新工科背景下气象信息类跨学科课程建设思考

［摘 要］ 跨学科课程的建设是培养具有跨学科、跨产业、跨界整合能力的复合型新工科人才的必要手段和重要途径。气象信息类课程是气象学科与信息学科交叉融合的跨学科课程，对提高学生的信息素养具有重要意义。通过介绍气象信息类课程体系，分析气象信息类跨学科课程建设对提高气象类专业学员信息素养方面的优势和作用，对跨学科课程建设中存在的问题进行了分析，并从课程内容体系建设、课程教学模式及教学团队建设等方面，对气象信息类跨学科课程建设提出了一点思考和建议。

［关键词］ 新工科；跨学科课程；气象信息课；课程建设

［基金项目］ 2020年度国防科技大学教育教学研究课题“跨学科综合性课程建设研究与实践——气象信息类课程建设研究与实践”（U2020109）

［作者简介］ 周爱霞（1978—），女，山东青州人，博士，国防科技大学气象海洋学院副教授，主要从事气象信息处理研究；李 骞（1980—），男，湖南湘潭人，博士，国防科技大学气象海洋学院副教授，主要从事气象信息智能处理研究；郭酉函（1981—），女，河北邢台人，硕士，国防科技大学气象海洋学院讲师，主要从事信息技术与编辑学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）29-0061-04 ［收稿日期］ 2023-05-16

为应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展等一系列国家战略，2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，全力探索高校教育的中国模式、中国经验［1-3］。新工科与传统工科相比，更强调学科的实用性、交叉性与综合性。跨学科课程的建设和教学改革是实现新工科建设的必要手段和重要途径。西南交通大学、电子科技大学等高校纷纷推出和建设多门跨学科课程，以适应人才培养的新需求［4-6］。

信息素质是气象水文保障人才的核心素质，贯穿于信息采集、传输、处理及预测预报等气象水文保障的各个环节［7］。为更好地提高学员信息素养，国防科技大学气象海洋学院为大气科学、应用气象等多个专业的高年级士官大专、本科开设了“气象信息可视化”“气象水文数据管理”等多门气象信息类跨学科综合性课程，以期通过信息类跨学科课程的开设，提高学员行业信息素养、跨学科思维能力和创新能力［8］。

本文介绍了气象信息类课程体系设计，分析了跨学科课程建设的特点和跨学科课程建设中存在的问题，并对气象信息类跨学科课程建设提出了一点思考，以期为该类型课程的建设和教学提供参考。

一、气象专业信息类课程体系

为提高学员信息素养，为气象专业本科及士官学员开设的信息类课程分为两类两个层次，其中第一层次为基础性通识信息课，主要包括“大学计算机基础”“程序设计基础”“计算机网络基础”等课程。这类课程是大学面向所有专业学员开设的信息类课程，主要侧重于学员对计算机的基本概念、基本原理的理解，使学员具有基本的计算机应用和基础的编程能力，这是所有专业学员都应具备的基本的信息素养。但是，学员仅仅学习基础性通识信息课程，远远无法达到岗位任职所需要的行业信息技能。受专业和总课时的限制，气象类专业无法像计算机专业一样开设大量的计算机类专业课程。因此，在第一层次基础性通识信息课的基础上，开设了“气象水文信息网络工程保障与维护”“气象水文数据管理”“气象信息可视化”等面向岗位需求、提高行业信息技能的岗位信息课程。这些课程以信息技术为支撑，面向气象行业某主题应用，是信息技术与气象学科紧密融合、利用信息技术解决气象领域实际问题的课程，我们称之为岗位信息课。表1为气象专业主要信息类课程体系及课程定位。

二、气象专业岗位信息类课程特点

与普通计算机类课程不同，专业岗位信息课具有以下特点。

（一）直接对接行业应用需求，岗位针对性强

与通识类信息课程及计算机专业开设的信息类课程不同，气象信息类课程通常针对气象行业某个主题应用而开设，如针对气象数据传输需求开设的“气象水文信息网络”课程，课程内容涉及气象水文数据传输所使用的卫星通信网、计算机网络等涉及通信技术的技术。学员通过课程的学习，除了掌握计算机相关的技术外，还能够对该技术在气象领域的应用情况有较为细致的了解。学员在进入工作岗位后，就可以直接进行相应的应用，缩短了将所学知识应用于岗位任职的适应时间。

（二）课程具有跨学科、综合性强等特点

气象信息类课程，一门课程往往涉及多个领域知识，课程综合性强。需要教员打破现有的课程教学的学科界限和壁垒，通过跨学科融合，将不同领域的学科知识、技能以及思维方法整合到教学的实施过程，从整体上建构多学科知识间的有机关联，提高学生综合运用多学科知识观察问题、分析问题和解决问题的能力。

（三）课程应用性强，对学员实际操作能力要求较高

由于气象岗位信息课程面向岗位应用，要求学员通过课程学习，能够解决岗位中面临的实际问题，因此课程对学员的工程实践能力、实际操作能力要求较高，将理论知识转化为实际解决问题的能力的要求较高，这就需要通过一定比例的实践课，帮助学员搭建理论与能力转换的桥梁。

三、气象岗位信息类课程建设面临的困难

（一）教学资源相对匮乏，课程建设难度大

目前，单学科课程资源非常丰富，如“计算机网络”“数据库技术”等课程，全国性MOOC平台及各类网络资源都很丰富。但跨学科的、面向应用的、面向岗位的气象信息类课程非常少，笔者在中国大学MOOC检索发现，该平台目前还没有气象岗位信息类课程开设。通过多种渠道对此类课程教材检索发现，市面上可用的此类教材也几乎无法找到。因此，对于气象岗位信息类课程，从课程内容体系到教材及教学资源等方面均须要从零开始建设，课程建设难度非常大。

（二）对教员素质要求高，教员培养难度大

气象岗位信息类课程是跨学科综合性很强的课程，需要教员具备气象学、计算机科学等多学科的专业知识。但多数教员只具备相对单一的学科专业背景，因此承担气象岗位信息类课程需要多年的积累，教员成长周期长，素质要求高、培养难度大。

（三）教学内容综合知识性强，课程知识跨度大

既要补充部分学员的学科基础短板，又要实现行业应用，这对课程内容组织、教学方法和教学模式带来较大的挑战。如“气象信息可视化”课程，课程重点讲解气象信息可视化方法，而这些可视化方法都需要计算机图形学、图像学、数据结构、程序设计及气象学等相关知识。气象专业学员的计算机知识相对课程中补充相关的基础知识和思维方法，服务于本课程相关问题的解决。整合课程内容，将其有机地结合在一起，对于学员和教员来说，都具有较大的挑战。

四、气象信息类课程建设思考

（一）提炼岗位需求，课程内容深度整合，构建科学的课程内容体系

课程内容是课程教学的基础和核心，气象信息类课程需要克服单一学科教学的孤立性和知识碎片化，形成有机统一、深度融合的课程教学内容体系。

本人所在教学团队，经过多年课程教学实践，探索出了一种“岗位需求分析—专题设计—专题内容梳理—课程内容体系梳理”的四阶段课程内容体系构建方法。岗位需求分析阶段，主要针对气象某一方向或领域的信息应用需求，分析对应岗位上可能承担的主要工作、需要解决的具体问题，明确课程的主要目标，形成内容框架。专题设计阶段，在岗位需求分析基础上，围绕岗位承担的工作或问题，按照其知识体系的内在联系，细分为若干专题。专题内容梳理阶段主要分析每一个专题需要的理论支撑知识，明确支撑专题的理论知识点，并设计专题实验。课题内容体系梳理阶段，在专题内容梳理基础上，梳理多个专题所需的公共的理论支撑，专门提取出来，形成整门课程的理论支撑体系，如图1所示。

按照四阶段课程内容体系构建方法，形成“总—分—总”的课程内容体系。第一个“总”是指课程总体理论基础，是专题顺利展开的基础。“分”是指分专题进行讲解和实验。第二个“总”则是指专题内容完成后，通过串联各专题的较大的课程综合实验，使课程所学的知识得到综合运用，提高学员解决问题的能力。图2为按照四阶段课程内容体系构建方法形成的“总—分—总”的课程内容体系结构。

以“气象信息可视化”课程为例，课程面向气象水文信息装备保障岗位及气象水文信息处理与应用开发岗位，提高学员的气象水文信息可视化系统保障与应用的开发能力。为此，设计了等值线生成、填充图生成、等值面生成、体绘制可视化技术及流场可视化等五个专题，分别对每个专题内容进行梳理和设计，形成每个专题对应专题理论知识体系和专题实验案例。在各专题分析凝练的基础上，梳理多个专题所需的公共的理论支撑，形成课程基础理论部分，主要包括可视化概述、图像学基础等内容。

（二）课上课下、线上线下相结合，探索专题式、问题式、项目驱动式等多元化教学模式

由于课程涉及知识点多，对学员能力要求较高，仅依靠课上时间，往往无法达到目标。激发学员的学习积极性，融合课上课下时间、线上线下资源，对课程实施至关重要。

（三）基于真实案例，聚焦真实问题解决，营造开放包容的学习场域

传统教学方法存在重理论轻实践、重知识轻体验的问题，而实践环节对于促进学员理论知识的内化、提高学员解决问题的能力至关重要。每个专题的教学采用课程实践与理论教学相结合的教学模式，先由教师完成专题相关基础知识的讲解和专题分析，再要求学生在真实的开发环境下，基于真实的案例和数据，完成实验项目。针对学员实践中碰到的问题，鼓励学员相互讨论、查询资料文献并解决问题，对于共性问题，再由教员组织讨论、讲解，并引导解决。

（四）教研用协同互动，构建跨学科课程建设团队和学员指导小组

每位教师都有自己的研究专长，为了满足多学科教学的知识需求，可以探索组建多学科教师教学团队，对于多学科交叉内容进行教学资料共享，共同备课，相互学习；或者探索采用交叉教学的方式，对于侧重某个学科的知识点，邀请本团队具有相关专长的教师进行讲解。

结语

在新工科背景下，积极进行跨学科教育，建设跨学科课程，是培养高素质人才，服务国家人才战略和发展战略的必然要求。我国的跨学科课程还处于起步阶段，跨学科课程是新事物，需要我们在教育教学实践中积极探索，不断优化实施路径，深化改进策略，以促进学生的全面发展。气象信息类具有明显的跨学科课程特点，笔者结合多年教学实践，对课程内容建设、课程教学模式等方面提出了一点思考，以期为该类型课程的建设和教学提供参考。

参考文献

［1］徐雷，胡波，冯辉，等.关于综合性高校开展新型工程教育的思考［J］.高等工程教育研究，2017（2）：6-12.

［2］赵锐，冉武平，吕疆红.“新工科”背景下土木工程设计改革创新探索［J］.环境工程，2022，40（3）：283.

［3］李娅菲.山东省高校新工科建设研究［D］.济南：山东财经大学，2019.

［4］邵丽丽.新工科背景下计算机类专业线性代数课程教学研究［J］.科学咨询，2021（36）：285-286.

［5］张劼.跨学科融合教学的问题与实践［J］.中国教师，2021（9）：65-68.

［6］赵巍，朱逊，叶晓申.新工科背景下跨学科创新能力培养研究［J］.黑龙江教育（高教研究与评估），2022（7）：13-15.

［7］胡友彬，阮鲲，李骞，等.气象水文信息类课程教学模式的探究与实践［J］.课程教育研究（新教师教学），2015（16）：112-113.

［8］郑文，林海波，段慧达，等.应用型本科电气信息类专业“新工科”建设的研究与实践［J］.长春工程学院学报（社会科学版），2022，23（2）：72-75.