侯瑞欽 錢(qián)代麗 唐衛(wèi)亞 郭志榮 龔建福

(南京信息工程大學(xué) 大氣與環(huán)境實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，江蘇 南京 210044)

0 引言

在全球氣候變暖的背景下，極端天氣頻發(fā)，極易造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。強(qiáng)對(duì)流天氣一般是指雷雨大風(fēng)、冰雹、龍卷風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等天氣，具有突發(fā)性、局地性、災(zāi)害重、影響大等特點(diǎn)，是天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1]。中國(guó)從2004年開(kāi)始逐步開(kāi)展強(qiáng)對(duì)流天氣的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，2009年3月國(guó)家氣象中心成立強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)中心，組建了首個(gè)專門(mén)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)隊(duì)伍，專門(mén)負(fù)責(zé)強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)，內(nèi)容包括0-12小時(shí)的短時(shí)預(yù)報(bào)、0-2小時(shí)的臨近預(yù)報(bào)及預(yù)警[1]。我國(guó)的強(qiáng)對(duì)流天氣業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已經(jīng)逐步完善，目前主要的業(yè)務(wù)工作為強(qiáng)對(duì)流天氣的分類監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)及預(yù)警服務(wù)。在整個(gè)業(yè)務(wù)發(fā)展過(guò)程中，全國(guó)氣象部門(mén)包括氣象臺(tái)站、民航等部門(mén)都急需相關(guān)專業(yè)人才儲(chǔ)備，即使到現(xiàn)在，該專業(yè)的氣象人才仍需求廣泛。

南京信息工程大學(xué)作為“現(xiàn)代氣象人才培養(yǎng)的搖籃”，學(xué)校秉承“重基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐、力創(chuàng)新”的教學(xué)傳統(tǒng)，在“主動(dòng)融入、主動(dòng)接軌、主動(dòng)服務(wù)、全面服務(wù)中國(guó)氣象事業(yè)”戰(zhàn)略基礎(chǔ)上，于2009年開(kāi)始籌建面向大氣科學(xué)專業(yè)的強(qiáng)對(duì)流天氣綜合實(shí)踐課程——臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)實(shí)習(xí)，目的是讓學(xué)生鞏固中尺度氣象學(xué)、雷達(dá)氣象學(xué)和衛(wèi)星氣象學(xué)等基本原理，掌握臨近和短時(shí)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)流程，培養(yǎng)學(xué)生初步從事臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的基本能力，具備從事強(qiáng)對(duì)流天氣理論和預(yù)報(bào)技術(shù)研究的基礎(chǔ)[2-3]，為我國(guó)儲(chǔ)備更多具有實(shí)踐應(yīng)用能力的高素質(zhì)綜合型氣象人才，以滿足業(yè)務(wù)需求。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的不斷發(fā)展，各種名校公開(kāi)課、精品資源共享課，慕課、微課等不斷豐富著教學(xué)資源，并逐步改變傳統(tǒng)的授課方式。在線課程具有時(shí)間靈活、空間自由及經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)[4]，可以滿足不同受眾對(duì)象的學(xué)習(xí)需要。當(dāng)前，全國(guó)開(kāi)設(shè)大氣科學(xué)專業(yè)的高校有10余所[5]，除南京信息工程大學(xué)外，較少學(xué)校專門(mén)開(kāi)設(shè)針對(duì)制作臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)的實(shí)訓(xùn)課程，更是缺少相關(guān)線上學(xué)習(xí)資源，因此本門(mén)課程的線上課程資源構(gòu)建，對(duì)現(xiàn)代氣象人才的培養(yǎng)具有重要意義。

1 課程建設(shè)基礎(chǔ)

南京信息工程大大學(xué)是國(guó)家“雙一流”建設(shè)高校，大氣科學(xué)專業(yè)學(xué)科評(píng)估全國(guó)第一，并且擁有國(guó)家級(jí)教學(xué)示范中心、國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心及國(guó)家級(jí)校外實(shí)踐教育基地，這些都為實(shí)踐課程的開(kāi)展提供了專業(yè)支撐和保障。學(xué)校組建了具有多年執(zhí)教及豐富預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，有效保障了預(yù)報(bào)實(shí)踐教學(xué)的正常開(kāi)展。2017年，通過(guò)總結(jié)、梳理和完善教學(xué)內(nèi)容，編寫(xiě)并出版了國(guó)內(nèi)首部面向本科強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)教學(xué)的教材《臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)教程》[6]。從2012年開(kāi)始集中授課至今，已培養(yǎng)學(xué)生2 000多名，取得了較好的教學(xué)效果，并積累了豐富的教學(xué)資源，為線上課程建設(shè)及混合教學(xué)模式的開(kāi)展打下良好的基礎(chǔ)。

2 課程建設(shè)

目前在線課程國(guó)內(nèi)外應(yīng)用主要有兩種模式——純?cè)诰€教學(xué)和線上線下混合式教學(xué)模式[7]。由于“臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)實(shí)習(xí)”課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)時(shí)間為1周，而強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)展機(jī)理復(fù)雜，不同類型強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)是氣象業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中的難點(diǎn)，實(shí)習(xí)期間所涉及內(nèi)容包括天氣學(xué)分析基礎(chǔ)、典型天氣過(guò)程、衛(wèi)星氣象學(xué)、雷達(dá)氣象學(xué)及氣象部門(mén)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)規(guī)范等，學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)間短，任務(wù)重，所以選擇混合式教學(xué)模式[8-11]。這樣學(xué)生可以在課前通過(guò)在線課程完成相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)并了解基本實(shí)習(xí)步驟，課堂上指導(dǎo)教師將有更加充足的時(shí)間組織集中的預(yù)報(bào)實(shí)習(xí)及問(wèn)題討論，有助于學(xué)生對(duì)本門(mén)課程內(nèi)容的全面理解和掌握，提高其預(yù)報(bào)水平。

2.1 在線課程構(gòu)建

本門(mén)課程依托學(xué)校教務(wù)處的超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)[12]，通過(guò)線上平臺(tái)提供豐富多樣的教學(xué)資源，如PPT、視頻、文本等，主要目的是希望學(xué)生課前通過(guò)教學(xué)視頻及所給附件資料等在線資源自主學(xué)習(xí)掌握知識(shí)點(diǎn)，教師在課堂主要通過(guò)組織各種任務(wù)性實(shí)習(xí)活動(dòng)，如災(zāi)害性天氣案例預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)研討、個(gè)人實(shí)習(xí)成果展示、小組討論等幫助學(xué)生內(nèi)化所學(xué)，將碎片化知識(shí)系統(tǒng)化[13]，可以在較短時(shí)間內(nèi)幫助學(xué)生掌握我國(guó)不同地區(qū)的強(qiáng)對(duì)流天氣的特征及預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，提高其預(yù)報(bào)水平和能力。

課程主頁(yè)如圖1所示。課程內(nèi)容設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)基本模塊：課程學(xué)習(xí)模塊、拓展學(xué)習(xí)模塊及討論答疑模塊，具體如圖2所示。

圖1 “臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)實(shí)習(xí)”課程主界面

圖2 “臨近和短時(shí)天氣預(yù)報(bào)實(shí)習(xí)”在線課程結(jié)構(gòu)圖

2.1.1 課程學(xué)習(xí)模塊

此模塊主要由課程教師團(tuán)隊(duì)依據(jù)教學(xué)大綱建設(shè)完成。線上課程內(nèi)容設(shè)置以現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，根據(jù)預(yù)報(bào)員的工作思路和流程設(shè)計(jì)單元內(nèi)容。課程內(nèi)容主要包含課程介紹，我國(guó)短臨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)與平臺(tái)介紹、短時(shí)天氣預(yù)報(bào)、臨近天氣預(yù)報(bào)及預(yù)警信號(hào)制作等六部分內(nèi)容。每個(gè)單元有若干章節(jié)，每個(gè)章節(jié)以文檔及視頻方式讓學(xué)生循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。此外在每個(gè)章節(jié)以附件形式提供部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及軟件，給出具體實(shí)驗(yàn)要求及步驟，引導(dǎo)學(xué)生一步一步完成基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力和探索精神，讓學(xué)生作為教學(xué)主體通過(guò)實(shí)踐參與到自我構(gòu)建知識(shí)體系當(dāng)中。以臨近預(yù)報(bào)內(nèi)容為例(見(jiàn)圖3)，共包括五個(gè)部分的內(nèi)容，其中第一部分為臨近預(yù)報(bào)基礎(chǔ)，主要以PPT形式介紹了臨近預(yù)報(bào)的基本含義、預(yù)報(bào)方法及預(yù)報(bào)用語(yǔ)。第二到第四部分結(jié)合不同類型強(qiáng)天氣的不同特征，歸納總結(jié)了當(dāng)前我國(guó)幾類強(qiáng)天氣的臨近預(yù)報(bào)的預(yù)報(bào)思路和預(yù)報(bào)員總結(jié)的一些預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)及預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)。最后一部分挑選了一個(gè)典型天氣案例設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)要求和步驟，并提供氣象數(shù)據(jù)資料，學(xué)生可根據(jù)本節(jié)所學(xué)知識(shí)自行有針對(duì)性地練習(xí)。

圖3 “臨近預(yù)報(bào)”在線課程內(nèi)容

2.1.2 拓展學(xué)習(xí)模塊

中國(guó)地理地形復(fù)雜，強(qiáng)對(duì)流天氣區(qū)域性特點(diǎn)明顯，各地均有自己的預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)和指標(biāo)。為貼近業(yè)務(wù)需求，課程將設(shè)置預(yù)報(bào)員教學(xué)模塊，計(jì)劃邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)5—10名各地強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)權(quán)威專家針對(duì)地方性強(qiáng)對(duì)流天氣特征及最新預(yù)報(bào)方法手段等進(jìn)行講解，并通過(guò)視頻方式擴(kuò)充線上教學(xué)資源，讓學(xué)生盡早了解全國(guó)各地不同的強(qiáng)對(duì)流特點(diǎn)及預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，盡早掌握實(shí)際業(yè)務(wù)技能。

此外，課程鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手收集整理典型強(qiáng)對(duì)流天氣案例，教師可不定期組織相關(guān)競(jìng)賽活動(dòng)，評(píng)選出優(yōu)質(zhì)案例豐富線上案例庫(kù)，以此激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新性學(xué)習(xí)興趣，提高其能動(dòng)性和動(dòng)手能力。

2.1.3 討論答疑模塊

討論區(qū)由教師答疑與學(xué)生討論組成，學(xué)習(xí)者可隨時(shí)提出與課程相關(guān)問(wèn)題，教師進(jìn)行在線答疑。學(xué)生也可針對(duì)感興趣的對(duì)流天氣過(guò)程案例或者正在發(fā)生的全國(guó)范圍內(nèi)的強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程中的問(wèn)題與教師或同學(xué)進(jìn)行交流討論。此環(huán)節(jié)的設(shè)置增添了學(xué)習(xí)趣味性，有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。

由教師、業(yè)務(wù)一線工作人員及學(xué)生共同參與構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)在線資源，不僅能夠保持“訓(xùn)練素材鮮活性”，還能將行業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的天氣預(yù)報(bào)手段和方法第一時(shí)間引入課堂，將業(yè)務(wù)培訓(xùn)和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，使得學(xué)習(xí)者能夠直接接觸氣象部門(mén)最新技術(shù)，畢業(yè)后能夠較快進(jìn)入業(yè)務(wù)部門(mén)參與實(shí)際工作。

2.2 線下課堂的實(shí)施

課前學(xué)生通過(guò)在線課程的學(xué)習(xí)，課堂上不再以教師講授知識(shí)為主[14-17]。本課程引入“案例教學(xué)法”，課上強(qiáng)調(diào)以練為主，講練結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生邊想邊練，通過(guò)逐步摸索實(shí)踐、驗(yàn)證總結(jié)，逐漸構(gòu)建知識(shí)體系，較好地實(shí)現(xiàn)了從“傳統(tǒng)講授”到“構(gòu)建主義”轉(zhuǎn)變。教學(xué)過(guò)程中，采用與業(yè)務(wù)同步的平臺(tái)和設(shè)施(如氣象綜合信息處理系統(tǒng)MICPAS，F(xiàn)Y4衛(wèi)星資料接收處理系統(tǒng)，中國(guó)氣象局衛(wèi)星廣播系統(tǒng)CMACast等)，優(yōu)選發(fā)生在我國(guó)的典型強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程作為教學(xué)案例(如2008年7月湖北的暴雨，2011年7月、2014年9月28日江蘇的雷雨大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，等等)，以1—2次天氣過(guò)程為主，通過(guò)逐步釋放天氣過(guò)程歷史數(shù)據(jù)，全真模擬氣象臺(tái)業(yè)務(wù)環(huán)境，通過(guò)數(shù)據(jù)圖表分析、小組會(huì)商討論、教師輔助點(diǎn)評(píng)糾正等逐步完成學(xué)習(xí)任務(wù)，初步建立氣象臺(tái)站制作短時(shí)、臨近預(yù)報(bào)及預(yù)警信號(hào)制作的思路。線上案例資源也可作為課后鞏固練習(xí)。案例教學(xué)中鼓勵(lì)學(xué)生在個(gè)別天氣案例中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，總結(jié)預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，以達(dá)到以點(diǎn)帶面、觸類旁通的目的。

南京信息工程大學(xué)氣象臺(tái)與現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)無(wú)縫接軌，學(xué)生在完成所有課程學(xué)習(xí)后，可利用氣象臺(tái)實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)，針對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)時(shí)發(fā)生的強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行預(yù)報(bào)實(shí)習(xí)，通過(guò)值班教師指導(dǎo)，能夠進(jìn)一步鞏固所學(xué)，并大大提高預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)能力和水平。

2.3 考核評(píng)價(jià)

線上線下教學(xué)結(jié)合的教學(xué)模式不再以期末考試作為成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的主要依據(jù)。線上每個(gè)學(xué)習(xí)單元最后一節(jié)為教師精心設(shè)計(jì)的綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生完成課程相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)，并根據(jù)所提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容可作為本門(mén)課程平時(shí)成績(jī)(占40%)。課程期末成績(jī)考核，教師隨機(jī)抽取歷史強(qiáng)對(duì)流天氣案例，精心設(shè)計(jì)考核要求及內(nèi)容，力求涵蓋教學(xué)大綱主要知識(shí)點(diǎn)，以分析報(bào)告形式當(dāng)堂完成提交，根據(jù)考查報(bào)告完成情況評(píng)定最終成績(jī)(占60%)?？己诉^(guò)程均模擬氣象臺(tái)站實(shí)際短臨預(yù)報(bào)內(nèi)容及業(yè)務(wù)流程，能夠全方位真實(shí)考核評(píng)定學(xué)生綜合素質(zhì)。

2.4 課程特色及創(chuàng)新點(diǎn)

本課程以業(yè)務(wù)為導(dǎo)向，全真模擬氣象臺(tái)業(yè)務(wù)環(huán)境，將業(yè)務(wù)培訓(xùn)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，可幫助學(xué)生盡快融入現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)工作。以問(wèn)題為牽引，靈活運(yùn)用強(qiáng)對(duì)流天氣典型案例，通過(guò)“翻轉(zhuǎn)課堂”引導(dǎo)學(xué)生積極思考?xì)w納，樂(lè)于實(shí)踐，提高教學(xué)效果。以思維訓(xùn)練為目標(biāo)，注重學(xué)生專業(yè)技能與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提升學(xué)生綜合實(shí)踐能力。

課程構(gòu)建過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變，從“以師為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙陨鸀橹鳌?。?qiáng)調(diào)以練為主，講練結(jié)合，自我發(fā)現(xiàn)，逐步構(gòu)建知識(shí)體系。教學(xué)方法實(shí)現(xiàn)從“灌輸填鴨”到“啟發(fā)探究”式轉(zhuǎn)變。未來(lái)將進(jìn)一步依托本校國(guó)家級(jí)虛擬仿真中心資源[18]，力求將開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室與合作省市氣象臺(tái)實(shí)踐場(chǎng)所相結(jié)合，達(dá)到“身臨其境”“緊貼氣象業(yè)務(wù)”“提高知識(shí)吸收效率”的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

基于網(wǎng)絡(luò)在線課程體系，一方面教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃及教學(xué)內(nèi)容；另一方面通過(guò)業(yè)務(wù)一線從業(yè)人員及相關(guān)行業(yè)專家及學(xué)生共建教學(xué)資源庫(kù)的方式，不僅可以滿足各高校學(xué)生課程學(xué)習(xí)需求，還可以為大學(xué)生相關(guān)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)及競(jìng)賽活動(dòng)提供支撐，甚至可以為氣象相關(guān)從業(yè)人員及新進(jìn)教師或者感興趣的個(gè)人提供相應(yīng)訓(xùn)練?！霸诰€課堂”能突破地域及時(shí)間限制，支撐學(xué)生自主學(xué)習(xí)及個(gè)性化探究學(xué)習(xí)，學(xué)生可靈活利用自己的碎片時(shí)間隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，且具有可重復(fù)的特點(diǎn)[12]?；旌鲜浇虒W(xué)方式可以較好地解決本門(mén)課程涉及知識(shí)點(diǎn)多、課時(shí)短、學(xué)習(xí)難度大等問(wèn)題，同時(shí)加大了授課的廣度和深度，使得授課方式更加多元化，也大大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自信心及自主學(xué)習(xí)能力。