技術(shù)專業(yè)函授、?？?、本科多層次水平教育的一門專業(yè)基礎課程。按照教學層次的不同要求、考慮到雷電防護事業(yè)的蓬勃發(fā)展以及雷電原理理論的不斷更新，在教學實踐中，應不斷地對教學大綱以及計劃進行相應的修改。

一、課程目的

《雷電學原理》課程建設和改革應以“學生為本”的理念，根據(jù)學生的實際情況進行設計，根據(jù)學生課堂反饋的信息以及國內(nèi)外最新的研究動態(tài)積極調(diào)整教學內(nèi)容。該課程從基礎的電學原理開始，由淺入深，系統(tǒng)地介紹了晴天大氣過程、雷暴云的形成分類、雷暴云中的微物理過程、雷暴云中的電荷結(jié)構(gòu)以及相對應的起電機制，重點介紹了閃電放電的分類、基礎理論、觀測結(jié)果以及物理效應，雷電的探測原理、人工引雷技術(shù)，雷電的氣候特征和全球大氣電路等。在備課時應時刻關(guān)注國外最新的、具有代表性的研究結(jié)果，反映當前學科的最新成果和雷電的新進展，如閃電最新的起、放電過程研究，閃電的電磁輻射，閃電的最新定位技術(shù)、人工引雷技術(shù)等。在具體制定教學大綱中體現(xiàn)如下基本原則：了解晴天大氣過程、雷暴云的生消過程，全面了解雷暴云中各種電荷結(jié)構(gòu)以及相對應的起電機制，能夠掌握雷暴云電荷的基本結(jié)構(gòu)，地閃和云閃的放電過程，了解國內(nèi)外雷電監(jiān)測原理和方法的發(fā)展現(xiàn)狀，能對其工作原理有大致的了解，了解人工引雷技術(shù)的原理，知道人工引雷技術(shù)的前景和應用，并對雷電的氣象、氣候特征以及全球電路有基本了解。在教授學生基本的云中電荷結(jié)構(gòu)、起電機制、閃電放電行為以及雷電探測技術(shù)的同時，重在引導學生學會在課堂教學之余，如何通過自我查閱文獻了解雷電物理最新的發(fā)展現(xiàn)狀。培養(yǎng)學生的基本科學素養(yǎng)、激發(fā)學生學習雷電的興趣、增強學生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。掌握雷電的基本電荷結(jié)構(gòu)、起電機制、放電過程以及雷電檢測方法，掌握雷暴的氣候特征，對氣象部門開展雷電防護以及雷災事故調(diào)查等具體工作具有實際的指導意義。

二、教學特點

在教學過程中采用案例教學結(jié)合討論的方法，在教師的指導下，由學生對具有代表性的典型案例進行有針對性的分析和討論，這不僅拓寬了學生的思維空間，激發(fā)了學生的學習興趣，還提高了學生的思考判斷能力，使學生的綜合素質(zhì)得到一定的提升。學生通過討論進行合作學習，讓學生在小組或團隊中學會如何溝通、分工、合作從而共同解決相對應的問題，讓所有的人都能參與到明確的集體任務中，培養(yǎng)了學生思維表達能力以及促進學生主動學習。在教學過程中多使用PowerPoint、錄像等現(xiàn)代化教學手段，以播放表格、圖像、動畫，視頻等為方式，給學生提供大量生動、易接受的信息，提高學生的興趣，使教學過程更加形象、生動。在課堂上為學生展示雷暴云中的電荷分布、起電機制以及放電過程，讓學生對此課程有更感性的認識，加深對課程內(nèi)容的理解。與此同時，通過各種渠道，大量收集實際的雷電光學觀測、電磁場觀測資料，并利用數(shù)值模式結(jié)合數(shù)值仿真實驗，給出雷暴云內(nèi)及動力-微物理的動態(tài)演示，以及雷暴云中電荷結(jié)構(gòu)，閃電行為的時空演變，加深學生對實際雷云過程的感性認知，激發(fā)學生對自然現(xiàn)象的濃厚興趣。在課程講解過程中，注意與當前最新研究動態(tài)的聯(lián)系，以及將一些理論知識融入到日常生活的案例中，提高學生理論結(jié)合實際的能力，綜合培養(yǎng)學生全方面的能力。

三、師資培養(yǎng)

目前該教學隊伍已形成了以課程組負責人為核心，骨干教師為主要教學力量，助教和研究生為輔導教師的教學水平較高、經(jīng)驗豐富的教師梯隊，并外聘了幾名國內(nèi)著名的雷電物理專家。在師資隊伍培養(yǎng)方面，主要有以下措施：一方面，通過多種方式，走出去或請進來，將校內(nèi)培訓與校外培訓、學歷補償與素質(zhì)提高相結(jié)合，進一步提高廣大教師的教學能力和教學水平，不斷更新教師隊伍的知識結(jié)構(gòu)，全面提高教師隊伍的綜合素質(zhì)。另一方面，積極引進和培養(yǎng)青年教師，優(yōu)化教師隊伍結(jié)構(gòu)，提高教師隊伍整體學歷層次。不斷引進優(yōu)秀青年教師，加大對青年教師的培養(yǎng)力度，增強教師隊伍的發(fā)展后勁。并且聘請雷電方面的專家到我校講學，有計劃地安排部分中青年教師進修、在職攻讀博士或外出訪問，使中青年教師不斷提高學術(shù)水平和教學水平。建立完善的青年教師教學實踐制度，包括高職教師對青年教師的傳、幫、帶制度，堅持青年教師講課前的試講活動，堅持教研室集體備課、相互聽課制度，鼓勵青年教師參加賽講活動，定期進行學術(shù)講座，創(chuàng)造教師進修、開會、學習的機會，鼓勵教師申報科研項目，努力為提高教育教學質(zhì)量和雷電精品課程的建設而作出貢獻。

四、教材使用與建設

目前，已經(jīng)有陳渭民老師編著的《雷電學原理》書籍。教師結(jié)合課本以及PPT課件進行課堂授課，進一步提高教學的質(zhì)量。全書共分十一章，第一章講述靜電學基礎知識；第二至四章主要敘述晴天大氣的基本電特性知識；第五、六章主要講述雷暴云荷電結(jié)構(gòu)和雷暴云起電的理論；第七章為閃電的結(jié)構(gòu)、類型、電場、電流參數(shù)和形成機制等；第八章主要講述閃電的電磁輻射理論；第九章是雷電的探測手段，包括閃電定位、光學觀測以及電磁場觀測等；第十章著重介紹人工引雷技術(shù)的原理以及應用前景，第十一章為雷電的氣候特征，我國和世界范圍內(nèi)的雷電的分布規(guī)律以及全球電路的概念。本課程要求學生除熟悉、掌握指定教材的內(nèi)容外，還介紹一些較為經(jīng)典的外文書籍作為參考書目，與此同時，鼓勵學生在課堂之余，應學會通過關(guān)鍵詞語查詢與雷電有關(guān)的各種參考文獻，擴展學生對整個雷電科學各個領(lǐng)域研究動態(tài)的全面了解，豐富學生的知識面，并結(jié)合課本知識，加深對理論的理解和掌握。

與此同時，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，對雷電的產(chǎn)生、發(fā)展、特征的認知的不斷加深，并結(jié)合國內(nèi)外最新的研究成果，一些早期的認知已不足以解釋雷電觀測中的諸多現(xiàn)象，本著客觀、求實的態(tài)度，課程小組計劃重新編寫新教材，在保持原教材的風格基礎上，著重對一些新現(xiàn)象新理論進行添加和補充，讓該課程的內(nèi)容設置能夠緊跟國際最新的研究成果與動態(tài)，特別是一些對雷電認知的根本性轉(zhuǎn)變，應讓學生及時掌握。

五、課程的發(fā)展規(guī)劃

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，對雷電原理認知的不斷加深，本課程需要不斷地結(jié)合最新的研究結(jié)果，修改、補充、發(fā)展相對應的教材以及課件。爭取在已獲得省級精品課程的基礎上更進一步，將本課程建設為國家級精品課程。本課程計劃完成以下規(guī)劃：①制作高質(zhì)量、適合現(xiàn)代化教學要求的多媒體課件，如PPT課件、Flash課件等，激發(fā)學生的學習興趣，使授課內(nèi)容更形象生動。②搭建網(wǎng)絡資源共享平臺，提高資源的利用效率，便于高校師生更便捷地獲取各種資料，充分實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學資源共享。③進一步提高廣大教師的教學能力和教學水平，不斷更新教師隊伍的知識結(jié)構(gòu)，全面提高教師隊伍的綜合素質(zhì)。④結(jié)合國內(nèi)外最新的研究成果，不斷對教學大綱和教學內(nèi)容進行修改、補充以及發(fā)展，及時反映雷電物理以及大氣電學最新的研究結(jié)果。⑤確定《雷電學原理》課程的授課模式，形成了結(jié)合教案、電子課件到試題庫的完整體系。⑥通過多種成績評定方式（主考教師評定、學生參與評定）等方面的考試制度改革，以考試為杠桿，推動學生個性培養(yǎng)和全面素質(zhì)教育。⑦采取學生評教制度，通過讓學生填寫問卷，了解學生對教師和教學工作的意見，認真處理學生的意見，完善督教工作，形成良好的教學質(zhì)量監(jiān)控體系。⑧根據(jù)雷電學科的特點，在教學過程中，開展課題研究活動，調(diào)動教師參加教學研究的積極性，在不斷學習研究反思總結(jié)的過程中，使他們的專業(yè)化水平和能力得以提高，并且有利于提高教學的質(zhì)量。