王云峰 鄒力

【摘要】研究型教學(xué)，是指教師以課程內(nèi)容和學(xué)員的學(xué)識(shí)積累為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)員創(chuàng)造性地運(yùn)用知識(shí)和能力，自主地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、研究問(wèn)題和解決問(wèn)題，在研討中積累知識(shí)、培養(yǎng)能力和鍛煉思維的新型教學(xué)模式。本文通過(guò)對(duì)研究型教學(xué)模式進(jìn)行探討，并應(yīng)用在“數(shù)值天氣預(yù)報(bào)”課程的教學(xué)實(shí)施中，通過(guò)授課教員有機(jī)整合授課內(nèi)容，有序展開課外創(chuàng)新活動(dòng)，達(dá)到了明顯改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)員創(chuàng)新意識(shí)、提高學(xué)員創(chuàng)新能力的效果。

【關(guān)鍵詞】研究型教學(xué) 數(shù)值天氣預(yù)報(bào) 教學(xué)質(zhì)量 創(chuàng)新能力

【資助課題】國(guó)家自然科學(xué)基金（41375106），江蘇省自然科學(xué)基金（BK20131065）。

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）03-0228-02

一、引言

研究型教學(xué)，也稱研討式教學(xué)，是指教師以課程內(nèi)容和學(xué)員的學(xué)識(shí)積累為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)員創(chuàng)造性地運(yùn)用知識(shí)和能力，自主地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、研究問(wèn)題和解決問(wèn)題，在研討中積累知識(shí)、培養(yǎng)能力和鍛煉思維的新型教學(xué)模式[1]。

研究型教學(xué)的目的，在于培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。用批判的態(tài)度繼承，用創(chuàng)新的精神學(xué)習(xí)，樹立為創(chuàng)新而繼承、為創(chuàng)新而學(xué)習(xí)的精神[2]。與單純的課堂講授教學(xué)模式相比，研究型教學(xué)具有鮮明的特征，并充分體現(xiàn)了創(chuàng)新教育的理念。在研討式教學(xué)中，教師與學(xué)員的關(guān)系逐漸從“主動(dòng)-被動(dòng)”的單向關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)-主動(dòng)”的雙向關(guān)系，學(xué)員可以通過(guò)自主研究與老師的共同探討實(shí)現(xiàn)知識(shí)的獲取和能力的提高。

我國(guó)的高校教育改革始于1998年，高校擴(kuò)招政策使更多學(xué)子有機(jī)會(huì)接受高等教育，保障了廣大人民群眾平等接受教育的權(quán)利，有利于社會(huì)整體素質(zhì)的提高。經(jīng)過(guò)連續(xù)十多年的擴(kuò)招，我國(guó)高校教育的規(guī)模已經(jīng)躍居世界第一，高校教育進(jìn)入了大眾化的階段。為了更好地提升國(guó)民素質(zhì)，高校的學(xué)歷教育不僅是一種知識(shí)的學(xué)習(xí)，而更應(yīng)該是一種思維的訓(xùn)練；不僅是一門科學(xué)技能的鍛煉，而更應(yīng)該是一種創(chuàng)新能力的訓(xùn)練。因此，加強(qiáng)研究型教學(xué)這種教學(xué)模式的應(yīng)用，對(duì)于培養(yǎng)高校學(xué)員的綜合素質(zhì)、提高創(chuàng)新能力具有非常重要的意義。

數(shù)值天氣預(yù)報(bào)是依據(jù)初始時(shí)刻的大氣狀態(tài)，通過(guò)數(shù)值求解大氣運(yùn)動(dòng)方程組預(yù)報(bào)未來(lái)天氣的方法。這種方法無(wú)論是在大氣動(dòng)力學(xué)理論研究還是在業(yè)務(wù)天氣預(yù)報(bào)中都有廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為天氣預(yù)報(bào)現(xiàn)代化的一個(gè)重要方面。開設(shè)《數(shù)值天氣預(yù)報(bào)》課程的目的在于系統(tǒng)地介紹數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的基本原理，模式設(shè)計(jì)和格式構(gòu)造的思路方法，為今后從事這方面的工作準(zhǔn)備必要的基礎(chǔ)[3]。因此，教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)該以研究型教學(xué)為主要手段，遵循實(shí)施素質(zhì)教育、突出創(chuàng)新能力培養(yǎng)的指導(dǎo)思想，使學(xué)員夯實(shí)基本知識(shí)、掌握基本技能、培養(yǎng)基本能力、提高基本素質(zhì)。

本文將研究型教學(xué)模式在《數(shù)值天氣預(yù)報(bào)》課程中的實(shí)際應(yīng)用情況展開分析，并就取得的經(jīng)驗(yàn)及未來(lái)的改進(jìn)途徑展開思考。

二、實(shí)際應(yīng)用情況分析

任課教員結(jié)合《數(shù)值天氣預(yù)報(bào)》課程的特色，通過(guò)在教學(xué)實(shí)踐中不斷摸索，確定了一種以研究型教學(xué)模式為主的教學(xué)模式，既促進(jìn)了教員的進(jìn)步，也明顯提高了教學(xué)效果，培養(yǎng)了學(xué)員的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力。具體體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（一）授課教員自我素質(zhì)的快速提高

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是單向傳授模式，即“教師教什么，學(xué)員就學(xué)什么；教師怎么教，學(xué)員就怎么學(xué)”。研究型教學(xué)模式中，學(xué)員已成為學(xué)習(xí)真正的主人，教員主要的責(zé)任在于更好地引導(dǎo)，特別是在學(xué)員探索未知領(lǐng)域和社會(huì)實(shí)踐等活動(dòng)中，教師更要起到組織、引導(dǎo)、啟發(fā)等作用。換言之，這種教學(xué)模式其實(shí)是對(duì)教員本身的學(xué)識(shí)積累、科研素養(yǎng)等提出了更高的要求。教員除了對(duì)本課程的內(nèi)容有清楚的了解，而且要能夠?qū)⒔滩膬?nèi)容與科學(xué)問(wèn)題有機(jī)結(jié)合，將傳統(tǒng)理論與科研課題相結(jié)合，通過(guò)研討和爭(zhēng)論，形成鮮明的學(xué)術(shù)見解。這樣，才能脫離“照本宣科”，將課講“好”、講“活”，在拓寬學(xué)員知識(shí)面的同時(shí)，啟迪學(xué)員的創(chuàng)新性思維，使學(xué)員能夠自己發(fā)現(xiàn)和提出科學(xué)問(wèn)題，自主獲取知識(shí)。

《數(shù)值天氣預(yù)報(bào)》課程的實(shí)施，需要教員對(duì)差分格式的設(shè)計(jì)、數(shù)值模式的架構(gòu)、濕物理過(guò)程的參數(shù)化方案、初始場(chǎng)的調(diào)整等都要做到了然于心，同時(shí)對(duì)于這些知識(shí)的最新進(jìn)展和科學(xué)前沿，也要非常熟悉，這樣才便于更好地指導(dǎo)學(xué)員。而這些知識(shí)和能力的積累，需要教員參加各種科研項(xiàng)目，通過(guò)積累的科研實(shí)踐、技術(shù)攻關(guān)的豐富經(jīng)驗(yàn)，以研促教、以教促研，從而提高授課質(zhì)量。

（二）授課內(nèi)容的有機(jī)整合

教學(xué)模式的改變必然涉及到教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)整合。我國(guó)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的研究工作開始的比較早，1955年在沒有電子計(jì)算機(jī)的條件下，用圖解法作出了準(zhǔn)地轉(zhuǎn)兩層模式500hPa的24小時(shí)預(yù)報(bào)。在我國(guó)104電子計(jì)算機(jī)研制成功之后，建立在氣象學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)和數(shù)學(xué)緊密結(jié)合基礎(chǔ)上的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。尤其是計(jì)算機(jī)和數(shù)值模式高速發(fā)展的今天，新的技術(shù)和新的方法如雨后春筍般出來(lái)。因此，《數(shù)值天氣預(yù)報(bào)》課程最早使用的教材內(nèi)容，發(fā)展到現(xiàn)在有很多已經(jīng)不適合了。教學(xué)模式的改變，促進(jìn)了教學(xué)內(nèi)容的更新和有機(jī)整合。為此，教員必須非常注重理論內(nèi)容更新，緊密追蹤國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展，并時(shí)刻關(guān)注其他院校的教材更新，力爭(zhēng)將最新的技術(shù)和方法引入到課堂中來(lái)。同時(shí)，對(duì)于《數(shù)值天氣預(yù)報(bào)》課程的內(nèi)容，也必須作出巨大調(diào)整，在遵照“人才培養(yǎng)方案”和“課程標(biāo)準(zhǔn)”的大前提下，對(duì)教學(xué)內(nèi)容按照知識(shí)點(diǎn)群的架構(gòu)進(jìn)行重新組合，以新型氣象保障系統(tǒng)中對(duì)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的要求來(lái)選擇課程內(nèi)容，并以知識(shí)綜合、創(chuàng)新設(shè)計(jì)為原則設(shè)計(jì)各種“小論文”題目，讓學(xué)員通過(guò)圍繞特定主題而展開調(diào)研的方式來(lái)獲得更全面的知識(shí)，通過(guò)撰寫創(chuàng)新研究型的小論文而訓(xùn)練出更全面的能力，通過(guò)辯論和做學(xué)術(shù)報(bào)告來(lái)培養(yǎng)更全面的素質(zhì)。

研究型教學(xué)所傳授的應(yīng)該是活的知識(shí)，是實(shí)際與理論的結(jié)合體，因此授課教員在深刻領(lǐng)會(huì)好“是什么”，“為什么”的同時(shí)，更要從基層臺(tái)站建設(shè)的特點(diǎn)規(guī)律上進(jìn)行思考研究，緊密聯(lián)系基層臺(tái)站的實(shí)際需要，幫助學(xué)員回答好“怎么辦”的問(wèn)題。以數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式的選擇為例，各種不同的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式所需要的計(jì)算資源和資料來(lái)源都有著數(shù)量級(jí)上的差異，對(duì)于總部級(jí)的氣象中心來(lái)說(shuō)，由于超級(jí)計(jì)算機(jī)群和衛(wèi)星接收裝置的配備，運(yùn)行全球模式是可行的，但是對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的臺(tái)站來(lái)說(shuō)，運(yùn)行區(qū)域數(shù)值預(yù)報(bào)模式都可能是奢望，只能運(yùn)行一些簡(jiǎn)單的程序來(lái)進(jìn)行解釋應(yīng)用。所以，在進(jìn)行教學(xué)的過(guò)程中，要針對(duì)不同的情況，作出多種層次的講解和對(duì)比，讓學(xué)員通過(guò)研究型的調(diào)研，具備“舉一反三”多條線路的思考方式，深刻理解學(xué)習(xí)這門課的重要意義和靈活方式，便于將這門課的知識(shí)和技能應(yīng)用于日后的工作之中去。

總之，通過(guò)對(duì)授課內(nèi)容的有機(jī)整合，在課堂中為學(xué)員提供了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、研究和解決問(wèn)題的基本程序，提供了豐富的實(shí)踐機(jī)會(huì)，為學(xué)員在今后工作中開拓創(chuàng)新提供了可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

（三）課外實(shí)踐活動(dòng)的緊密結(jié)合

研究型教學(xué)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是淡化了課內(nèi)課外的時(shí)間觀念，使教學(xué)不再僅僅是課內(nèi)的事。課外實(shí)踐活動(dòng)成為教學(xué)過(guò)程的重要一環(huán)。

1.編寫程序

作為《數(shù)值天氣預(yù)報(bào)》這門課程，其最重要的實(shí)踐活動(dòng)就是編寫數(shù)值預(yù)報(bào)程序。教員根據(jù)教學(xué)進(jìn)展和學(xué)員的基礎(chǔ)，從第一堂課開始，每次課都就布置了相應(yīng)的小程序和小算法的課后編程訓(xùn)練任務(wù)，從水平插值算法、垂直插值算法、迭代計(jì)算、地圖放大系數(shù)、平流差分格式設(shè)計(jì)、變量配置設(shè)計(jì)、守恒差分格式設(shè)計(jì)等等，一直到最后編寫正壓原始方程模式，一步步由淺入深，讓學(xué)員完成了理論知識(shí)的積累和編程能力的鍛煉。

2.圖形顯示

如何將計(jì)算結(jié)果用最合適的方式表現(xiàn)出來(lái)，對(duì)于科技工作者來(lái)說(shuō)也是一個(gè)重要的關(guān)鍵問(wèn)題。所以，教員也注重加強(qiáng)了圖形顯示方面的訓(xùn)練。通過(guò)教員引導(dǎo)，學(xué)員們收集了Grads、NCL、MatLab、Graph、IDL、AutoCAD等多種繪圖軟件，通過(guò)訓(xùn)練學(xué)會(huì)了如何根據(jù)不同的科學(xué)意圖，合理地去使用它們，從而最有效地表達(dá)出最好的效果。根據(jù)教員和學(xué)員的努力，總結(jié)出如下一套畫圖的經(jīng)驗(yàn)：

（1）圖想表達(dá)什么，就要讓人一眼看出；

（2）真實(shí)地表達(dá)資料，不要隨便插值。最大、最小值要反映出來(lái)，特殊處理要說(shuō)明；

（3）小值用淺色，大值用深色，顏色變化應(yīng)該是連續(xù)的；

（4）出圖的大小與出版的大小應(yīng)該差不多；

（5）等值線、XY軸的字都必須清晰可見，大小應(yīng)該為12號(hào)；

（6）每個(gè)圖的圖解都要寫清楚，圖解中不需要寫畫圖目的和討論內(nèi)容。

3.創(chuàng)新活動(dòng)

教員充分利用學(xué)校組織的大學(xué)生科技競(jìng)賽這個(gè)平臺(tái)，根據(jù)學(xué)員的特點(diǎn)和能力，進(jìn)行個(gè)性化的教學(xué)和培養(yǎng)，積極撰寫科技小論文。

大學(xué)生科技競(jìng)賽的選題可以來(lái)源于學(xué)科研究熱點(diǎn)問(wèn)題，也可以來(lái)自相關(guān)業(yè)務(wù)實(shí)踐工作的需求。例如結(jié)合北京2008年的奧運(yùn)會(huì)氣象保障，進(jìn)行數(shù)值模擬和天氣預(yù)報(bào)保障研究；結(jié)合影響中國(guó)的登錄臺(tái)風(fēng)個(gè)例，進(jìn)行臺(tái)風(fēng)路徑的數(shù)值模擬和機(jī)理分析研究；結(jié)合北京“721”暴雨事件，進(jìn)行暴雨個(gè)例的模擬與暴雨機(jī)理的分析研究；等等。通過(guò)競(jìng)賽，使學(xué)員訓(xùn)練了科研能力，增強(qiáng)了自信感。

課堂不僅是學(xué)習(xí)的基地，也是研究的基地，更是出現(xiàn)創(chuàng)新思想的基地。在實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)中，教員要充分利用大學(xué)生科技競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)等契機(jī)，吸收學(xué)員參與科研，有利于學(xué)員們溫故知新，無(wú)形之中加深了對(duì)理論的理解，鞏固了所學(xué)知識(shí)。另外，通過(guò)參與科研活動(dòng)，可以使學(xué)員有機(jī)會(huì)接觸專業(yè)領(lǐng)域的最新動(dòng)態(tài)，了解科技前沿和發(fā)展趨勢(shì)，激勵(lì)進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究的興趣，培養(yǎng)他們理論聯(lián)系實(shí)際的能力以及團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和精神。

（四）總結(jié)及思考

研究型教學(xué)模式的應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)的工程，涉及到教員自身素養(yǎng)的不斷提高、課程內(nèi)容的有機(jī)整合、課外實(shí)踐活動(dòng)的緊密結(jié)合等。但是，在教學(xué)過(guò)程中，還需要考慮學(xué)員有效學(xué)習(xí)、研究時(shí)間的保證，科研場(chǎng)所和硬件條件的保證等實(shí)際存在的困難。因此，還需要不斷摸索開展研究型教學(xué)的有效途徑，做到理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，不斷提高學(xué)員的綜合素質(zhì)，為國(guó)家培養(yǎng)更多的人才。

參考文獻(xiàn)：

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