《海洋数值预报》课程中“科学家精神”思政内容的设计

张雪艳 史 剑 张文静

（国防科技大学气象海洋学院 湖南·长沙 410003）

0 引言

2016年习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出“要使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”。这给传统专业课程教学当中融入思想政治教育元素带来新的契机。

2019年5月，党中央出台了《关于进一步弘扬科学家精神加强作风和学风建设的意见》，要求大力弘扬胸怀祖国、服务人民的爱国精神，勇攀高峰、敢为人先的创新精神，追求真理、严谨治学的求实精神，淡泊名利、潜心研究的奉献精神，集智攻关、团结协作的协同精神，甘为人梯、奖掖后学的育人精神。2020年9月，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平在科学家座谈会的重要讲话进一步强调科学成就离不开精神支撑。科学家精神是科技工作者在长期科学实践中积累的宝贵精神财富。

21世纪是海洋的世纪，向海而兴，背海而衰，这是一条亘古不变的铁律。十八大提出建设海洋强国，作为涉海院校，要想培养时代需要的海洋科技工作者，更应该对课程思政海洋学学员职业素养培养中的意义进行思考与探索。提高学生辨别是非的能力，引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观；以立德树人为导向和理念，真正把培养德才兼备的海洋高素质人才。

1 教学内容匹配的思政设计思路

1.1 教学内容及学情分析

海洋数值预报作为数值计算在海洋领域的应用课程，主要包括建立数学物理模型、建立求解的计算方法和计算机实现三个阶段。那么要求学生具有物理海洋学方程的基础、数值分析的基础和计算机编程实现的基础。对于海洋科学专业的学生而言，先学习过物理海洋学和计算机程序设计语言，基本具备物理海洋学和计算机实现的基础，但是中间数值分析的内容学员没有学过，需要教员在课堂上进行补充学习。所以，海洋数值预报是一门理论性、技术性和应用性都很强的课程，包括海洋模式基本方程组、数值方法基础、二维流场数值模式、三维流场数值模式、海浪数值模式、天文潮数值模式、风暴潮数值模式、海浪数值模式、海洋环流数值模式等基础和实践内容。其中，海洋模式基本方程组，是海洋科学专业学生学习过的专业基础课内容，而数值方法基础、二维流场数值模式、三维流场数值模式需要数值计算、计算流体力等理论基础，海洋科学专业的基础相对薄弱。

1.2 科学家内容引入的的理念

面对抽象的、理论性较强的内容，学生容易感觉枯燥，丧失学习兴趣。这必然会影响学习效果，但这些理论却是进行海洋数值预报必须具备的基础，也是后续开展相关保障或者研究工作所必须具备的专业基础素养。如上所述众多问题影响了学生的学习效果，很多学者对此进行了有益的探讨。为增强课程的趣味性，使学生在较短的时间内掌握众多的方法并学以致用，笔者在多年的教学实践中也进行了一系列的教学改革。

换个思路，课程中的方法、公式、定理是枯燥乏闷的，科学家是活生生的，科学家的故事、精神是引人入胜的、令人感动的，在专业领域的科学家门之间革命友谊和提携互助，甚至于爱恨情仇，学科传承的脉络，也会提高学员的参与感和学科荣誉感、使命感。

在海洋科学、计算方法的产生发展历程中，诞生许许多多的科学家，这些科学家们有的家境殷实，有的出身贫寒，有的堪比神童，有的刻苦努力，有的在一个领域求精求新，有的高龄转行，但是所有的科学家们都为我们留下了宝贵的知识财富和精神财富，值得我们铭记，也值得我们学习。

2 科学家精神进课堂的思考

2.1 内容相关科学家引入，活跃课堂气氛

数值计算环节是链接海洋物理过程模型到计算机算法实现，输出预报的重要桥梁，数值计算部分内容也是课程的重要基础内容，是后面海浪、天文潮、风暴潮、海洋环流数值预报的基础。

进行数值预报，首先要做就是将基本方程离散，最简单、通用、容易掌握的方法就是有限差分方法，最常用的就是有限差分的方法就是泰勒级数构造有限差分，教材本身的内容是利用函数的泰勒展开构造出一阶导数的向前差分、向后差分、中央差分以及二阶导数的中央差分，介绍它的构造方法、阶段误差及构造更高阶的精度的差分的方法，这样的流程下来，虽然内容充实，思路清晰。但是众多的公式推导，总是枯燥的，我们在这里，就引入英国著名数学家布鲁克·泰勒的生平事迹，以及跟课程内容紧密相关的有限差分的诞生及它的重要意义，来调节课堂气氛。

布鲁克·泰勒（Brook Taylor）1685年8月18日出生于英格兰米德尔塞克斯郡的埃德蒙顿市，1731年12月29日卒于伦敦），泰勒出生于英格兰一个富有的且优点贵族血缘的家庭他的全家，尤其是它的父亲，都非常喜欢音乐和艺术，这对泰勒一生的工作造成了极大的影响，人说在它的两个主要科学研究课题：弦振动问题及透视画法，中就可以看出音乐和美的内容。在1715年发表的《正和反的增量法》（Methodus incrementorum directa etinversa）为高等数学添加了一各新的分支，那就是海洋数值预报课程的基础有限差分方法，所以泰勒是有限差分理论的奠基者；他还提出了著名的泰勒公式，约瑟夫·拉格朗日称这个公式为“导数计算的基础”。这里面还有许多有意思的科学趣事，其中之一就是，关于泰勒定理的优先权之争，J·伯努利在1694年在《教师学报》上发表过于泰勒定理相同的结果，所以很多人尤其是欧洲大陆的数学家认为定理应归于伯努利，实际上，泰勒和J·伯努利之间的争论是牛顿和莱布尼茨谁首先发明微积分的争论的延伸。这场旷日持久的辩论赛，即推动了科学的发展，也使双方受到了损害。

2.2 国内科学家的引入，强调爱国精神

在离散方程的另外一种重要的方法就是有限元法，也是我们学习的重要内容之一，相对有限差分方法，有限元法更复杂，公式更加繁琐，课标要求理解有限元的思想。为了更好地达到这一要求，需要介绍有限元的发展历程。

在有限元领域，有我们中国科学家的身影，那就是我国计算数学的先行者，冯康院士，在20世纪60年代，冯康就独立于西方创始了有限元方法，并把它用来解决当时三峡大坝的设计问题。如今这一成就已为全人类所共享。80年代初，他功成名就、享誉国际，但在花甲之年，他却毅然转行进入一个全新的领域，哈密尔顿系统的辛几何算法，从而开辟了一个全新的有广阔应用前景的研究领域。在他去世的时候，美国数学会会长皮特·拉克斯在该学会会刊上，为冯康撰写了悼文，这样形容他：“那个小老头，他瘦小的身影不知疲倦，听到提问眼睛就发光。”皮特·拉克斯也是我们课程中出现的科学家，他的拉克斯等价定理，是进行差分格式性质分析的重要依据。

冯康院士是为数不多的，我国自主培养的科学家，在功成名就之后，也有很多国外研究机构投来橄榄枝，但冯院士不为所动，坚定地坚持着自己的祖国，自己的科学事业和祖国的人民。真正做到了一个大写的人字，具有独立自由的科学精神、独立自由的人、一个诲人不倦的老师。

这不正是习主席倡导的科学家精神么，胸怀祖国、服务人民的爱国精神，勇攀高峰、敢为人先的创新精神，追求真理、严谨治学的求实精神，淡泊名利、潜心研究的奉献精神，集智攻关、团结协作的协同精神，甘为人梯、奖掖后学的育人精神。

这样的内容，在课堂中即是思政的内容，也可以很好地调节课堂气氛和节奏，让学员从公式的推导，逻辑的递进，内容的学习中得以缓冲，了解方法的发展，大师的经历，学习的阶梯，走进科学家的圈子，知晓前因后果，提高学员的参与度和知识学习的全面性。

3 结论

2019年习近平在召开全国学校思想政治理论课教师座谈会指出“各级学校要贯彻党的教育方针，坚持社会主义办学方向，落实立德树人的根本任务；坚持教育为人民服务、为中国共产党治国理政服务、为巩固和发展中国特色社会主义制度服务、为改革开放和社会主义现代化建设服务。培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人”。海洋数值预报是一门数值方法、海洋科学、程序设计的多学科交叉融合课程，是海洋科学专业的核心课程，并且课程偏理论，前四章基础部分涉及较多的数值方法的内容，在课程总引入涉及到的科学家介绍，不仅可以调节课堂气氛，而且可以引导学员学习科学家的胸怀祖国、服务人民的爱国精神，勇攀高峰、敢为人先的创新精神，追求真理、严谨治学的求实精神，淡泊名利、潜心研究的奉献精神，集智攻关、团结协作的协同精神，甘为人梯、奖掖后学的育人精神，进而提高课堂效果，培养德才兼备的海洋科技人才。