《雷電學(xué)原理》課程建設(shè)與發(fā)展

譚涌波

摘要：《雷電學(xué)原理》課程是雷電科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，涵蓋了晴天大氣電場、雷電原理、雷電探測技術(shù)以及雷電氣候?qū)W等大氣電學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識，適用于大專、本科、研究生等各個層級的水平教育。本文研究了《雷電學(xué)原理》》這門課程的設(shè)置背景、課程目的、教學(xué)特點(diǎn)、師資培養(yǎng)、教材使用及建設(shè)，以及未來的發(fā)展規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：雷電學(xué)原理；課程建設(shè)；發(fā)展規(guī)劃

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）33-0202-02

閃電是自然界最壯觀的大氣現(xiàn)象之一，伴隨著聲、光、電等形式物理現(xiàn)象的發(fā)生。它是世界上十大自然災(zāi)害之一，并且發(fā)生的頻率較高，給社會經(jīng)濟(jì)和人民生命財產(chǎn)帶來了巨大的損失。特別是近年來，隨著社會的發(fā)展，信息系統(tǒng)在人類社會中扮演了越來越重要的角色，而如何規(guī)避自然雷電對電力、信息系統(tǒng)的危害就成為日益突出的問題。為了最大限度地減少雷電災(zāi)害帶來的損失，近年來我國各地區(qū)氣象部門已經(jīng)廣泛開展了防雷工作，建立了一支防雷專業(yè)隊(duì)伍，擴(kuò)大了氣象服務(wù)的內(nèi)容。與此同時，防雷隊(duì)伍專業(yè)素養(yǎng)欠缺，對雷電物理過程認(rèn)知的缺乏，高層次技術(shù)人才匱乏等問題日益凸顯。作為中國氣象人才培養(yǎng)的搖籃，前身為南京氣象學(xué)院的南京信息工程大學(xué)經(jīng)過多年的籌備和發(fā)展，在全國范圍內(nèi)建立了國內(nèi)唯一一所雷電專業(yè)人才培養(yǎng)本科、碩士、博士各層次齊全的專業(yè)——雷電防護(hù)科學(xué)與技術(shù)。而其中《雷電學(xué)原理》作為該專業(yè)的學(xué)位基礎(chǔ)課程，其重要性也不言而喻?！独纂妼W(xué)原理》全方面講述了雷暴云的生消演變、云中的電荷結(jié)構(gòu)以及起電、放電等過程的理論基礎(chǔ)以及物理機(jī)理，并就當(dāng)前閃電定位技術(shù)、人工引雷技術(shù)等雷電科研業(yè)務(wù)領(lǐng)域中的主要手段進(jìn)行了全方面的介紹?！独纂妼W(xué)原理》這本教材的出現(xiàn)，不僅填補(bǔ)了我國在大氣電學(xué)、雷電物理等專業(yè)領(lǐng)域中系類教材缺乏的空白，也是高等院校大氣科學(xué)、雷電防護(hù)專業(yè)的教科書，同時也可以為從事雷電防護(hù)與工程檢驗(yàn)、風(fēng)險評估、雷暴檢測預(yù)警的專業(yè)技術(shù)人員提供參考。結(jié)合學(xué)校辦學(xué)定位，根據(jù)“重視基礎(chǔ)理論，突出主干課程，拓寬專業(yè)口徑，強(qiáng)化能力培養(yǎng)，立足于培養(yǎng)高層次、應(yīng)用型創(chuàng)新人才”的指導(dǎo)思想，確定《雷電學(xué)原理》課程是專門面向雷電科學(xué)與技術(shù)專業(yè)函授、專科、本科多層次水平教育的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。按照教學(xué)層次的不同要求、考慮到雷電防護(hù)事業(yè)的蓬勃發(fā)展以及雷電原理理論的不斷更新，在教學(xué)實(shí)踐中，應(yīng)不斷地對教學(xué)大綱以及計(jì)劃進(jìn)行相應(yīng)的修改。

一、課程目的

《雷電學(xué)原理》課程建設(shè)和改革應(yīng)以“學(xué)生為本”的理念，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)學(xué)生課堂反饋的信息以及國內(nèi)外最新的研究動態(tài)積極調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。該課程從基礎(chǔ)的電學(xué)原理開始，由淺入深，系統(tǒng)地介紹了晴天大氣過程、雷暴云的形成分類、雷暴云中的微物理過程、雷暴云中的電荷結(jié)構(gòu)以及相對應(yīng)的起電機(jī)制，重點(diǎn)介紹了閃電放電的分類、基礎(chǔ)理論、觀測結(jié)果以及物理效應(yīng)，雷電的探測原理、人工引雷技術(shù)，雷電的氣候特征和全球大氣電路等。在備課時應(yīng)時刻關(guān)注國外最新的、具有代表性的研究結(jié)果，反映當(dāng)前學(xué)科的最新成果和雷電的新進(jìn)展，如閃電最新的起、放電過程研究，閃電的電磁輻射，閃電的最新定位技術(shù)、人工引雷技術(shù)等。在具體制定教學(xué)大綱中體現(xiàn)如下基本原則：了解晴天大氣過程、雷暴云的生消過程，全面了解雷暴云中各種電荷結(jié)構(gòu)以及相對應(yīng)的起電機(jī)制，能夠掌握雷暴云電荷的基本結(jié)構(gòu)，地閃和云閃的放電過程，了解國內(nèi)外雷電監(jiān)測原理和方法的發(fā)展現(xiàn)狀，能對其工作原理有大致的了解，了解人工引雷技術(shù)的原理，知道人工引雷技術(shù)的前景和應(yīng)用，并對雷電的氣象、氣候特征以及全球電路有基本了解。在教授學(xué)生基本的云中電荷結(jié)構(gòu)、起電機(jī)制、閃電放電行為以及雷電探測技術(shù)的同時，重在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會在課堂教學(xué)之余，如何通過自我查閱文獻(xiàn)了解雷電物理最新的發(fā)展現(xiàn)狀。培養(yǎng)學(xué)生的基本科學(xué)素養(yǎng)、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)雷電的興趣、增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。掌握雷電的基本電荷結(jié)構(gòu)、起電機(jī)制、放電過程以及雷電檢測方法，掌握雷暴的氣候特征，對氣象部門開展雷電防護(hù)以及雷災(zāi)事故調(diào)查等具體工作具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

二、教學(xué)特點(diǎn)

在教學(xué)過程中采用案例教學(xué)結(jié)合討論的方法，在教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生對具有代表性的典型案例進(jìn)行有針對性的分析和討論，這不僅拓寬了學(xué)生的思維空間，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還提高了學(xué)生的思考判斷能力，使學(xué)生的綜合素質(zhì)得到一定的提升。學(xué)生通過討論進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在小組或團(tuán)隊(duì)中學(xué)會如何溝通、分工、合作從而共同解決相對應(yīng)的問題，讓所有的人都能參與到明確的集體任務(wù)中，培養(yǎng)了學(xué)生思維表達(dá)能力以及促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中多使用PowerPoint、錄像等現(xiàn)代化教學(xué)手段，以播放表格、圖像、動畫，視頻等為方式，給學(xué)生提供大量生動、易接受的信息，提高學(xué)生的興趣，使教學(xué)過程更加形象、生動。在課堂上為學(xué)生展示雷暴云中的電荷分布、起電機(jī)制以及放電過程，讓學(xué)生對此課程有更感性的認(rèn)識，加深對課程內(nèi)容的理解。與此同時，通過各種渠道，大量收集實(shí)際的雷電光學(xué)觀測、電磁場觀測資料，并利用數(shù)值模式結(jié)合數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)，給出雷暴云內(nèi)及動力-微物理的動態(tài)演示，以及雷暴云中電荷結(jié)構(gòu)，閃電行為的時空演變，加深學(xué)生對實(shí)際雷云過程的感性認(rèn)知，激發(fā)學(xué)生對自然現(xiàn)象的濃厚興趣。在課程講解過程中，注意與當(dāng)前最新研究動態(tài)的聯(lián)系，以及將一些理論知識融入到日常生活的案例中，提高學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際的能力，綜合培養(yǎng)學(xué)生全方面的能力。

三、師資培養(yǎng)

目前該教學(xué)隊(duì)伍已形成了以課程組負(fù)責(zé)人為核心，骨干教師為主要教學(xué)力量，助教和研究生為輔導(dǎo)教師的教學(xué)水平較高、經(jīng)驗(yàn)豐富的教師梯隊(duì)，并外聘了幾名國內(nèi)著名的雷電物理專家。在師資隊(duì)伍培養(yǎng)方面，主要有以下措施：一方面，通過多種方式，走出去或請進(jìn)來，將校內(nèi)培訓(xùn)與校外培訓(xùn)、學(xué)歷補(bǔ)償與素質(zhì)提高相結(jié)合，進(jìn)一步提高廣大教師的教學(xué)能力和教學(xué)水平，不斷更新教師隊(duì)伍的知識結(jié)構(gòu)，全面提高教師隊(duì)伍的綜合素質(zhì)。另一方面，積極引進(jìn)和培養(yǎng)青年教師，優(yōu)化教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)，提高教師隊(duì)伍整體學(xué)歷層次。不斷引進(jìn)優(yōu)秀青年教師，加大對青年教師的培養(yǎng)力度，增強(qiáng)教師隊(duì)伍的發(fā)展后勁。并且聘請雷電方面的專家到我校講學(xué)，有計(jì)劃地安排部分中青年教師進(jìn)修、在職攻讀博士或外出訪問，使中青年教師不斷提高學(xué)術(shù)水平和教學(xué)水平。建立完善的青年教師教學(xué)實(shí)踐制度，包括高職教師對青年教師的傳、幫、帶制度，堅(jiān)持青年教師講課前的試講活動，堅(jiān)持教研室集體備課、相互聽課制度，鼓勵青年教師參加賽講活動，定期進(jìn)行學(xué)術(shù)講座，創(chuàng)造教師進(jìn)修、開會、學(xué)習(xí)的機(jī)會，鼓勵教師申報科研項(xiàng)目，努力為提高教育教學(xué)質(zhì)量和雷電精品課程的建設(shè)而作出貢獻(xiàn)。

四、教材使用與建設(shè)

目前，已經(jīng)有陳渭民老師編著的《雷電學(xué)原理》書籍。教師結(jié)合課本以及PPT課件進(jìn)行課堂授課，進(jìn)一步提高教學(xué)的質(zhì)量。全書共分十一章，第一章講述靜電學(xué)基礎(chǔ)知識；第二至四章主要敘述晴天大氣的基本電特性知識；第五、六章主要講述雷暴云荷電結(jié)構(gòu)和雷暴云起電的理論；第七章為閃電的結(jié)構(gòu)、類型、電場、電流參數(shù)和形成機(jī)制等；第八章主要講述閃電的電磁輻射理論；第九章是雷電的探測手段，包括閃電定位、光學(xué)觀測以及電磁場觀測等；第十章著重介紹人工引雷技術(shù)的原理以及應(yīng)用前景，第十一章為雷電的氣候特征，我國和世界范圍內(nèi)的雷電的分布規(guī)律以及全球電路的概念。本課程要求學(xué)生除熟悉、掌握指定教材的內(nèi)容外，還介紹一些較為經(jīng)典的外文書籍作為參考書目，與此同時，鼓勵學(xué)生在課堂之余，應(yīng)學(xué)會通過關(guān)鍵詞語查詢與雷電有關(guān)的各種參考文獻(xiàn)，擴(kuò)展學(xué)生對整個雷電科學(xué)各個領(lǐng)域研究動態(tài)的全面了解，豐富學(xué)生的知識面，并結(jié)合課本知識，加深對理論的理解和掌握。

與此同時，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對雷電的產(chǎn)生、發(fā)展、特征的認(rèn)知的不斷加深，并結(jié)合國內(nèi)外最新的研究成果，一些早期的認(rèn)知已不足以解釋雷電觀測中的諸多現(xiàn)象，本著客觀、求實(shí)的態(tài)度，課程小組計(jì)劃重新編寫新教材，在保持原教材的風(fēng)格基礎(chǔ)上，著重對一些新現(xiàn)象新理論進(jìn)行添加和補(bǔ)充，讓該課程的內(nèi)容設(shè)置能夠緊跟國際最新的研究成果與動態(tài)，特別是一些對雷電認(rèn)知的根本性轉(zhuǎn)變，應(yīng)讓學(xué)生及時掌握。

五、課程的發(fā)展規(guī)劃

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對雷電原理認(rèn)知的不斷加深，本課程需要不斷地結(jié)合最新的研究結(jié)果，修改、補(bǔ)充、發(fā)展相對應(yīng)的教材以及課件。爭取在已獲得省級精品課程的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，將本課程建設(shè)為國家級精品課程。本課程計(jì)劃完成以下規(guī)劃：①制作高質(zhì)量、適合現(xiàn)代化教學(xué)要求的多媒體課件，如PPT課件、Flash課件等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使授課內(nèi)容更形象生動。②搭建網(wǎng)絡(luò)資源共享平臺，提高資源的利用效率，便于高校師生更便捷地獲取各種資料，充分實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享。③進(jìn)一步提高廣大教師的教學(xué)能力和教學(xué)水平，不斷更新教師隊(duì)伍的知識結(jié)構(gòu)，全面提高教師隊(duì)伍的綜合素質(zhì)。④結(jié)合國內(nèi)外最新的研究成果，不斷對教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行修改、補(bǔ)充以及發(fā)展，及時反映雷電物理以及大氣電學(xué)最新的研究結(jié)果。⑤確定《雷電學(xué)原理》課程的授課模式，形成了結(jié)合教案、電子課件到試題庫的完整體系。⑥通過多種成績評定方式（主考教師評定、學(xué)生參與評定）等方面的考試制度改革，以考試為杠桿，推動學(xué)生個性培養(yǎng)和全面素質(zhì)教育。⑦采取學(xué)生評教制度，通過讓學(xué)生填寫問卷，了解學(xué)生對教師和教學(xué)工作的意見，認(rèn)真處理學(xué)生的意見，完善督教工作，形成良好的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系。⑧根據(jù)雷電學(xué)科的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中，開展課題研究活動，調(diào)動教師參加教學(xué)研究的積極性，在不斷學(xué)習(xí)研究反思總結(jié)的過程中，使他們的專業(yè)化水平和能力得以提高，并且有利于提高教學(xué)的質(zhì)量。