摘要:《海洋環(huán)流動(dòng)力學(xué)》是培養(yǎng)涉海專業(yè)人才的一門重要理論課,本文就該課程的設(shè)置意義和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的討論,并對(duì)該課程在教學(xué)過程中可能遇到的問題進(jìn)行了分析并給出了解決措施,目的在于不斷提高教學(xué)質(zhì)量,完善課程建設(shè)。
關(guān)鍵詞:海洋環(huán)流動(dòng)力學(xué);教學(xué)內(nèi)容;問題和措施
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2014)37-0214-02
海洋環(huán)流是風(fēng)海流和熱鹽環(huán)流的統(tǒng)稱。廣義上講,風(fēng)海流是指風(fēng)引起的海流,一般發(fā)生在上層大洋(海面到1000米水深層),而熱鹽環(huán)流則是由于海水溫度(熱)和鹽度(鹽)變化導(dǎo)致海水密度分布不均勻所產(chǎn)生的密度流,形成于南北兩極,構(gòu)成了世界大洋的深層水。海洋環(huán)流動(dòng)力學(xué)作為物理海洋學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域,重點(diǎn)關(guān)注海洋環(huán)流是如何產(chǎn)生的以及怎樣發(fā)展的?或者說其背后的動(dòng)力機(jī)制是怎樣的?它是物理海洋學(xué)最為重要而且應(yīng)用最為廣泛的研究方向。事實(shí)上,艦船航行軌跡、魚類洄游周期、污染物遷移方式、氣候變化規(guī)律都離不開海洋環(huán)流的影響。正因?yàn)楹Q蟓h(huán)流與國(guó)防建設(shè)、航運(yùn)安全、漁業(yè)生產(chǎn)、氣候變化、海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域都有著千絲萬縷的聯(lián)系,因此有必要深入了解其形成發(fā)展的動(dòng)力機(jī)制,并建立成熟可靠的預(yù)測(cè)技術(shù),這對(duì)于我們認(rèn)識(shí)海洋、利用海洋都有著非常重要的意義?!逗Q蟓h(huán)流動(dòng)力學(xué)》作為一門課程,就是把相關(guān)研究領(lǐng)域的基本概念、重要理論、研究方法和最新進(jìn)展介紹給學(xué)生,拓展具有海洋學(xué)專業(yè)背景(不僅僅局限于物理海洋學(xué)專業(yè))的學(xué)生的研究視野,提高其認(rèn)識(shí)海洋、了解海洋的綜合專業(yè)素質(zhì)。進(jìn)入21世紀(jì)以來,我國(guó)涉海專業(yè)院所如雨后春筍般地迅速發(fā)展壯大,在這眾多高等院校中,只有少數(shù)幾所高校如中國(guó)海洋大學(xué)和廈門大學(xué)具有開辦涉海專業(yè)課程和培養(yǎng)涉海專業(yè)人才的傳統(tǒng)和經(jīng)驗(yàn),而大多數(shù)新生的海洋院校基本上都是借國(guó)家提升海洋發(fā)展戰(zhàn)略的東風(fēng),或合并院系或調(diào)整專業(yè)辦學(xué),形成了目前的海洋學(xué)科。這些院校由于缺乏從事綜合性海洋科學(xué)研究和教學(xué)的基礎(chǔ),因此在辦學(xué)理念和專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)置上就不可避免地存在這樣或那樣的問題。本文的目的就是結(jié)合作者在《海洋環(huán)流動(dòng)力學(xué)》這門課程的教學(xué)實(shí)踐以及在相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究當(dāng)中所遇到的一些問題進(jìn)行了探討,并給出了相應(yīng)的解決措施,希望以此逐步完善相關(guān)課程的教學(xué)科研工作。
一、課程設(shè)置要求及主要教學(xué)內(nèi)容
《海洋環(huán)流動(dòng)力學(xué)》課程的教學(xué)內(nèi)容緊緊圍繞海洋環(huán)流動(dòng)力的過程和控制機(jī)制展開,包括介紹和海洋環(huán)流密切相關(guān)的海水的溫鹽特性、水團(tuán)劃分、海水運(yùn)動(dòng)的主要形式、海水運(yùn)動(dòng)的受力分析、運(yùn)動(dòng)方程的推導(dǎo)以及尺度分析等。涉及到海洋環(huán)流動(dòng)力本身,詳細(xì)分析了地轉(zhuǎn)流的特征、產(chǎn)生原因及其對(duì)水體輸運(yùn)的影響;風(fēng)生大洋環(huán)流的重要理論、適用條件及存在缺陷,重點(diǎn)介紹大洋西向強(qiáng)化或者說西邊界強(qiáng)流的形成機(jī)制及理論發(fā)展脈絡(luò)。另外,補(bǔ)償流(上升流和下降流)與上層大洋環(huán)流之間的關(guān)系,熱鹽環(huán)流的基本特征,海氣相互作用的典型過程——厄爾尼諾現(xiàn)象也是本門課程所要討論的內(nèi)容;對(duì)于大洋環(huán)流中的長(zhǎng)波效應(yīng)尤其是Kelwin波和Rossby波也要加以介紹,這是因?yàn)榇笱髺|西兩側(cè)的風(fēng)場(chǎng)和海面高度等信息的快速變化往往是由這些傳播速度更快的長(zhǎng)波傳遞的。除了大洋環(huán)流外,本門課程還要有針對(duì)性地對(duì)中國(guó)近海環(huán)流加以介紹,中國(guó)近300萬平方公里的藍(lán)色國(guó)土以往是被我們所忽視的。最后,本門課程安排了海洋數(shù)值模型的相關(guān)內(nèi)容,幫助學(xué)生掌握更多了解海洋環(huán)流動(dòng)力過程的研究手段。綜上所述,本門課程所涉及的教學(xué)內(nèi)容非常寬泛,每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都可作為一門單獨(dú)的課程進(jìn)行講解。因此教師在實(shí)際教學(xué)過程中可針對(duì)學(xué)生的專業(yè)方向以及課程所安排的具體學(xué)時(shí)數(shù)對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行斟酌取舍。本門課程所研究的海洋環(huán)流動(dòng)力過程涉及較多的受力分析、公式推導(dǎo)和偏微分方程的求解,因此要求學(xué)生在學(xué)習(xí)本門課程之前必須具備較好的數(shù)理基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)編程方面的技能。鑒于此,本門課程的授課對(duì)象只適合于高年級(jí)的本科生或研究生,而且是在這些學(xué)生修完了《海洋科學(xué)導(dǎo)論》、《物理海洋學(xué)》、《高等數(shù)學(xué)》和《計(jì)算機(jī)編程》等相關(guān)課程之后才能開始本門課程的學(xué)習(xí)。
二、課程教學(xué)過程的問題及相應(yīng)措施
《海洋環(huán)流動(dòng)力學(xué)》實(shí)際上就是從數(shù)學(xué)和物理的角度去了解和認(rèn)識(shí)海洋,是一門專業(yè)性很強(qiáng)的課程。本門課程的教學(xué)重點(diǎn)集中在海洋動(dòng)力過程的機(jī)制分析上,對(duì)于課程涉及的一般概念、理論和研究方法稍加介紹,而針對(duì)每章的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容詳細(xì)剖析,并布置好相應(yīng)的問題思考,讓學(xué)生能夠舉一反三。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注意理論聯(lián)系實(shí)際,針對(duì)比較常見的海洋環(huán)流系統(tǒng),在強(qiáng)調(diào)其物理過程的基礎(chǔ)上給出物理過程背后的控制方程,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)簡(jiǎn)化方程和求解方程,并通過對(duì)方程解析解的分析進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)有關(guān)物理過程的認(rèn)識(shí)。同時(shí),注重專業(yè)知識(shí)的更新和重要理論的應(yīng)用,通過介紹某一相關(guān)科學(xué)問題的最新進(jìn)展,拓展教學(xué)內(nèi)容,加大課堂知識(shí)的信息量。本門課程的知識(shí)體系是從海洋科學(xué)的研究實(shí)踐過程中誕生并發(fā)展起來的,這方面由于西方國(guó)家具有認(rèn)識(shí)和開發(fā)海洋的悠久歷史,積累了大量相關(guān)的科研和教學(xué)素材,進(jìn)而形成了比較完善的專業(yè)知識(shí)體系。這些都是我們?cè)谵k學(xué)乃至課程教學(xué)過程中需要學(xué)習(xí)和借鑒的。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,在教學(xué)過程中應(yīng)采用多樣化的教學(xué)手段,例如借助各種軟件繪制的圖片、衛(wèi)星遙感圖片、動(dòng)畫電影的形式等,把特定海域海流發(fā)展過程和水文要素變化過程動(dòng)態(tài)地展示出來,這樣就避免了單純語(yǔ)言描述的枯燥性,為學(xué)生深入學(xué)習(xí)這些過程背后的動(dòng)力機(jī)制創(chuàng)造條件。教和學(xué)是不可分割的一個(gè)整體,互動(dòng)式教學(xué)最主要的形式就是提問,不僅僅局限教師提問學(xué)生回答,還要鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)自己不理解或不清楚的知識(shí)進(jìn)行提問,教師耐心解答。只有這樣才能引導(dǎo)學(xué)生多觀察、勤思考,消化自己所學(xué)的知識(shí)。課堂討論也是互動(dòng)式教學(xué)的重要形式,針對(duì)某一海洋環(huán)流動(dòng)力過程及其帶來的生態(tài)效應(yīng)開展相關(guān)課題的討論,可以培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)分析問題的能力,提高學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的主觀能動(dòng)性。注重物理過程的數(shù)學(xué)語(yǔ)言表達(dá),盡可能把數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)過程用板書的形式寫在黑板上,幫助學(xué)生理解和消化。最后,為了確保不同章節(jié)教學(xué)內(nèi)容的連續(xù)性,在每一章節(jié)教學(xué)內(nèi)容開始時(shí),對(duì)上一章節(jié)所講授的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要的復(fù)習(xí);在本章結(jié)束時(shí),對(duì)本章的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)要的回顧,這樣就可以形成一個(gè)比較完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)了。
綜上所述,涉海專業(yè)重要的專業(yè)課《海洋環(huán)流動(dòng)力學(xué)》的設(shè)置意義和教學(xué)內(nèi)容,以及如何提高學(xué)生的數(shù)學(xué)物理技能和開展多樣化的教學(xué)模式可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,這是提高本門課程教和學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。
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基金項(xiàng)目:上海市教委創(chuàng)新項(xiàng)目(12ZZ165)。
作者簡(jiǎn)介:劉浩(1972-),男,博士,副教授,主要從事物理海洋學(xué)方面的教學(xué)和科研工作。