中高層大氣物理教學(xué)中的體會(huì)

中高層大氣物理教學(xué)中的體會(huì)摘要：在高校和科研院所中，研究生的本科專業(yè)背景往往有較大差異，如何給研究生上好一門(mén)專業(yè)課，既要達(dá)到研究生教學(xué)的深度，把知識(shí)點(diǎn)講深講透，又要把學(xué)生講懂，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，這是需要授課教師不斷思考和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的。該文講述了作者在給空間天氣學(xué)專業(yè)研究生上《中高層大氣物理學(xué)》這門(mén)專業(yè)課時(shí)思考和總結(jié)得到的一些方法和經(jīng)驗(yàn)，提出要一方面聯(lián)系學(xué)生的本科專業(yè)背景進(jìn)行教學(xué)，消除學(xué)生跨專業(yè)學(xué)習(xí)的精神負(fù)擔(dān)；另一方面要將課程內(nèi)容聯(lián)系同學(xué)們感興趣的自然現(xiàn)象和生活中發(fā)現(xiàn)的一些具體事件，充分利用多媒體手段，幫助學(xué)生理解抽象的物理過(guò)程和概念，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。關(guān)鍵詞：中高層大氣物理研究生專業(yè)背景教學(xué)中圖分類號(hào)：G64文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2015）03（c）-0156-02由于現(xiàn)階段研究生入學(xué)考試的跨專業(yè)現(xiàn)象越來(lái)越普遍，且也存在專業(yè)調(diào)劑的情況，因此在給研究生一年級(jí)的學(xué)生上專業(yè)課的時(shí)候，往往要面對(duì)本科專業(yè)背景各不相同的學(xué)生，例如有的學(xué)生本科是材料科學(xué)專業(yè)，有的是氣象學(xué)專業(yè)，有的是物理學(xué)專業(yè)。俗話說(shuō)：“隔行如隔山”，由于沒(méi)有相關(guān)專業(yè)的知識(shí)背景，他們?cè)诮邮苄聦I(yè)知識(shí)時(shí)往往感覺(jué)比較吃力，進(jìn)而對(duì)研究生專業(yè)失去了主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情和興趣，如何聯(lián)系學(xué)生們以前的專業(yè)背景來(lái)講授新知識(shí)，這是教學(xué)中需要解決的問(wèn)題。另一方面，《中高層大氣物理學(xué)》這門(mén)專業(yè)課在空間天氣學(xué)專業(yè)中占有特殊的重要地位，這是因?yàn)橹懈邔哟髿猓ò婋x層）是空間天氣學(xué)領(lǐng)域中與人類生產(chǎn)生活聯(lián)系最緊密的部分：從生態(tài)環(huán)境角度來(lái)看，主要存在于低平流層內(nèi)的臭氧強(qiáng)烈地吸收了來(lái)自太陽(yáng)的紫外輻射，保護(hù)著地球生物圈的安全，并影響局部或全球氣候；從航天方面來(lái)看，中高層大氣是各種航天器的通過(guò)區(qū)和低軌航天器的駐留區(qū)，該高度上的大氣暫態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)飛行器的安全與精確入軌具有重要影響。熱層是低軌道衛(wèi)星和空間站運(yùn)行的主要場(chǎng)所，它的結(jié)構(gòu)和變化特性對(duì)保障空間飛行器安全、延長(zhǎng)軌道壽命等都有重要意義；從通訊方面看，電離層會(huì)與電磁信號(hào)發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，顯著影響電磁波的傳播?？梢钥闯觯@門(mén)課所學(xué)知識(shí)既有助于科學(xué)研究，也在航天工程、導(dǎo)航通訊等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，因此不能泛泛而談進(jìn)行科普式的教學(xué)，而必須把知識(shí)講深、講懂、講透，如何利用這門(mén)課的這些特點(diǎn)激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，這是教學(xué)工作中的另一個(gè)難點(diǎn)。該文主要介紹作者在講授空間天氣專業(yè)研究生課程《中高層大氣物理學(xué)》中的一些方法和經(jīng)驗(yàn)，概括起來(lái)就是既要聯(lián)系學(xué)生本科的專業(yè)背景，又要聯(lián)系同學(xué)們感興趣的自然現(xiàn)象和實(shí)際生活中發(fā)生的相關(guān)的具體事件，進(jìn)而達(dá)到消除學(xué)生跨專業(yè)學(xué)習(xí)的消極心理暗示，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性的目的。方法和經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系學(xué)生本科專業(yè)背景。本科專業(yè)知識(shí)背景對(duì)學(xué)生們而言是一筆寶貴的財(cái)富，現(xiàn)在他們進(jìn)入研究生學(xué)習(xí)階段，由于跨專業(yè)考研或者專業(yè)調(diào)劑等一些原因，他們其中不少人要面臨一個(gè)新專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，并且他們對(duì)這個(gè)新專業(yè)往往不太了解。如果這時(shí)候教師們脫離他們的知識(shí)背景來(lái)講授新專業(yè)的知識(shí)，這就好比是讓這些學(xué)生走下原來(lái)爬上的一座山峰，而去攀登另一座陌生的山峰。在這種情況下，學(xué)生很難具有主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，一方面因?yàn)樗麄儾簧岬米呦略瓉?lái)的山峰；另一方面他們也對(duì)將要攀登的陌生山峰有一種淺淺的恐懼，不知道自己能爬到多高。這時(shí)候就需要教師改變教學(xué)的策略，盡量把講授的內(nèi)容和和學(xué)生的本科的專業(yè)背景聯(lián)系起來(lái)，讓學(xué)生覺(jué)得將要攀登的不是一座新的陌生山峰，而是與原來(lái)山峰相連的山脈。這樣就有效減輕了同學(xué)們的心理負(fù)擔(dān)，也調(diào)動(dòng)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)積極性。例子：班上有一位本科材料學(xué)專業(yè)背景的學(xué)生，對(duì)空間天氣專業(yè)了解甚少。在調(diào)劑進(jìn)入空間天氣專業(yè)攻讀研究生后學(xué)習(xí)提不起興趣，自己心理壓力也較大。而中高層大氣物理學(xué)課程中有一部分內(nèi)容是講授中高層大氣成分（主要是氧原子）對(duì)航天器表面材料的腐蝕作用，于是我提前一次課讓這個(gè)學(xué)生準(zhǔn)備，讓他來(lái)給大家講這部分內(nèi)容。沒(méi)想到這個(gè)學(xué)生非常樂(lè)意的接受了，并且在課后做了充分的準(zhǔn)備，不僅把他以前的一些專業(yè)知識(shí)用上了，還主動(dòng)去調(diào)研了一些新的內(nèi)容，主動(dòng)把他的專業(yè)知識(shí)與現(xiàn)在學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行聯(lián)系。等他上課講的時(shí)候，就講得非常好，把中高層大氣中的氧原子和高能粒子對(duì)航天器表面材料的腐蝕講得既專業(yè)又通俗易懂，圖文并茂，其中某些圖是自己本科做實(shí)驗(yàn)時(shí)候的結(jié)果圖，臺(tái)下的同學(xué)們也不自覺(jué)的被代入了，聽(tīng)得都很認(rèn)真，課堂氣氛輕松活躍，達(dá)到了很好的教學(xué)效果。聯(lián)系同學(xué)們感興趣的自然現(xiàn)象和生活中相關(guān)的熱點(diǎn)事件。中高層大氣中有許多美麗的自然現(xiàn)象，又與人類的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，中高層大氣是各種航天器的通過(guò)區(qū)和低軌航天器的駐留區(qū)，這是中高層大氣的一個(gè)重要特點(diǎn)，也是我們?cè)谥v中高層大氣物理這門(mén)課時(shí)可以充分利用的一個(gè)地方。另外，現(xiàn)在學(xué)生通過(guò)上網(wǎng)、看電視等渠道了解社會(huì)新聞熱點(diǎn)的機(jī)會(huì)也很多。因此，把上課講授的知識(shí)和生活中發(fā)生的同學(xué)們感興趣的具體現(xiàn)象和事件聯(lián)系起來(lái)，充分利用多媒體手段進(jìn)行教學(xué)，這有助于學(xué)生理解抽象的知識(shí)，也有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。例子：利用自然界的極光現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生們的興趣并理解相關(guān)物理過(guò)程。極光出現(xiàn)于地球的高磁緯地區(qū)上空的中高層大氣區(qū)域，是一種絢麗多彩的發(fā)光現(xiàn)象。其成因是來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)或地球磁層的高能帶電粒子被地磁磁場(chǎng)捕獲，便沿著地球磁力線高速進(jìn)入到南北磁極附近的中高層大氣中，與該區(qū)域的氧原子、氮分子等中性氣體分子或原子碰撞，使這些分子和原子電離或激發(fā)而產(chǎn)生的。極光顏色多彩形態(tài)多變，被視為自然界中最漂亮的奇觀之一，經(jīng)常出現(xiàn)在人類的各種神話和傳說(shuō)中，被人類附上了許多美好的愿望和祝福。班上的同學(xué)們雖然沒(méi)人見(jiàn)過(guò)真實(shí)的極光，但是通過(guò)文字、照片、歌曲、視頻等途徑都對(duì)極光現(xiàn)象有所了解，并對(duì)其充滿了好奇和向往。其實(shí)，極光現(xiàn)象正是太陽(yáng)風(fēng)和地球磁層能量進(jìn)入地球中高層大氣的最重要的方式之一——“粒子沉降”。因此，在上課的時(shí)候我給同學(xué)們一邊播放極光的視頻，一邊對(duì)粒子沉降的相關(guān)物理過(guò)程進(jìn)行講解，利用極光的美麗和神秘感吸引同學(xué)們的注意力，然后抓住時(shí)機(jī)把現(xiàn)象與物理過(guò)程相聯(lián)系起來(lái)，建立了從現(xiàn)象到理論的橋梁，讓同學(xué)們對(duì)相關(guān)物理現(xiàn)象有了直觀的感受，對(duì)相關(guān)物理過(guò)程有了深刻的理解。例子：利用航天器成功返回來(lái)講授大氣阻力作用和“黑障區(qū)”的概念。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，航天技術(shù)的發(fā)展是國(guó)際上的一個(gè)熱點(diǎn)，同學(xué)們對(duì)航天器載入返回的知識(shí)有比較濃厚的興趣，也通過(guò)自己上網(wǎng)看新聞積累了一點(diǎn)點(diǎn)的相關(guān)背景知識(shí)。在上課的過(guò)程中，我給同學(xué)們播放了航天器再入返回的視頻，整個(gè)再入返回過(guò)程就是航天器穿越中高層大氣進(jìn)入低層大氣最后著陸的過(guò)程。結(jié)合視頻的播放，對(duì)中高層大氣的密度、成分隨高度的分布進(jìn)行講解，給同學(xué)們很直觀的感受。當(dāng)航天器進(jìn)入一定高度范圍內(nèi)時(shí)，由于和大氣摩擦，航天器表面會(huì)形成一個(gè)等離子體層，從而干擾了航天器和外界的電磁波通訊，而由于高度還比較高，地面的光學(xué)觀測(cè)設(shè)備還無(wú)法捕捉到飛船的蹤跡，因此在這個(gè)高度范圍內(nèi)，航天器就像“消失”了一樣，既無(wú)法聯(lián)系上，也觀察不到，這個(gè)高度范圍就是“黑障區(qū)”，“黑障區(qū)”的存在也給航天器著陸區(qū)的預(yù)測(cè)增加了難度。在視頻播放中，同學(xué)們很直觀的看到了“黑障區(qū)”的存在，結(jié)合理論知識(shí)的講解，使同學(xué)們對(duì)“黑障區(qū)”的概念、形成原因、影響等各方面都有了比較深入的認(rèn)識(shí)。通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，不僅使同學(xué)們能更好的接受抽象生疏的知識(shí)，同時(shí)也在很大程度上激發(fā)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣和熱情。在高?；蚩蒲性核o研究生一年級(jí)學(xué)生上課的時(shí)候，由于跨專業(yè)考研和專業(yè)調(diào)劑等方面的原因，老師往往要面對(duì)的是本科專業(yè)背景各不相同的學(xué)生，如果只是一味泛泛教學(xué)、科普式教學(xué)，不僅無(wú)法完成研究生教學(xué)的深度要求，而且對(duì)于那些已經(jīng)有相關(guān)專業(yè)背景的同學(xué)來(lái)說(shuō)在一定程度上是浪費(fèi)時(shí)間；而如果一味把知識(shí)講專講深，那些沒(méi)有相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)的同學(xué)接受起來(lái)又有困難，進(jìn)而影響他們的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)的效果也肯定不會(huì)理想。因此，在講授課程的過(guò)程中，既要把專業(yè)知識(shí)講深，也要把學(xué)生講懂。筆者在講授空間天氣學(xué)專業(yè)研究生課程《中高層大氣物理學(xué)》的過(guò)程中積累了一些體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，主要是在授課的過(guò)程中積極尋找與學(xué)生本科專業(yè)相關(guān)的聯(lián)系點(diǎn)，消除學(xué)生對(duì)新專業(yè)的陌生感；另外，多將上課知識(shí)聯(lián)系同學(xué)們感興趣的自然現(xiàn)象和社會(huì)上、國(guó)際上發(fā)生的相關(guān)的具體事件，建立現(xiàn)象到理論的橋梁，幫助學(xué)生理解抽象的物理概念和復(fù)雜的物理過(guò)程，并讓學(xué)生們更好的了解上課的意義和理論知識(shí)在