中高層大氣物理教學(xué)中的體會

中高層大氣物理教學(xué)中的體會摘要：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專業(yè)課，既要達(dá)到研究生教學(xué)的深度，把知識點(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：G64文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：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的學(xué)生上專業(yè)課的時(shí)候，往往要面對本科專業(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：“隔行如隔山”，由于沒有相關(guān)專業(yè)的知識背景，他們在接受新專業(yè)知識時(shí)往往感覺比較吃力，進(jìn)而對研究生專業(yè)失去了主動學(xué)習(xí)的熱情和興趣，如何聯(lián)系學(xué)生們以前的專業(yè)背景來講授新知識，這是教學(xué)中需要解決的問題。另一方面，《中高層大氣物理學(xué)》這門專業(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)境角度來看，主要存在于低平流層內(nèi)的臭氧強(qiáng)烈地吸收了來自太陽的紫外輻射，保護(hù)著地球生物圈的安全，并影響局部或全球氣候；從航天方面來看，中高層大氣是各種航天器的通過區(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)行的主要場所，它的結(jié)構(gòu)和變化特性對保障空間飛行器安全、延長軌道壽命等都有重要意義；從通訊方面看，電離層會與電磁信號發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，顯著影響電磁波的傳播?？梢钥闯?，這門課所學(xué)知識既有助于科學(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)，而必須把知識講深、講懂、講透，如何利用這門課的這些特點(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)知識背景對學(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新專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，并且他們對這個新專業(yè)往往不太了解。如果這時(shí)候教師們脫離他們的知識背景來講授新專業(yè)的知識，這就好比是讓這些學(xué)生走下原來爬上的一座山峰，而去攀登另一座陌生的山峰。在這種情況下，學(xué)生很難具有主動學(xué)習(xí)的熱情，一方面因?yàn)樗麄儾簧岬米呦略瓉淼纳椒?；另一方面他們也對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，讓學(xué)生覺得將要攀登的不是一座新的陌生山峰，而是與原來山峰相連的山脈。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）對航天器表面材料的腐蝕作用，于是我提前一次課讓這個學(xué)生準(zhǔn)備，讓他來給大家講這部分內(nèi)容。沒想到這個學(xué)生非常樂意的接受了，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)知識用上了，還主動去調(diào)研了一些新的內(nèi)容，主動把他的專業(yè)知識與現(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，臺下的同學(xué)們也不自覺的被代入了，聽得都很認(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區(qū)和低軌航天器的駐留區(qū)，這是中高層大氣的一個重要特點(diǎn)，也是我們在講中高層大氣物理這門課時(shí)可以充分利用的一個地方。另外，現(xiàn)在學(xué)生通過上網(wǎng)、看電視等渠道了解社會新聞熱點(diǎn)的機(jī)會也很多。因此，把上課講授的知識和生活中發(fā)生的同學(xué)們感興趣的具體現(xiàn)象和事件聯(lián)系起來，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，也有助于調(diào)動學(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。其成因是來自太陽風(fēng)或地球磁層的高能帶電粒子被地磁磁場捕獲，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)們雖然沒人見過真實(shí)的極光，但是通過文字、照片、歌曲、視頻等途徑都對極光現(xiàn)象有所了解，并對其充滿了好奇和向往。其實(shí)，極光現(xiàn)象正是太陽風(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，一邊對粒子沉降的相關(guān)物理過程進(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)象與物理過程相聯(lián)系起來，建立了從現(xiàn)象到理論的橋梁，讓同學(xué)們對相關(guān)物理現(xiàn)象有了直觀的感受，對相關(guān)物理過程有了深刻的理解。例子：利用航天器成功返回來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，航天技術(shù)的發(fā)展是國際上的一個熱點(diǎn)，同學(xué)們對航天器載入返回的知識有比較濃厚的興趣，也通過自己上網(wǎng)看新聞積累了一點(diǎn)點(diǎn)的相關(guān)背景知識。在上課的過程中，我給同學(xué)們播放了航天器再入返回的視頻，整個再入返回過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程。結(jié)合視頻的播放，對中高層大氣的密度、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，航天器表面會形成一個等離子體層，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)觀測設(shè)備還無法捕捉到飛船的蹤跡，因此在這個高度范圍內(nèi)，航天器就像“消失”了一樣，既無法聯(lián)系上，也觀察不到，這個高度范圍就是“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)合理論知識的講解，使同學(xué)們對“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。通過理論聯(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，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)，不僅無法完成研究生教學(xué)的深度要求，而且對于那些已經(jīng)有相關(guān)專業(yè)背景的同學(xué)來說在一定程度上是浪費(fèi)時(shí)間；而如果一味把知識講專講深，那些沒有相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)的同學(xué)接受起來又有困難，進(jìn)而影響他們的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)的效果也肯定不會理想。因此，在講授課程的過程中，既要把專業(yè)知識講深，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)》的過程中積累了一些體會和經(jīng)驗(yàn)，主要是在授課的過程中積極尋找與學(xué)生本科專業(yè)相關(guān)的聯(lián)系點(diǎn)，消除學(xué)生對新專業(yè)的陌生感；另外，多將上課知識聯(lián)系同學(xué)們感興趣的自然現(xiàn)象和社會上、國際上發(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)雜的物理過程，并讓學(xué)生們更好的了解上課的意義和理論知識在