大气科学一流学科建设中实验教学体系的重构与提升

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2025）13-0026-06

（1.兰州大学大气科学学院，兰州730000；2.兰州大学大气科学实验教学中心，兰州730000）

Abstract：Experimentalteachingplaysacrucialroleinthecultivationsystemofatmosphericsciencetalents.Afteryearsof practiceandexploration，theColegeofAtmosphericSciencesinLanzhou Universityhasformedasetofuniqueexperimental teachingsystem，whichhasbecomeakeypionrfortheconstructionofFirst-classDisciplinesinatmosphericscience.Inecent years，itisevenmorecourageoustostandintheforefront，rganizeandundertakethenationaljointintershipandscientific investigationforundergraduatestudentsofatmosphericscience，whichhasplayedagoodleadinganddemonstrationefectinthe practicalteachingofatmosphericscienceinChina.Meanwhile，withtherapiddevelopmentof theoreticalresearchandnumerical simulationinatmosphericscience，andthepromotionoftheconstructionofnational"DoubleFirst-classInitiative"，Lanzhou Universityactivelyintegratestheinformationtechnologysuchasvirtualsimulationanddigitization，combinestheadvantagesof Chineseandforeigntop-notchstudentscultivationmodes，andcariesoutacomprehensivereformandreconstructionof the experimentalteachingsystem.Thisinnovativeinitiativenotonlysignfcantlyimprovesthequalityofteaching，butalsomakesan importantcontribution totheconstructionofChina'satmosphericsciencetop-notch innovative talents trainingsystem.

Keywords：atmosphericscience;experimentalteaching;doublefirst-classinitiative;informatization;reformandreconstruction

大气科学是一门实践性很强的学科，主要针对大气中的各种气象要素（温、压、湿和风等）物理现象（声、光、电等）以及天气、气候事件等，研究各种大气物理、化学、动力和热力学过程及其相互作用，揭示大气运动、天气演变和气候变化的规律，提高对各类灾害性天气气候事件的预警预报能力的学科。大气科学的研究离不开对大气中各类现象和气候特征的实际观测和记录，这就要求综合实践教学必然在整个大气科学人才培养体系中承担着至关重要的角色，不仅能够促进学生将课堂教学的理论知识与自然界中的大气现象及其变化规律等进行有机融合，而且有助于激发学生探索大自然奥秘的兴趣、提高学生对大气科学专业知识的认识和理解，为我国气象事业的高质量发展培养优秀的专业人才。近年来，在全球变暖的背景下，大气科学已经成为地球科学最活跃的分支学科之一，随着大气探测技术和数值模拟水平的突飞猛进、信息技术的飞速发展以及学科交叉的深入，大气科学学科的教学已经进入了一个崭新的历史发展时期。

兰州大学气象人才培养始于1958年成立的气象学教研组，至今已有六十余载的历史，1971年正式创办气象学专业，丑纪范先生担任教研室主任，1987年成立独立的大气科学系，2004年成立我国高校第一个独立的大气科学学院，掀开了兰州大学大气科学发展史上新的一页（https：//atmos.lzu.edu.cn，学院概况）。学院遵循“因地制宜、合理定位，将地域劣势转化为科研和人才培养优势，办出区域特色"的发展理念，在本科教学当中非常重视实践教学体系的建设，依托局校合作，通过多年的实践和探索，搭建起了一套完整的、独具特色的大气科学实践教学体系，为国家培养了大批优秀人才，尤其在中西部地区气象人才的培养中发挥着无可替代的作用。

20世纪90年代以来，随着大气探测技术的提高、计算机运算能力的提升以及对大气科学理论研究的深入，大气数值模式和模拟能力得到迅速发展，从中尺度数值模式到区域气候模式乃至全球大气环流模式与模拟系统都已发展得相当先进[3-5]，并在世界范围内获得了广泛使用，对一些典型的极端天气气候事件、区域气候特征以及全球大气环流及气候变化均能够达到很好的模拟效果，这对我们深入理解各种天气气候事件的形成过程及其物理机制提供了极大的帮助。进入21世纪，信息技术和虚拟仿真技术取得了飞速发展，随着国家教育部门对虚拟仿真实验的大力推进，如何将最新的科研成果与虚拟仿真技术进行深度融合已经成为新时代教育教学体系变革的重要方向。

2017年兰州大学大气科学人选国家一流学科建设名单，并保持强劲的发展势头，相继于2019年成为教育部首批“双万工程"国家级一流本科专业建设点，2022年再度人选第二轮一流学科建设名单，标志着学院发展迈人新时代。面对这一新机遇，如何高效融合新技术、新方法于大气科学实验教学之中，成为推进一流学科建设与教育创新的关键。特别是在信息化时代背景下，通过积极探索利用虚拟仿真技术，将典型天气现象、气候事件及最新科研成果即时融入实践教学，激发学生对大气科学专业知识的深度理解与掌握，提升教学质量，同时拓宽科学知识的传播渠道，这一系列创新举措有效保障了大气科学人才培养质量的不断提高，学院就业率位居兰州大学前列，升学率（读研）持续提升，2023年超过 6 0 % ，同时也有效促进了大气科学实验教学体系的重构，提升了兰州大学在全国大气科学实验教学方面的引领和示范效应。

因此，本文将系统总结兰州大学大气科学传统实验教学体系的建设成果，重点梳理一流学科建设背景下，将大气科学的实验教学与虚拟仿真技术融入实践教学，从而实现大气科学实验教学体系的重构，提升大气科学拔尖创新人才培养质量，为国家建设添砖加瓦。

一大气科学实验教学体系的建设与改革

为了提高学生的理论联系实际、学以致用的能力，不断提高人才培养质量，兰州大学大气科学学院长期以来一直大力支持实践教学体系的建设和探索，一方面，不断加强对学生实习实践的支持力度，搭建一流的大气科学专业实习平台，现已建成大气科学专业实验室4个，标准气象观测场1个，校内气象台1个，与甘肃省气象局合作共建"兰州天气气候联合研究与实训中心”1个。与此同时，不断加强实验教学比重，本科生实践教学的课时量达到了总课时的 2 9 % 。另一方面，依托“局校合作”，不断加强与国家级一省级一市级一县级气象局的合作，目前已经与11省26市气象局共建了实习基地，有效丰富和完善了大气科学野外实践教学平台的建设。依托完备的校内和校外实验教学平台和基地，学院逐渐建立起了由大气科学校内实验教学和野外综合实践相结合的实验教学体系，使理论教学与实验教学有机融合，让学生对从大气探测仪器工作原理和操作到现代天气预报的制作都有了充分的认识，有效提升了本科生对大气科学专业知识的理解和综合运用能力，为搭建具有完整体系的高水平大气科学人才培养模式、提高人才培养质量奠定了坚实的基础。以此为依托，学院除开设与理论课程相配套的实验课程外，还专门为本科高年级学生设置了为期两个月的大气科学综合实习，包括校内实验教学（6星期）和野外综合实践（1＼～2星期）。

（一）知行并进，实验教学体系的探索与建设

为了适应教学需要和发展，学院经过长期以来的积极探索与实践，直到2010年前后，建立起了一套包括多个方向（天气分析预报、大气探测与遥感、大气化学和大气数值模拟）多个层次（基础训练性实验、综合性实验、创新设计性实验）多种方式（传授型实验教学、开放自主型实验教学、研究型实验教学）相结合的“  特色实验实习教学体系，表1是校内综合实习开展的主要实习项目及实习目标，通过“  实验教学体系的多层次、多方式相结合的综合训练，有效提高了学生对不同专业课程基础知识之间联系的认识，提高了对专业知识的综合运用能力。

近年来，随着大气科学一流学科建设，在此基础上我们进一步拓展并完善，逐渐形成了新的实验教学体系，如图1所示，通过“五位一体-四维实训-五种形式”相结合的方式，全面提升学生理论联系实际的能力，有效培养学生的科学思维和创新意识，提高其发现问题、分析问题和解决问题的综合能力。

根据学科特点，为了帮助本科生熟练掌握气象业务知识，适应新形势下气象部门对学生动手能力及创新能力的需求，了解气候变化的危害并增强环境保护意识，保证“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的推进，除校内的合实习外，学院长期坚持为高年级本科生开展大气科学野外综合实践，不断加强局校合作，搭建“省一市一县全体系"大气科学野外实习基地与全国气象科普教育基地等相结合的实习实践平台，通过野外实习实践和综合考察（图2），有效增强了学生的动手能力和专业知识综合应用能力，培养了学生的吃苦耐劳和团结协作精神，激发学生的创新意识。

大气科学野外实习实践和综合考察主要内容：① 熟悉不同等级气象局（国家、省、市、县）的基本职能、天气预报的制作流程、会商过程中对天气形势的分析； ② 掌握不同观测台站的基本功能、观测项目、观测流程、数据的收集、整理和发报； ③ 了解人工影响天气、气象服务（农业、防雷、防雹等）和短期气候预测；④ 考察沿途地貌与气候特征，观测和记录特殊地形条件下气象要素，并思考不同地区的大气状况与气候条件对当地自然风貌、传统人文景观（包括人文、历史、传统文化等）的影响。

为了大幅提升野外综合实习的教学效能，我们秉持“因地制宜、合理定位，将地域劣势转化为科研和人才培养优势，办出区域特色"的发展理念，深度挖掘甘肃省地处黄土高原、青藏高原与蒙古高原交汇处的独特地理优势，其地形狭长、地貌复杂多变，气候类型从亚热带季风气候到温带季风气候、温带大陆性干旱气候乃至高原山地气候一应俱全，为气象教育与科研提供了丰富的自然样本。在此基础上，我们综合考量省、市、县各级气象部门职能，以及国家基准气候站、基本气象站、一般气象站等不同类别台站的布设与观测需求，结合大气科学的学科特性，博采众长，精心规划。历经数载不懈探索与实践，我们成功地将这些复杂地域特征与气候条件转化为人才培养的强劲动力，打造出三条经典度并且独具特色的野外综合实习线路，如图3所示，沿祁连山脉的河西走廊线路、青藏高原及其东麓线路，以及展现西北内陆高原特征的河套平原线路。这些线路不仅充分展示了甘肃省地域与气候的多样性，更彰显了我们在人才培养上的创新思维与实践成果，成功实现了地域劣势向人才培养优势的华丽转身，为大气科学领域培育了一批兼具深厚理论功底与丰富实践经验的杰出人才。