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摘 要:针对遥感科学与技术专业本科大气辐射传输理论课程的特点,基于交叉学科的优势,提出有效運用多种教学方式,充分激发学生的学习兴趣。同时,以最基本的大气辐射传输方程为例,详细讨论了在高校理科专业课程的教学中如何培养学生“以简化繁”的思维模式。
关键词:思维培养 大气辐射传输 教学方法
中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0170-01
高校专业课程具有较强的专业理论性和实践性,知识覆盖面广,尤其是理科专业课程,初次接触时的直观感觉往往是理论高深、与实际需要有一定的距离。因此作为专业课授课讲师,应采取有效的教学方式激发学生主动学习的欲望。授课时除了尽量将理论与实践相结合帮助学生理解科学问题,更重要的是思维方式和能力的培养,在教学实践过程中逐渐让学生掌握必备的科学思维方式和专业知识的能力。大气辐射传输理论课程是遥感科学与技术专业的学科基础课,大气辐射传输理论是大气遥感领域不可或缺的基础知识,对后续专业课程的学习影响很大。笔者通过连续六年本科大气辐射传输理论等专业课程的教学工作,逐渐体会到明晰物理概念的重要性,及“以简化繁”的思维方式对学生产生的影响。
1 交叉学科的优势
南京信息工程大学是全国最著名的以气象专业为主的高校,我校遥感科学与技术专业的优势就是大气科学相关知识背景,大二开设的大气辐射传输理论课程,是该专业第一门专业主干课,是气象与遥感两个专业较好的结合点。大气作为一种介质,电磁波在大气中的传输有其特殊规律,与海洋等介质的辐射传输规律不同。基于物理学基础,和数学方法,理解并掌握大气辐射传输方程是这门课程的核心。如果遥感专业的学生较好的掌握大气辐射传输规律,就可以将遥感技术应用于气象领域。
2 教学方式
《大气辐射传输理论》的教学目标和任务是通过介绍电磁辐射过程及其理论、方法,阐述电磁辐射在遥感成像机理中的作用。根据大气和地表介质在电磁辐射传输中的不同特征,利用遥感影像反演大气和地表的物理状态参数以及成分结构,提供理论基础。
教学任务确定后,如何使其在授课过程中很好地被学生接受,很大程度上取决于教学方式。本门课程充分运用多媒体教学手段,将大量的地球、大气和太阳的自然现象及物理定律相关图表展示给学生。多媒体课件尽量突出重点,恰当运用图像、图形、动画等形式,尽可能避免长篇大段的文字。内容丰富、大信息量的多媒体课件有利于加深学生对课程内容的形象认识,提高学习效率,但是多媒体课件不是课堂教学的全部,适时的讲解和板书是非常必要的,避免教师照着多媒体课件宣读。
教育心理学认为:直观教学能够为学生理解和掌握知识提供必要的感性材料。正确而灵活的运用各种直观教学形式,可以激发学生的学习兴趣和热情,从而有助于他们对所学知识的领会、理解和巩固,有助于提高教育、教学质量[1]。由相关物理学历史,以故事的形式引出物理量、辐射定律及其物理意义。例如讲到黑体辐射定律时先介绍几位物理学家尤其是MaxPlanck,引申到德国的马普学会。适当介绍三大黑体辐射定律的历史[2],再总结定律的内容和物理意义,说明其应用价值。例如维恩位移定律,通过比较物体表面不同区域的颜色变化情况,来确定物体表面的温度分布。应用在森林火情和人体病变的监测。在宇航、工业、医学、军事等方面应用前景很好。
在教学过程中尽量将枯燥的理论与日常生活现象相结合,会让学生有兴趣听并能从感性认识转化为理性知识。例如介绍大气辐射学在遥感科学中的应用时会提到臭氧层空洞的遥感监测,便可提及为什么疗养院宜建在松树林旁边,雷雨过后空气更清新？因为空气中少量的臭氧有除菌的作用。还可以问学生为保护青海长江源的杨欣为什么要留着满脸的络腮胡,杨欣称这是为了挡住紫外线对皮肤的伤害。当然,最重要的是希望学生能够发现身边的科学问题。
3 培养学生“以简化繁”的思维模式
大气辐射传输方程是课程的核心内容[3,4,5],所以是授课的重点也是难点。举例说明:入射辐射强度在大气中传播,通过的距离后变为+,如果我们能知道变化量的规律,就能定量描述不同波段的电磁波在大气中的传输规律。那作为变化量要么增多、要么减少,增多了多少,又减少了多少,最后就是二者的综合。为此我们说由减少的和增加的两部分组成,即=+。分别分析这两部分:是大气吸收和单次散射作用使辐射强度在传输方向上的衰减。,其中负号代表衰减,称为质量消光截面,物理量单位是cm2g-1,描述单位质量的介质从入射辐射中截获能量本领大小的物理量,是传输介质的密度。同样再分析,因介质在传输方向上同波段辐射的发射和多次散射而造成的辐射增强。,称为源函数系数,又称为质量发射系数,描述单位质量的介质向外放射辐射能量本领大小的物理量。为了保证等号左、右两边的物理含义相同,请同学们思考的物理量单位。由此可得最基本的辐射传输方程为:。在实际授课过程中,这部分内容先粗后细,一边讲解一边板书的授课方式。到此给学生思考几分钟,再继续后面的数学过程,在此不累述。
这种分部分将复杂问题化为几个简单问题的思维方式是各学科常用的有效思维方式,教学中强调这种思维方式的重要性比公式的证明本身要有价值得多。
4 结语
作为高校一名年轻的专业课教师,不仅要有扎实的基础理论和一定的科研实践经验,能够把握本专业最新的科学成就和发展趋势,还要努力学习教育心理学知识,了解学生学习和教师教学的活动规律。这对于提高教育教学效果是十分有利的。
从教学情况看,通过教学环节的精心设计与安排、认真实施,既丰富了学生的知识面,提高了解决问题的能力,又取得了良好的教学效果,学生在课程学习中表现出了很高的积极性与热情,学习过程中主动去图书馆及期刊网查阅资料,大部分学生反映学习的目标性强了。
参考文献
[1] 周川.简明高等教育学[M].南京:河海大学出版社,2002.
[2] 郭奕玲,沈慧君.物理学史[M].北京:清华大学出版社,2005.
[3] K.N.Liou(廖国南).大气辐射导论(第二版)[M].北京:气象出版社,2004.
[4] 尹宏.大气辐射学基础[M].北京:气象出版社,1993.
[5] 赵英时.遥感应用分析原理与方法[M].北京:科学出版社,2003.
关键词:思维培养 大气辐射传输 教学方法
中图分类号:G642.3 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0170-01
高校专业课程具有较强的专业理论性和实践性,知识覆盖面广,尤其是理科专业课程,初次接触时的直观感觉往往是理论高深、与实际需要有一定的距离。因此作为专业课授课讲师,应采取有效的教学方式激发学生主动学习的欲望。授课时除了尽量将理论与实践相结合帮助学生理解科学问题,更重要的是思维方式和能力的培养,在教学实践过程中逐渐让学生掌握必备的科学思维方式和专业知识的能力。大气辐射传输理论课程是遥感科学与技术专业的学科基础课,大气辐射传输理论是大气遥感领域不可或缺的基础知识,对后续专业课程的学习影响很大。笔者通过连续六年本科大气辐射传输理论等专业课程的教学工作,逐渐体会到明晰物理概念的重要性,及“以简化繁”的思维方式对学生产生的影响。
1 交叉学科的优势
南京信息工程大学是全国最著名的以气象专业为主的高校,我校遥感科学与技术专业的优势就是大气科学相关知识背景,大二开设的大气辐射传输理论课程,是该专业第一门专业主干课,是气象与遥感两个专业较好的结合点。大气作为一种介质,电磁波在大气中的传输有其特殊规律,与海洋等介质的辐射传输规律不同。基于物理学基础,和数学方法,理解并掌握大气辐射传输方程是这门课程的核心。如果遥感专业的学生较好的掌握大气辐射传输规律,就可以将遥感技术应用于气象领域。
2 教学方式
《大气辐射传输理论》的教学目标和任务是通过介绍电磁辐射过程及其理论、方法,阐述电磁辐射在遥感成像机理中的作用。根据大气和地表介质在电磁辐射传输中的不同特征,利用遥感影像反演大气和地表的物理状态参数以及成分结构,提供理论基础。
教学任务确定后,如何使其在授课过程中很好地被学生接受,很大程度上取决于教学方式。本门课程充分运用多媒体教学手段,将大量的地球、大气和太阳的自然现象及物理定律相关图表展示给学生。多媒体课件尽量突出重点,恰当运用图像、图形、动画等形式,尽可能避免长篇大段的文字。内容丰富、大信息量的多媒体课件有利于加深学生对课程内容的形象认识,提高学习效率,但是多媒体课件不是课堂教学的全部,适时的讲解和板书是非常必要的,避免教师照着多媒体课件宣读。
教育心理学认为:直观教学能够为学生理解和掌握知识提供必要的感性材料。正确而灵活的运用各种直观教学形式,可以激发学生的学习兴趣和热情,从而有助于他们对所学知识的领会、理解和巩固,有助于提高教育、教学质量[1]。由相关物理学历史,以故事的形式引出物理量、辐射定律及其物理意义。例如讲到黑体辐射定律时先介绍几位物理学家尤其是MaxPlanck,引申到德国的马普学会。适当介绍三大黑体辐射定律的历史[2],再总结定律的内容和物理意义,说明其应用价值。例如维恩位移定律,通过比较物体表面不同区域的颜色变化情况,来确定物体表面的温度分布。应用在森林火情和人体病变的监测。在宇航、工业、医学、军事等方面应用前景很好。
在教学过程中尽量将枯燥的理论与日常生活现象相结合,会让学生有兴趣听并能从感性认识转化为理性知识。例如介绍大气辐射学在遥感科学中的应用时会提到臭氧层空洞的遥感监测,便可提及为什么疗养院宜建在松树林旁边,雷雨过后空气更清新？因为空气中少量的臭氧有除菌的作用。还可以问学生为保护青海长江源的杨欣为什么要留着满脸的络腮胡,杨欣称这是为了挡住紫外线对皮肤的伤害。当然,最重要的是希望学生能够发现身边的科学问题。
3 培养学生“以简化繁”的思维模式
大气辐射传输方程是课程的核心内容[3,4,5],所以是授课的重点也是难点。举例说明:入射辐射强度在大气中传播,通过的距离后变为+,如果我们能知道变化量的规律,就能定量描述不同波段的电磁波在大气中的传输规律。那作为变化量要么增多、要么减少,增多了多少,又减少了多少,最后就是二者的综合。为此我们说由减少的和增加的两部分组成,即=+。分别分析这两部分:是大气吸收和单次散射作用使辐射强度在传输方向上的衰减。,其中负号代表衰减,称为质量消光截面,物理量单位是cm2g-1,描述单位质量的介质从入射辐射中截获能量本领大小的物理量,是传输介质的密度。同样再分析,因介质在传输方向上同波段辐射的发射和多次散射而造成的辐射增强。,称为源函数系数,又称为质量发射系数,描述单位质量的介质向外放射辐射能量本领大小的物理量。为了保证等号左、右两边的物理含义相同,请同学们思考的物理量单位。由此可得最基本的辐射传输方程为:。在实际授课过程中,这部分内容先粗后细,一边讲解一边板书的授课方式。到此给学生思考几分钟,再继续后面的数学过程,在此不累述。
这种分部分将复杂问题化为几个简单问题的思维方式是各学科常用的有效思维方式,教学中强调这种思维方式的重要性比公式的证明本身要有价值得多。
4 结语
作为高校一名年轻的专业课教师,不仅要有扎实的基础理论和一定的科研实践经验,能够把握本专业最新的科学成就和发展趋势,还要努力学习教育心理学知识,了解学生学习和教师教学的活动规律。这对于提高教育教学效果是十分有利的。
从教学情况看,通过教学环节的精心设计与安排、认真实施,既丰富了学生的知识面,提高了解决问题的能力,又取得了良好的教学效果,学生在课程学习中表现出了很高的积极性与热情,学习过程中主动去图书馆及期刊网查阅资料,大部分学生反映学习的目标性强了。
参考文献
[1] 周川.简明高等教育学[M].南京:河海大学出版社,2002.
[2] 郭奕玲,沈慧君.物理学史[M].北京:清华大学出版社,2005.
[3] K.N.Liou(廖国南).大气辐射导论(第二版)[M].北京:气象出版社,2004.
[4] 尹宏.大气辐射学基础[M].北京:气象出版社,1993.
[5] 赵英时.遥感应用分析原理与方法[M].北京:科学出版社,2003.