云物理学专业课程思政工作探索与实践
时间：2023-04-24 17:50:05 来源：千叶帆 本文已影响人
汪洋，李积明，王天河，王元
(兰州大学 大气科学学院，兰州 730000)
在2016 年12 月的全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记指出，要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人……使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应[1]。这为我国高校课程思政建设指明了道路。在中国共产党成立100 周年之际，中共中央、国务院印发了《关于新时代加强和改进思想政治工作的意见》，强调“加快构建学校思想政治工作体系，实施时代新人培育工程，完善青少年理想信念教育齐抓共管机制，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人”[2]，对推进课程思政建设工作的改革和具体实施具有重要的指导意义。课程思政要求在立足学科的基础定位下，主动将社会主义核心价值观融入教学的全过程，潜移默化学生的情感认同、行为习惯和思想认知，实现知识传授和立德树人的统一。尽管一些专业课教师对如何实施课程思政工作，进行了许多积极的探索实践[3-5]，不同专业背景的广大高校教师，作为扎实推进课程思政建设工作、落实“立德树人”根本任务的主力军，应在教学一线结合专业课程进行更为深入和更具实效的课程思政教学探索。
云物理学是以大气热力学和大气动力学为基础，研究大气中云和降水(如雨、雪和雹等)的生成、发展、维持和消散所遵循的物理和动力过程的学科[6-7]。因此云物理学所研究的内容与短期天气过程、大气环流及长期气候变化密切相关，也和暴雨、雷暴、冰雹、台风及龙卷风等极端灾害性天气息息相关，同时云降水物理过程也是地-气系统水循环、辐射能量平衡的关键因素。云物理学作为大气科学最为重要的分支学科之一，是雷达气象学、天气学和气候动力学等课程的核心[8]。本课程不仅培养学生从宏微观云物理的角度分析和解决实际生活中可能遇到的云降水相关问题(比如天气现象和洪涝灾害等)，也着重锤炼和发展学生的哲学思辨、科学素养和创新精神。因此，如何在云物理课程的教学工作中实施课程思政(即“怎样培养人”)，就要求教师在云物理学严谨的理论体系中深挖其中蕴含的思政元素；
同时教师作为课程思政的实施者，也须自身不断深入学习专业课程、领悟课程思政建设精神，牢牢把握教师主体的价值引领作用，为国家培养具有新时代责任感和创新精神的科学人才。
云物理学课程涉及各种云类型的结构、天气和降水及人工影响天气作业等，与人们的日常生活和民生保障息息相关，为此，我们将众多本专业课程思政融合点建成元素库，表1 简要示例了本课程相关章节不同内容的典型思政元素及其融合点，既包含课程本身专业属性的哲学思辨、科学素养和科学精神，也涵盖了课程相关行业的社会需求、职业道德和专业责任感和自豪感。
表1 云物理学的思政元素和融合点
除可挖掘的思政元素外，本课程的内容还要立足“00 后”大学生的精神需求，优化思政内容供给方式方法，让学生愿意听、乐意听和能听进去。“00 后”大学生生长在一个文化多元的时代，身处两个一百年奋斗目标的历史交汇期，担负着民族复兴的重任。相关研究[9-10]表明，绝大多数“00 后”大学生具有良好的道德观、诚信意识和礼仪修养，学习能力强、学习期望高，并且有努力拼搏、艰苦奋斗的决心。但当代大学生也存在一些问题。一是不重视思想政治理论学习，爱国意识匮乏，政治认识面较窄；
二是为人处世偏于自我，带有较强的功利性和目的性；
三是自控能力相对较弱，对网络依赖严重，缺乏职业生涯规划意识，对未来充满迷茫；
四是抗压能力较弱，遇到难以解决的问题容易退缩。基于这些思想行为特点，笔者在授课过程中，根据不同章节的知识点合理融入本专业的名人轶事、行业动向和国家需求等，意在培养学生的家国情怀、增强学生的服务意识和专业能力。
（一）以爱国情怀助燃奋斗之志
在云物理学发展过程中，我国曾涌现许多著名科学家。例如，著名大气科学家赵九章是中国现代地球物理科学开拓者、动力气象学创始人。在国外获得气象学博士学位后，赵九章在抗日战争硝烟四起的第二年回国，积极承担了西南联大的教学任务并随后担任了气象研究所所长一职，做了大量科研、教学和组织工作，并将物理学和数学的相关方法和理论引入气象学中，推动我国气象学从传统经验学科转变为现代科学学科。赵先生苦心经营和支持气象局的事业，率先将全国空白的气象预报业务和资料业务在整个中国气象局组织开展。国家于20 世纪50 年代亟需农业生产用水，他就着手组织人工降水的理论研究和实践工作，使中国的云降水物理研究得以发展，取得了暖云降水理论等丰硕的研究成果，并开创了我国动力气象学的研究。中国科学院院士叶笃正曾这样评价他的老师：“赵九章先生科学生涯的步伐是坚实的，从一个学物理的好学生，在叶企荪和竺可桢等好老师的指导下，经过气象学、大气物理学、物理海洋学、地球物理学、空间物理学到人造卫星的系统研究和工作，他在每一个地方都留下了深深的脚印。[11]”顾震潮先生作为我国著名的气象学家和大气科学家，是数值预报、云雾物理和人工影响天气等诸多学科的开拓者。顾先生一生传奇，他为国家放弃国外博士学位，回国努力发展天气预报，为国家鞠躬尽瘁，使我国天气预报事业从无到有，是“两弹”的幕后英雄[12-13]。关于顾先生和其他科学家的先进事迹还有很多，在讲述云物理学科发展和相关内容时可适当引入。
老一辈的科学家永远都是说着最质朴的语，做着最踏实的事，他们放弃了享受物质和安定生活的机会，把青春年华奉献于一条充满艰险、前途未卜的奋斗之路，竭尽所能地为我国的科研事业发光发热。“00 后”大学生生于物质优渥的年代，告别了一穷二白、筚路蓝缕的创业环境和清贫生活，但艰苦奋斗依旧是时代的主旋律，在云物理学的授课过程中，着重深挖上述国之大者的先进事迹和精神，使学生在潜移默化中自觉传承老一辈科学家的爱国精神，将自身价值奉献给社会主义现代化建设。
（二）以专业实践为载体服务人民
人工影响天气是指为减轻甚至避免气象灾害，合理利用气候资源，在适当条件下通过科技手段对局部大气的物理、化学过程进行人工影响，从而达到增雨雪、防雹、消雨、消雾和防霜等的目的[14]。人工影响天气是云物理学理论在实践中的重要实际应用，云物理学中云雾降水理论是人工影响天气作业的理论基础和科学指导。自1958 年启动人工影响天气试验以来，我国依靠科技力量自主探索人工影响天气事业发展，让科学搬运“空中水库”的梦想照进现实，在抗旱减灾、生态文明建设和重大活动保障等领域发挥着重要作用[15]。消云减雨是保障重大活动开展的急先锋，人工消雨以改变雨的时空分布为手段，确保消雨地点的上空在一定的时间内不会降雨，最典型的例子当数2008 年北京奥运会开幕式的天气保障作业。通过对30 多年历史资料分析，奥运会当日降水概率约为47%，对于开幕式可能出现降雨的情况，北京市人工影响天气中心于当天在短时间内持续发射了1 104 枚火箭弹，20 多千米外的房山降雨量已达到25 mm，而国家体育场滴雨未下，确保了开幕式顺利进行，从而实现了奥运史上首次人工消雨[16]。除了用于农业抗旱，人工增雨还能改善生态环境，助力生态文明建设。目前，人工影响天气建设工程在天山、三江源和祁连山等主要河流或湖泊源头的水资源增加效益逐步凸显——青海三江源人工增雨工程实施5 年增加了258亿m3降水，草山草滩得以恢复，黄河源头“千湖景观”再度显现——为生态治理作出了突出贡献[17]。
正是因为人工影响天气可通过改变云的微物理过程，提高云-降水的转化效率，达到合理开发云水资源和局部增雨的目的，可服务于我国农业生产和其他经济活动，显示出人工影响天气研究的强大活力和生命力。因此，本课程通过讲述人工影响天气作业在农业防灾减灾、生态保护修复和气象保障服务方面的贡献，让学生充分认识到做好人工影响天气工作的重大意义，鼓励学生将个人理想与国家需求紧密联系起来，以理论知识和专业技术服务人民，切实增强责任感、使命感和自豪感，奋力开创人工影响天气工作新局面，在发挥“人工影响天气工作”社会价值的同时实现自我价值。
（三）以国家需求为己任开拓创新
2021 年6 月23日，我国首个成功研制的国家重大科技基础设施“地球系统数值模拟装置”——“寰”在北京怀柔科学城正式落成启用，其将服务于应对气候变化、生态环境建设、碳中和目标和防灾减灾(如天气预报)等国家重大需求，为国际气候与环境谈判提供有力科学支撑[18]。对此86 岁的国家最高科技奖得主、中国科学院院士曾庆存非常激动，曾院士不仅是这套系统的发起人之一，在后续的更新、完善过程中，在身体条件允许的情况下，他都会积极参加课题组的研讨会，对该系统的全过程献言献策，为这套系统的研发付出无限的热情和心血。他说：“中国要成为世界科技强国，必须有原创性成果，必须有更多能耐得住寂寞、坐得住冷板凳的青年人投身科研事业。而我，一个气象科研领域的‘老战士’，愿意为真理、为人民、为国家、为党奉献一切。[19]”
上述表明，个人价值的实现必须以国家需求为己任，借助自身的科研专长和热情开拓创新。习近平总书记曾说：“每一代青年都有自己的际遇和机缘，都要在自己所处的时代条件下谋划人生、创造历史”。“00 后”大学生站在“两个一百年”的时代交汇路口，身处科技爆发、思想迸发的时代，应当为民族复兴挺身而出，将青春谱写在祖国大地上，把创新立足在国家需求上，与人民同呼吸共命运，与国家命运同频共振。
2019 年末新型冠状病毒感染疫情(以下简称“新冠感染疫情”)暴发并肆虐全球，经过两年多的艰苦抗“疫”，我国的疫情防控已进入常态化阶段。不可置否，新冠感染疫情打破了传统的教育秩序和格局，倒逼教育网络化、数字化，推动了教育理念的革新和教学模式的转变，有学者认为新冠感染疫情的发生是世界基础教育的一个分界线，其将世界基础教育分为“前疫情时代的基础教育”和“后疫情时代的基础教育”[20-21]。随着教育格局的改变，教师也应该重新理解教育理念、教学平台、教学方式和教学关系，牢记“教育为本”，担负起时代赋予的责任与使命。
（一）线上线下，无缝切换
截至2022年，我国疫情依旧呈现多点散发和局部暴发的态势，“疫情防控常态化”这一政策使得“线上+线下”的混合教学模式成为教学的“标配”[22]，混合教学没有统一的形式，但具有共同的追求，即发挥线上与线下各自的优势，形成互补。线上教学是一种新的教学理念和模式，其打破了“一支粉笔，三尺讲台”的传统课堂教学模式，突破了时空的限制，在“云”端授课，为教师和学生架起“教”与“学”的桥梁。云物理学于秋季学期开课，冬季疫情更是反复无常，必须时刻做好“线上”与“线下”切换教学的准备。无疫情时，教师与学生能够进行面对面教学，从而直观地了解学生的学习状态与课堂参与度，进行更多的教学互动和塑造更好的学习氛围，这种身临其境感更能让学生感知到教育的温度。加之云物理学这门课涉及诸多理论公式的推导，面对面授课和课堂板书能帮助学生更好地把握推理进度，理顺推导逻辑，从而让学生更好地掌握知识点。疫情来袭时，笔者可以以在线直播的方式通过钉钉、雨课堂和腾讯会议等软件进行授课，并通过建立课程微信群及时通知课程信息、在线上发布课后作业和进行课后答疑等，也可以通过云盘上传课件、教学大纲和参考书目等，让学生能够根据教师提供的知识资源和在与教师的交流互动中进行自主学习。
（二）书网互通，融合发展
传统教育以书本教育为主，我国千百年来的教学模式就是教师站在讲台上讲授知识，学生捧着书本静坐听讲。书本上的经典知识皆是科学家的心血、人类文明的结晶，白纸黑字展示的都是历史代代的传承与更迭。进入21 世纪，“互联网+教育”逐渐兴起，打破了传统的“教师教教材”模式，使高等教育进一步向信息化、智能化和多媒体化发展，因而教育再难与网络剥离。书本与网络的互通并非坏事，两者将书本的“精”与网络的“泛”相融。云物理学这门课以《云降水物理学》《云物理简明教程》和《An Introduction to Clouds：From the Microscale to Climate》等为参考书目，教师通过精讲云的分类、形成和演变，以及云中辐射传输、云中光电现象等，让学生理解云、雾和降水的形成、发展、维持和消散规律。网络之大，无奇不有，网络让学习资源触手可及，比如名师直播课、中国大学MOOC 平台上的国家精品课程能够丰富课程资源，拓宽学生的视野。此外，通过关注国家大气污染防治攻关联合中心、新云天气象和一展云图等公众号，教师和学生均能够及时了解大气学科的最新进展和行业动态。
（三）翻转课堂，问题导向
随着“以学生为主体，教师为主导”教学理念的推行，教师满堂灌、学生被动听的传统课堂教学模式不再适合学生的全面发展。这要求当代的传道授业需特别突出学生的主体地位，教师从引导学生入手，通过各种方式启发学生积极思考、敢于质疑和勇于提问。笔者认为教师授课再精彩，学生不参与进来，也只是无用功。鉴于此，云物理学这门课专门设置了4 课时，围绕“以学生为中心，把课堂交给学生”，进行探索和实践，包括翻转课堂和问题导向教育两种方式。所谓翻转课堂，就是通过引导学生在课前采用课本教材、网络信息等方式进行自主学习，再在课堂上以探究式的学习方式对知识进行加固和深化[23]。而问题导向教育是通过设置一个复杂的、与现实世界相联系的问题情境，让学生通过小组合作的方式进行学习的一种教学模式[24]。两种方式均以学生讲解为主，教师点评为辅，各位同学根据个人兴趣选择主题并成立研究小组，小组内成员共同协作，查阅文献，制作PPT，并于课堂上进行PPT 展示，其中包含汇报环节和问答环节，教师和其他小组同学共同对汇报小组打分，将PPT 汇报分数和学生问答环节得分计入考核成绩。总之，该过程着重培养学生的团队意识和思考习惯。最后，教师的点评侧重对知识点梳理和补充、对学生汇报表现的探讨。这种课程设置让学生自主根据之前所学和线上所学，融会贯通，在课堂上通过团队合作和自由发挥，展现他们实际运用的实践动手能力和解决问题的能力。
教学效果评价是教学的重要环节，目前大多采取了过程性评价和结果性评价相结合的方式来检验课程教学的整体效果，并特别强调了过程性评价的有效性、判断标准和考核方法。过程性评价通常包括课前准备与预习、课堂表现与参与及课后练习与总结三个环节，而结果性考核包括随堂小测、作业和期末考试等内容。对于云物理学这门课，笔者将多角度、多途径和多方法对云物理学进行教学效果评价。一是思想更容易通过语言表达出来，在过程性评价方面应更加侧重学生的课堂表现和参与度，了解学生的精神丰度和广度。例如，授课教师在讲述“人工增雨、消云防雹”内容时会穿插我国人工影响天气工作者对水资源调配、防灾减灾的贡献和先进事迹，教师可以以此为契机引导学生进行爱国精神、专业自信及职业道德方面的思考，鼓励学生组队讨论并充分表达个人看法和观点。二是结果性考核兼具封闭性、半开放和开放性题目，同时增加半开放和开放性试题的比重。以“人工影响天气的方法有哪些，你认为人工是否能控制天气”这个问题为例，该试题既考查了人工影响天气中人工增雨、消云减雨和人工防雹等相关知识点，又开放设问，在教育学生“肯定人工影响天气的社会价值”的同时引导学生“人类在尊重自然的前提下，不断发挥聪明才智”。此类半开放和开放性试题，避免了学生死记硬背的错误导向，增加了更多的灵活性和主观性，使考试过程成为情感教育与价值观再教育的过程。三是增设问卷调查和师生谈话交流环节，对课程思政教育的效果进行综合评价。不同于明确的教学知识点，思政教育目标(文化素养提升、辩证思维培养、情感共通和价值观塑造等)通常具有“内隐性”，无法直接用成绩或等级进行评判，这就需要采用问卷调查、学生互评和师生面谈等方式，深入了解学生的情感态度变化。
课程思政是一种理念，是一门技术，也是一门艺术。做好课程思政，需要专业课教师“打铁必须自身硬”，在强化自身专业素质的同时，不断提升课程思政建设的认知和意识，并根据大学生精神需求优化思政内容，转变教学模式，注重思政教学效果评估，强调过程性评价考核，拓展专业课程的广度、深度和温度，确保“全员全程全方位育人”的教学效果。
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