李永秀

摘 要：大型儀器設(shè)備是高校開(kāi)展教學(xué)和研究工作的重要工具，該文以行業(yè)特色高校南京信息工程大學(xué)為例，分析了大型儀器設(shè)備在氣象類專業(yè)本科教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了目前存在的主要問(wèn)題，并針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)提出了可行的應(yīng)對(duì)措施，對(duì)未來(lái)大型儀器教學(xué)可能的發(fā)展方向進(jìn)行了展望，以期為提高大型儀器在本科教學(xué)中的使用效益、提升人才培養(yǎng)質(zhì)量提供參考。

關(guān)鍵詞：大型儀器 氣象 實(shí)踐教學(xué) 創(chuàng)新能力 實(shí)踐能力

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）06（b）-0144-02

大型精密儀器設(shè)備是培養(yǎng)高層次人才、開(kāi)展科學(xué)研究及技術(shù)創(chuàng)新的重要工具和手段，也是高等學(xué)校辦學(xué)實(shí)力和科研水平的重要標(biāo)志[1，2]。南京信息工程大學(xué)是江蘇省政府、教育部與中國(guó)氣象局共建的一所具有鮮明行業(yè)特色的高校，其氣象類專業(yè)在國(guó)內(nèi)外享有很高的聲譽(yù)[3，4]。近年來(lái)，在各共建部門(mén)支持下，學(xué)校購(gòu)置了一大批國(guó)際領(lǐng)先的大型儀器設(shè)備，單價(jià)40萬(wàn)元以上大型貴重儀器設(shè)備數(shù)量達(dá)到800多套，這些設(shè)備在促進(jìn)科研成果產(chǎn)出的同時(shí)，其教學(xué)功能也得到了一定的開(kāi)發(fā)利用，為本科生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的培養(yǎng)提供了硬件支持。然而，由于管理制度、技術(shù)支持及功能開(kāi)發(fā)方面尚存在較多問(wèn)題，導(dǎo)致目前大型儀器在本科教學(xué)中的應(yīng)用仍然停留在嘗試階段，其教學(xué)效益有很大提升空間。該文以該校應(yīng)用氣象學(xué)院為例，對(duì)大型儀器設(shè)備在本科教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題開(kāi)展分析和探討，立足于學(xué)校氣象類專業(yè)特點(diǎn)提出相應(yīng)的改進(jìn)措施及發(fā)展方向，以期為高校合理配置資源、提高大型儀器在本科教學(xué)中的使用效益、提升人才培養(yǎng)質(zhì)量提供參考。

1 大型儀器設(shè)備在本科教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

目前，該校氣象類專業(yè)的很多大型儀器設(shè)備已經(jīng)在本科教學(xué)中得到應(yīng)用，如應(yīng)用氣象學(xué)專業(yè)的必修課“應(yīng)用氣象儀器”專門(mén)講授該專業(yè)相關(guān)的大型儀器設(shè)備（自動(dòng)氣象站、土壤CO2通量連續(xù)多點(diǎn)觀測(cè)系統(tǒng)、光合作用儀等），通過(guò)對(duì)大型儀器的操作實(shí)踐，學(xué)生不僅掌握了儀器的原理、功能及操作方法，而且驗(yàn)證了他們?cè)谄渌麑I(yè)課上所學(xué)的理論知識(shí)，并在此基礎(chǔ)上嘗試自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，有效培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)中許多高水平的科研成果均出自與自己實(shí)習(xí)所用相同型號(hào)的儀器設(shè)備時(shí)，其學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性都得到了有效激發(fā)，提升了他們對(duì)科學(xué)研究的興趣。在“微氣象學(xué)實(shí)習(xí)”課程的教學(xué)中，也應(yīng)用了大型儀器渦度相關(guān)通量觀測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)學(xué)習(xí)該系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)組成及數(shù)據(jù)處理，進(jìn)一步鞏固了微氣象學(xué)中有關(guān)湍流通量的理論知識(shí)，并對(duì)湍流通量的觀測(cè)及計(jì)算有了深入的了解。相較于抽象的理論公式，這樣的教學(xué)實(shí)踐能使學(xué)生對(duì)湍流交換有更加直觀的認(rèn)識(shí)，改進(jìn)了教學(xué)效果，啟發(fā)了學(xué)生的科研思維。此外，學(xué)校還通過(guò)開(kāi)設(shè)學(xué)生自主型的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來(lái)鼓勵(lì)學(xué)生參與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，這類項(xiàng)目大都涉及到大型儀器設(shè)備的應(yīng)用，使他們學(xué)會(huì)了利用高科技的精密儀器來(lái)探索科學(xué)規(guī)律，鍛煉了他們的獨(dú)立思考能力。

盡管大型儀器設(shè)備已經(jīng)較多地應(yīng)用于氣象類專業(yè)的本科教學(xué)，但受單個(gè)儀器臺(tái)套數(shù)及操作復(fù)雜性的限制，大型儀器應(yīng)用的廣度和深度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，主要存在以下3方面的問(wèn)題：（1）僅限于部分專業(yè)課程，并未普遍應(yīng)用于本科教學(xué)。（2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要是演示性和驗(yàn)證性的，創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量較少。（3）由于大型儀器大都比較復(fù)雜，學(xué)生要熟練掌握大型儀器非一朝一夕之事，在有限的課時(shí)內(nèi)要學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用大型儀器開(kāi)展實(shí)驗(yàn)是很難實(shí)現(xiàn)的。

2 提升大型儀器本科教學(xué)應(yīng)用水平的措施

要提升大型儀器在氣象類專業(yè)本科教學(xué)中應(yīng)用的廣度和深度，必須立足于氣象類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)，制定有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施。氣象類專業(yè)相關(guān)的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)幾乎都在室外進(jìn)行，所觀測(cè)的要素都具有很強(qiáng)的時(shí)空變化規(guī)律，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析是實(shí)驗(yàn)中非常重要的一部分。針對(duì)上述特性，可以從以下4個(gè)方面來(lái)進(jìn)行應(yīng)對(duì)：（1）在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置上，可以設(shè)置兩個(gè)層次的項(xiàng)目：第一個(gè)層次是必修項(xiàng)目，以教師演示及學(xué)習(xí)儀器操作為主，主要目的是讓學(xué)生了解儀器的原理、功能、基本操作方法及初級(jí)的數(shù)據(jù)處理；第二個(gè)層次是選修項(xiàng)目，可以讓學(xué)有余力或感興趣的學(xué)生選修，在第一層次學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，啟發(fā)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過(guò)獨(dú)立開(kāi)展實(shí)驗(yàn)、處理數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律。（2）在實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)中，可靈活安排實(shí)驗(yàn)過(guò)程，來(lái)解決儀器數(shù)量少及課時(shí)數(shù)不足的問(wèn)題。例如：在氣象要素的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)中，需要進(jìn)行全天24小時(shí)或數(shù)天的連續(xù)觀測(cè)，但每次觀測(cè)的方法都是相同的，因此，可以利用周末時(shí)間，將學(xué)生分組排班，每組學(xué)生只進(jìn)行幾個(gè)時(shí)刻的觀測(cè)等觀測(cè)全部完成后，將幾組的數(shù)據(jù)集中起來(lái)分析，這樣每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)獨(dú)立操作大型儀器，且工作強(qiáng)度適中，獲取的數(shù)據(jù)量大，有利于后期的數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析。（3）在豐富教學(xué)課件和錄像的同時(shí)，通過(guò)引入模擬軟件，讓學(xué)生在操作儀器前，先通過(guò)模擬軟件對(duì)系統(tǒng)的功能和菜單有全面了解，對(duì)測(cè)量步驟進(jìn)行預(yù)演，最后再運(yùn)用儀器完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，這種教學(xué)方法不僅有效提高了實(shí)驗(yàn)效率，而且有助于強(qiáng)化學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的記憶，改善了教學(xué)效果[5]。（4）定期開(kāi)設(shè)大型儀器設(shè)備培訓(xùn)班，并通過(guò)理論考試、實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)分析三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行考核，為合格者頒發(fā)證書(shū)，在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放項(xiàng)目、實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目的申報(bào)上給他們優(yōu)先權(quán)，鼓勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生利用大型儀器開(kāi)展課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

3 結(jié)語(yǔ)

氣象類學(xué)科具有實(shí)驗(yàn)性強(qiáng)、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，主要依靠先進(jìn)的探測(cè)手段來(lái)獲取可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)而推動(dòng)理論分析計(jì)算的發(fā)展和突破，因此，實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)教學(xué)在氣象類專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)中具有十分重要的地位，尤其是大型儀器設(shè)備代表了最先進(jìn)的技術(shù)手段，能夠幫助氣象工作者獲得高時(shí)空分辨率的、高精度的觀測(cè)資料，因此，在本科教學(xué)中廣泛應(yīng)用大型儀器設(shè)備是我國(guó)氣象事業(yè)對(duì)人才的需求，也是行業(yè)特色高校進(jìn)一步發(fā)展的需求。虛擬儀器技術(shù)是一種利用個(gè)人計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，通過(guò)建立虛擬儀器面板對(duì)儀器進(jìn)行控制、顯示及數(shù)據(jù)分析的先進(jìn)技術(shù)手段，它可以有效輔助傳統(tǒng)儀器教學(xué)，提高儀器的使用效率，降低儀器維護(hù)成本[6]。未來(lái)，虛擬儀器可與真實(shí)儀器相結(jié)合，用于大型儀器的本科教學(xué)，從而有效解決大型儀器數(shù)量少、維護(hù)成本高的問(wèn)題[7]?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，氣象類大型儀器普遍、深入地用于本科教學(xué)將會(huì)變得更加簡(jiǎn)單、可行。

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