《雷电学原理》课程建设与发展

谭涌波

摘要：《雷电学原理》课程是雷电科学与技术专业的一门专业基础课程，涵盖了晴天大气电场、雷电原理、雷电探测技术以及雷电气候学等大气电学领域的基础知识，适用于大专、本科、研究生等各个层级的水平教育。本文研究了《雷电学原理》》这门课程的设置背景、课程目的、教学特点、师资培养、教材使用及建设，以及未来的发展规划。

关键词：雷电学原理；课程建设；发展规划

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）33-0202-02

闪电是自然界最壮观的大气现象之一，伴随着声、光、电等形式物理现象的发生。它是世界上十大自然灾害之一，并且发生的频率较高，给社会经济和人民生命财产带来了巨大的损失。特别是近年来，随着社会的发展，信息系统在人类社会中扮演了越来越重要的角色，而如何规避自然雷电对电力、信息系统的危害就成为日益突出的问题。为了最大限度地减少雷电灾害带来的损失，近年来我国各地区气象部门已经广泛开展了防雷工作，建立了一支防雷专业队伍，扩大了气象服务的内容。与此同时，防雷队伍专业素养欠缺，对雷电物理过程认知的缺乏，高层次技术人才匮乏等问题日益凸显。作为中国气象人才培养的摇篮，前身为南京气象学院的南京信息工程大学经过多年的筹备和发展，在全国范围内建立了国内唯一一所雷电专业人才培养本科、硕士、博士各层次齐全的专业——雷电防护科学与技术。而其中《雷电学原理》作为该专业的学位基础课程，其重要性也不言而喻。《雷电学原理》全方面讲述了雷暴云的生消演变、云中的电荷结构以及起电、放电等过程的理论基础以及物理机理，并就当前闪电定位技术、人工引雷技术等雷电科研业务领域中的主要手段进行了全方面的介绍。《雷电学原理》这本教材的出现，不仅填补了我国在大气电学、雷电物理等专业领域中系类教材缺乏的空白，也是高等院校大气科学、雷电防护专业的教科书，同时也可以为从事雷电防护与工程检验、风险评估、雷暴检测预警的专业技术人员提供参考。结合学校办学定位，根据“重视基础理论，突出主干课程，拓宽专业口径，强化能力培养，立足于培养高层次、应用型创新人才”的指导思想，确定《雷电学原理》课程是专门面向雷电科学与技术专业函授、专科、本科多层次水平教育的一门专业基础课程。按照教学层次的不同要求、考虑到雷电防护事业的蓬勃发展以及雷电原理理论的不断更新，在教学实践中，应不断地对教学大纲以及计划进行相应的修改。

一、课程目的

《雷电学原理》课程建设和改革应以“学生为本”的理念，根据学生的实际情况进行设计，根据学生课堂反馈的信息以及国内外最新的研究动态积极调整教学内容。该课程从基础的电学原理开始，由浅入深，系统地介绍了晴天大气过程、雷暴云的形成分类、雷暴云中的微物理过程、雷暴云中的电荷结构以及相对应的起电机制，重点介绍了闪电放电的分类、基础理论、观测结果以及物理效应，雷电的探测原理、人工引雷技术，雷电的气候特征和全球大气电路等。在备课时应时刻关注国外最新的、具有代表性的研究结果，反映当前学科的最新成果和雷电的新进展，如闪电最新的起、放电过程研究，闪电的电磁辐射，闪电的最新定位技术、人工引雷技术等。在具体制定教学大纲中体现如下基本原则：了解晴天大气过程、雷暴云的生消过程，全面了解雷暴云中各种电荷结构以及相对应的起电机制，能够掌握雷暴云电荷的基本结构，地闪和云闪的放电过程，了解国内外雷电监测原理和方法的发展现状，能对其工作原理有大致的了解，了解人工引雷技术的原理，知道人工引雷技术的前景和应用，并对雷电的气象、气候特征以及全球电路有基本了解。在教授学生基本的云中电荷结构、起电机制、闪电放电行为以及雷电探测技术的同时，重在引导学生学会在课堂教学之余，如何通过自我查阅文献了解雷电物理最新的发展现状。培养学生的基本科学素养、激发学生学习雷电的兴趣、增强学生发现问题解决问题的能力。掌握雷电的基本电荷结构、起电机制、放电过程以及雷电检测方法，掌握雷暴的气候特征，对气象部门开展雷电防护以及雷灾事故调查等具体工作具有实际的指导意义。

二、教学特点

在教学过程中采用案例教学结合讨论的方法，在教师的指导下，由学生对具有代表性的典型案例进行有针对性的分析和讨论，这不仅拓宽了学生的思维空间，激发了学生的学习兴趣，还提高了学生的思考判断能力，使学生的综合素质得到一定的提升。学生通过讨论进行合作学习，让学生在小组或团队中学会如何沟通、分工、合作从而共同解决相对应的问题，让所有的人都能参与到明确的集体任务中，培养了学生思维表达能力以及促进学生主动学习。在教学过程中多使用PowerPoint、录像等现代化教学手段，以播放表格、图像、动画，视频等为方式，给学生提供大量生动、易接受的信息，提高学生的兴趣，使教学过程更加形象、生动。在课堂上为学生展示雷暴云中的电荷分布、起电机制以及放电过程，让学生对此课程有更感性的认识，加深对课程内容的理解。与此同时，通过各种渠道，大量收集实际的雷电光学观测、电磁场观测资料，并利用数值模式结合数值仿真实验，给出雷暴云内及动力-微物理的动态演示，以及雷暴云中电荷结构，闪电行为的时空演变，加深学生对实际雷云过程的感性认知，激发学生对自然现象的浓厚兴趣。在课程讲解过程中，注意与当前最新研究动态的联系，以及将一些理论知识融入到日常生活的案例中，提高学生理论结合实际的能力，综合培养学生全方面的能力。

三、师资培养

目前该教学队伍已形成了以课程组负责人为核心，骨干教师为主要教学力量，助教和研究生为辅导教师的教学水平较高、经验丰富的教师梯队，并外聘了几名国内著名的雷电物理专家。在师资队伍培养方面，主要有以下措施：一方面，通过多种方式，走出去或请进来，将校内培训与校外培训、学历补偿与素质提高相结合，进一步提高广大教师的教学能力和教学水平，不断更新教师队伍的知识结构，全面提高教师队伍的综合素质。另一方面，积极引进和培养青年教师，优化教师队伍结构，提高教师队伍整体学历层次。不断引进优秀青年教师，加大对青年教师的培养力度，增强教师队伍的发展后劲。并且聘请雷电方面的专家到我校讲学，有计划地安排部分中青年教师进修、在职攻读博士或外出访问，使中青年教师不断提高学术水平和教学水平。建立完善的青年教师教学实践制度，包括高职教师对青年教师的传、帮、带制度，坚持青年教师讲课前的试讲活动，坚持教研室集体备课、相互听课制度，鼓励青年教师参加赛讲活动，定期进行学术讲座，创造教师进修、开会、学习的机会，鼓励教师申报科研项目，努力为提高教育教学质量和雷电精品课程的建设而作出贡献。

四、教材使用与建设

目前，已经有陈渭民老师编著的《雷电学原理》书籍。教师结合课本以及PPT课件进行课堂授课，进一步提高教学的质量。全书共分十一章，第一章讲述静电学基础知识；第二至四章主要叙述晴天大气的基本电特性知识；第五、六章主要讲述雷暴云荷电结构和雷暴云起电的理论；第七章为闪电的结构、类型、电场、电流参数和形成机制等；第八章主要讲述闪电的电磁辐射理论；第九章是雷电的探测手段，包括闪电定位、光学观测以及电磁场观测等；第十章着重介绍人工引雷技术的原理以及应用前景，第十一章为雷电的气候特征，我国和世界范围内的雷电的分布规律以及全球电路的概念。本课程要求学生除熟悉、掌握指定教材的内容外，还介绍一些较为经典的外文书籍作为参考书目，与此同时，鼓励学生在课堂之余，应学会通过关键词语查询与雷电有关的各种参考文献，扩展学生对整个雷电科学各个领域研究动态的全面了解，丰富学生的知识面，并结合课本知识，加深对理论的理解和掌握。

与此同时，随着科学技术的发展，对雷电的产生、发展、特征的认知的不断加深，并结合国内外最新的研究成果，一些早期的认知已不足以解释雷电观测中的诸多现象，本着客观、求实的态度，课程小组计划重新编写新教材，在保持原教材的风格基础上，着重对一些新现象新理论进行添加和补充，让该课程的内容设置能够紧跟国际最新的研究成果与动态，特别是一些对雷电认知的根本性转变，应让学生及时掌握。

五、课程的发展规划

随着科学技术的发展，对雷电原理认知的不断加深，本课程需要不断地结合最新的研究结果，修改、补充、发展相对应的教材以及课件。争取在已获得省级精品课程的基础上更进一步，将本课程建设为国家级精品课程。本课程计划完成以下规划：①制作高质量、适合现代化教学要求的多媒体课件，如PPT课件、Flash课件等，激发学生的学习兴趣，使授课内容更形象生动。②搭建网络资源共享平台，提高资源的利用效率，便于高校师生更便捷地获取各种资料，充分实现优质教学资源共享。③进一步提高广大教师的教学能力和教学水平，不断更新教师队伍的知识结构，全面提高教师队伍的综合素质。④结合国内外最新的研究成果，不断对教学大纲和教学内容进行修改、补充以及发展，及时反映雷电物理以及大气电学最新的研究结果。⑤确定《雷电学原理》课程的授课模式，形成了结合教案、电子课件到试题库的完整体系。⑥通过多种成绩评定方式（主考教师评定、学生参与评定）等方面的考试制度改革，以考试为杠杆，推动学生个性培养和全面素质教育。⑦采取学生评教制度，通过让学生填写问卷，了解学生对教师和教学工作的意见，认真处理学生的意见，完善督教工作，形成良好的教学质量监控体系。⑧根据雷电学科的特点，在教学过程中，开展课题研究活动，调动教师参加教学研究的积极性，在不断学习研究反思总结的过程中，使他们的专业化水平和能力得以提高，并且有利于提高教学的质量。