水文气象学实践教学体系的构建与管理
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摘 要： 以实验教学示范中心建设为契机，以“培养能力、提高素质”为主线，以培养创新型和应用型人才为目标，构建了“一体化、三层次、多形式”水文气象学实践教学体系。并在这一体系基础上，进行多元化教学模式的探索，实现网络共享，建立科学的管理和完善的考核体系，为创新型和研究型人才的培养作了有益的探索与实践。
本科实验教学是高等学校教学体系的重要组成部分。它在培养具有知识、能力、技能等综合素质的创新型人才方面有着理论教学不可替代的作用。实验教学示范中心的建设及管理为实验教学提供了重要的平台，它为培养学生实践创新能力和提高实验教学质量起着全方位的推动作用[1]。
水文气象学是一门新兴的交叉学科，既是应用气象学的一个分支，又是水文学的重要组成部分。实践性强是水文气象学基础系列课程的显著特点之一，教学别强调理论要与实践结合。作为亚洲第一所、世界第二所的水文气象学院，国内没有现成的教学经验可借鉴，只能参考相关专业和兄弟院校的办学经验，探索一条培养水文气象复合人才的教育路子。针对过往相关专业的实验教学主要以封闭式实验为主、部分实验教学内容与时代脱节、缺少学科知识交叉渗透的实验教学平台、教师科研成果转化为实验教学内容的力度不够、学生积极性不高等问题，以实验教学示范中心建设为契机，以“培养能力、提高素质”为主线，以培养创新型和应用型人才为目标，构建了“一体化、三层次、多形式”水文气象学实践教学体系，并在这一基础体系上进行科学有效的实施和管理。
1.“一体化、三层次、多形式”实践教学体系的构建
1.1实践教学体系构建思路。
实践教学与理论教学相辅相成、有机结合共同构成大学完整的教学体系[2]。实践教学体系构建的总体思路主要包括以下两个方面：
首先，要明确目标。以“培养能力、提高素质”为主线，以培养创新型和应用型人才为目标，以强化实践能力为核心，以学生为本，实施人才标准的多样性和因材施教、个性化培养，将实践能力和创新能力的培养贯穿于本科实践教学的始终。积极探索高等院校水文气象学实验教育教学规律，形成专业特色突出、体系独立完整、管理科学、学生主体地位突出的实验教学体系。
其次，要搭建平台和优化实践教学的内容。根据实践课程性质和内容分为基础实践教学平台（基础课程实验模块和认知实习训练模块）和专业技术实践教学平台（课程设计、综合实习、毕业设计、科技竞赛和创新项目等模块组成）。根据创新人才培养规律和实验课程之间的内在逻辑联系，打破课程间的壁垒，优化实践教学内容，使课程间的内容有机融合，互相促进。培养学生的基本操作和动手能力，专业拓展和综合运用能力，以及实践创新能力。
1.2实践教学体系构成。
1.2.1“一体化”。指服从实验目标，以培养创新型和应用型人才为宗旨，追求知识体系的完整。即打破课程间的壁垒，所有的水文气象实践课统一管理、统筹安排，把相关的实验知识、技术和方法有机地组织在一起形成一个完整的体系。
1.2.2“三层次”。根据培养目标将实践教学分为基础性试验、综合应用型实验和实践创新型实验三个层次。第一层次，基础性试验。主要是以基础实验课程为主体，掌握基本操作技能为主，培养低年级学生的认知能力、动手能力。如水力学实验中静水压强和静水总压力的测量、液流流态和液流阻力的测量，水文测验中的流量、流速、水位等测量，气象要素降水、蒸发的观测等。第二层次，综合应用型实验。主要是以综合实验课程为主体，旨在强化专业知识和应用技能，培养学生初步设计能力和分析解决问题的能力，常采用启发式教学。如临近和短时天气预报实习、水文预报课程设计，水文水资源综合实习等，要求学生通过所学的课本知识，查阅相关文献，设计实验流程，围绕着理论、程序技术和研究思维三个环节展开进行实验。第三层次，实践创新型实验。主要是以创新类实验项目为主体，为设计、研发型实验，旨在培养学生自主研究、科研创新能力，常采用开放式教学。这里主要指高年级的学生申请的校级、省级和国家级的大学生创新项目，在教师指导下的学生自主文献检索、设计实验方案、实施实验过程、总结和处理实验数据、撰写论文等环节，充分体现了学生在教学活动中的主体地位和教师在教学活动中的主导作用的教学原则。通过开放式教学，学生的实践能力得到了锻炼，创新能力得到了提高，促进了创新型和研究型人才的培养。
1.2.3“多形式”是指采取基本实验、综合实验和创新实验相结合，计划内学时与计划外开放实验相结合，传统教学与现代技术相结合，充分利用网络资源，将实验操作与虚拟仿真实验相结合等，并将室内试验与实践教学基地和基础人才培养基地有机结合；在形式上采用讲授式、启发式、自学式、开放式等多种形式有机组合的实验教学，达到培养学生创新能力，激发学生学习兴趣的最终目的。
“一体化、三层次、多形式”实践教学体系的建立，形成了由单一到综合，由相对独立到有机融合的一个完整的实践教学新体系。学生的能力从实践动手能力、综合应用能力到科研创新能力得到了全面递进式培养[3-7]。
2.“一体化、三层次、多形式”实践教学体系的实施与管理
2.1优化实验教学，探索多元化的教学模式。
水文气象学专业的课程主要是围绕水文和气象交叉学科的相关知识解决国民生产中的实际工程问题，因此实践教学是整个培养计划中非常重要的组成部分。根据实践课程规划（实验教材、实验大纲和实验项目的设计），优化实验教学主要包括以下几个方面：第一，优化课程体系，突出实验性教学。以课程综合化为突破口，优化课程体系和教学内容。围绕加强实践能力培养，修订教学计划和教学大纲，构建新实验教学体系。第二，多开综合性、设计性的实验来提高学生的独立创新、综合实践能力的培养。第三，建立实训网络平台，将网络资源和学习更好地整合，将新的教学理念灌输到实际实践教学中。快速满足教学要求，使实践教学更加优化。第四，加强实习和实训，提高学生职业能力。实习、实训是整个实践性环节的重要组成部分，将实验教学活动与生产实践、社会服务、技术推广紧密结合起来，提高学生的实践能力，加强和实际生产实践的联系，同时可以促进教师自身进行自我完善，对课堂教学进行有益补充。
多元化的教学模式[8]主要包括以下几个方面：第一，传统的实验室模式。在教师指导下，在规定的时间到实验室进行集中实验。这种模式面向的对象主要是低年级的学生，通过参加实验培养动手操作能力的一种实践教学模式。第二，启发式的教学模式。注重个性培养和创新思维的训练，鼓励学生开动脑筋，提出不同的实践方案，培养独立思考和综合运用能力。第三，开放式的教学模式。主要采用分时段，分层次的开放。低年级学生基础性实验实行双休日集中开放模式，以巩固知识和技能为主，有目的地引导学生进行提高操作技能的实验。高年级学生以综合性实验和研究型实验为主，综合性实验采用研讨课的形式进行开放式实验教学。研究性实验主要是学生通过申请学院、学校、省级和国家级的大学生创新项目进行科学研究。学生在教师的指导下选出实验项目，经查阅文献，拟定实验方案，中期答辩和结题汇报等层层过程，充分利用周末、教学实践周和寒暑假，在开放实验室进行实践并完成实验项目。通过一系列开放的实验过程，培养了学生对前沿和热点问题的“提出—研究—解决”的兴趣，培养了学生的思索能力、辨析能力和探索求知精神，从实践上探索了基础科学人才培养的新模式，推动了教学与科研的结合。第四，以人为本的教学模式。以自主性为主要特点，充分虑学生个人的兴趣和特长，有针对性和目的地设计实验、科学研究和社会实践，突出学生创造性、探索性能力和组织协调能力的综合培养。第五，开放的实践教学基地模式。充分利用社会资源，建立稳定的实践教学基地，进一步加强本科学生在工程实践中的分析问题、解决问题的能力。比如学院与广西水文局建立了《水文测验》、《水文水资源综合实习》教学实习基地，与安徽省六安市水文局建立了《水利工程》教学实习基地，与天津市气象局、河北省气象局建立了《数值天气预报》、《临近和短时天气预报》实习基地。这几种实践教学模式要有机配合，促进各类实验资源的互补与共享，最终达到提高综合素质和创新能力的培养目标。
2.2优化管理，有效利用网络资源，实现资源共享。
优化管理主要通过网络化管理来提高实验室的管理效率[9-10]。主要通过以下几个方面实现管理：第一，实行网络预约制度，仪器状态实行网络通报制度，提高了仪器使用的效率，也加强了仪器管理人员的工作责任心。第二，实验耗材的购买也实行网络管理，购买药品等耗材时，需要网上申请，经管理员批准后统一采购并登记入库、登记领用。通过耗材库查询，学生可以快速、准确地找到药品，方便互相调用，做到资源共享，节约实验室运行经费，更能增强学生的节约意识。第三，通过考勤系统提高出勤率。网站考勤功能每天记录了每位学生到实验室及离开实验室的时间，提高了学生的组织性和纪律性。第四，以网站展示实验结果加强学生的成就感。通过实验室网站将学生在实验中取得的良好实验结果、获得的奖励、发表的论文等进行展示，给学生创造一个展示成绩的平台，有助于加强学生的成就感。网站化管理真实记录了学生完成任务和教师检查指导的及时性，加强了师生的工作责任心，大大提高了许多环节的工作效率。
有效利用网络资源，实现资源共享。主要包括：第一，通过对实验过程进行实时录像，将其网络化和视频化后，为学生正确规范地使用仪器提供了一个培训的平台。通过网络资源共享，应用计算机仿真技术和数码技术构建实验项目库，方便学生了解学科前沿。学生在课前通过网络实验室观看实验视频，对将要进行的真实实验进行预习，其效果远远好于浏览讲义文字。从而提高了实验操作的规范性和实验结果的正确性。第二，网络应用系统的建立，方便了实验教学的开展。教师和学生利用积件库中的CAI课件，视频库中的视听教材，以及校园网上、Internet上的网络资源进行实验教学互动，通过网络信息系统及时查询到实验室的有关信息和教学实验的操作技术，下载自己所需要的资料，也可以通过BBS论坛系统参与实验教学的讨论，使教师和同学进行实时网上交流；学生将自己近期的研究计划、实验方案、实验数据及阶段结果及时上传到各自的科研文档中，教师可以直接从网上读取并进行批阅，提出建议，及时了解某位学生的情况，从而加强对学生的指导和管理。
2.3建立科学的管理及完善的考核体系。
制定并逐步完善实验室的管理制度，进行科学的管理。主要包括：制定工作条例，明确各级职责，使实验室建设与管理逐步规范；从实验教材选编、实验大纲制定（实验课程的性质与任务、实验目的和要求、实验内容、实验报告的撰写、课程考核方式、实验成绩评定等）和实验项目设计等实验教学多个环节明确目标和要求，作为组织实验教学的依据。建立配套的管理制度，实施有效的管理，比如建立实验室的文件资料档案，定期开展实验室工作评估和考评活动；学习和借鉴兄弟院校的好的管理模式，充分利用和发挥实验室的功能和效益。
为提高实践教学质量，应在实验教材的选编、实验大纲制定和实验项目的设计等等教学环节做出明确的规定。为了最大限度实现公平性，调动学生的积极性，激发学生的学习信心，将建立一套完整、合理的实验评分规则。为了更好地调动教师的积极性和责任心，使学生最大限度地受益，将建立一套合理的教学效果评价体系。并实施多样化的考核模式，它包括平时考核、实验理论考核和实验操作考试。通过学生和教师两套评价考核体系及多样化的考核模式有效提高实验课教学质量。
3.结语
建立一个科学完整的实践教学体系是一项复杂的系统工程。水文气象学专业通过借鉴相关专业和兄弟院校的经验，构建了“一体化、三层次、多形式”的水文气象学实践教学体系。并在这个体系基础上，优化教学内容，探索实施多元化的教学模式；优化管理，有效利用网络资源来实现资源共享；进一步进行科学的管理和完善的考核体系。通过实践体系的构建和实施管理为学生搭建一个进行实践创新能力的平台，使学生的实践动手能力、分析解决问题综合能力、创新能力得到训练，整体素质得到提高，为新时期创新型和研究型人才的培养进行有益的探索和实践。
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基金项目：南京信息工程大学教学改革项目（12JY063）和水利部公益性行业专项（201001047）资助。