上海交通大学教学发展中心主动推进课程思政建设，谋划“交大思政建设方案”，依托中心建设的课程思政教学研究中心于2022年获批上海市课程思政教学研究示范中心。示范中心基于全职涯培育、中心-分中心机制、教学研究理念，形成课程思政建设规划，并面向一线教师设立课程思政建设专项。在此背景下，为更好地输出和展示优秀的课程思政建设成果，整合学校课程思政建设学术资源形成发展合力，中心于2023年春季学期开始专题推送交大一线教师思政建设专项结题“优秀”的项目论文，并向广大学者与一线实践者提供学习交流平台。
海洋与地球科学理论课程思政要素发掘与设计
——以《大气海洋动力学（1）》为例
张召儒1，田冰雪2
摘要
海洋及与其相关的地球系统研究是我国海洋强国建设的重要科学支撑，与全球气候变化、生态环境保护、国家海洋权益维护、经济社会可持续发展等议题密切相关。在海洋与地球科学理论课程中融入思政设计，对于引导学生树立服务于国家需求和经济社会可持续发展的意识、理解海洋和人类命运共同体理念、建立正确的自然科学研究方法论具有重要意义。本研究依托海洋科学专业本科生动力理论课程《大气海洋动力学（1）》，探索将家国情怀、科学精神、方法论等思政要素有机融入海洋和地球科学理论课程的方式和途径，实现集知识传授、能力培养和价值引领于一体的思政效果，以期为海洋科学、大气科学和地球科学等相关学科的动力理论课程思政建设提供参考和启发。
关键词
海洋与地球科学；课程思政；科学精神；方法论
一、引言
海洋与大气是地球气候系统的两个重要组成部分，两者之间进行着物质和能量的密切交换，海洋大气动力过程对于全球气候变化发挥着关键作用，是构建人类命运共同体的重要元素。《大气海洋动力学（1）》是上海交通大学海洋学院物理海洋学和海洋技术方向本科生的专业必修课程，也是国内外高校物理海洋学专业的核心基础课程。围绕《高等学校课程思政建设指导纲要》[1]，本研究旨在将家国情怀、科学精神、立场观点和方法论、政治认同等思政要素有机融入此课程，力求使学生将海洋与大气动力学研究同国家海洋强国战略、全球气候变化应对和治理、人类命运共同体构建等重要议题紧密对接和结合，提升科学研究要服务于国家和社会发展的意识和责任感。
二、课程思政教学目标与要素挖掘
本课程设定了四个课程思政目标，并围绕目标在家国情怀、政治认同、立场观点和方法论、科学精神等思政要素上进行深入挖掘，力图将这些要素有机融入课堂教学。
1. 树立服务于我国海洋强国建设、维护国家海洋权益、为科学研究勇攀高峰的意识和责任感
海洋观测是认知海洋过程的基础与前提，本课程以主讲教师本人作为首席科学家带领的多个中国近海和极地海域科考航次为例，介绍海洋传统和新型观测技术对于发现海洋动力现象、揭示海洋动力机制、认识海洋运动规律的重要作用。同时，海上环境复杂多变，尤其是在南北极等极端环境以及恶劣海况下进行海上观测时，需要海洋科研人员承受极大的艰辛与考验，以此来鼓励同学们树立科学研究不畏艰难、勇攀高峰的科学精神。此外，通过对比国内外在观测技术前沿性、持续性和系统性上的差异，激发同学们将海洋科学与技术研究有机融合、引领国际海洋科学研究的责任感和使命感。
2. 认知大气和海洋环流的全球尺度运动特征及其对气候变化的影响，建立人类命运共同体意识和全局观
海洋和大气是全球气候系统的重要组成部分，同时其运动具有空间大尺度属性，大洋环流和大气经向三圈环流则可到达全球尺度。在此背景下，地球上任何一处的海洋或大气过程发生变化，都会通过海洋和大气环流影响到全球其它区域，对全球海洋、大气或气候系统产生影响，从而将人类命运连结在一起。比如，厄尔尼诺和拉尼娜现象是发生在热带区域的典型海气相互作用过程，但通过全球尺度大气环流，该过程对于中纬度和高纬度区域的海洋和陆地环境都会产生显著影响[2]，如我国1998年长江流域的洪水和2008年的雪灾均与该现象有关。通过对以上要素挖掘，让学生认识到大气和海洋环流将全球过程联通在一起，建立起人类命运共同体意识和认识问题的全局观，同时提升应对全球气候变化的意识观念。
3. 了解我国在参与国际大型科学研究计划、国际活动方面的能力和实力，增强民族和文化自信
随着在海洋、大气和气候变化研究领域研究实力的不断增强，我国在相关领域国际大型科学计划中的参与度也在不断提升。本课程在相关章节会介绍我国在重要国际科学研究计划中所参与的工作及国际影响力，以此增强同学们对国家研究实力的信心和认同感。比如，2019-2020年国际上发起大型北极漂流站计划MOSAiC，中国成为了其中的重要参与方。上海交通大学海洋学院及其开展部部共建的自然资源部第二海洋研究所、中国极地研究中心均有科研人员参与了该计划，充分体现了我国在极地海洋领域的研究实力和国际影响力，以此增强学生对于国家实力和影响力的认同感。
4. 建立将自然科学与哲学研究有机结合的理念，提升灵活运用哲学方法论的能力
开展自然科学研究要将正确的哲学认识论和方法论贯穿于其中。以纳维-斯托克斯方程为基础的动力方程组是研究海洋和大气各种具体运动形式的基础。该方程组原始形式包含的物理项非常复杂，在进行具体运动形式研究时，在前提假设下对方程中各物理项开展尺度（量级）分析，可发现其中一些项的尺度相对较小，进而忽略，得到简化、可求得解析解的方程，该方程可以很好地抓取现实中海洋和大气过程的本质规律，从而其运动方程的解能够很好地刻画实际观测到的海洋和大气运动现象。该过程实际上对应了哲学方法论中研究问题要抓事物主要矛盾的思想，是开展课程思政教学工作时着力强调学生要建立的思想之一。海洋科学也是一门物理、化学、生物、地质等领域高度交叉的学科。在开展海洋动力学现象研究的过程中，需要具备事物之间存在普遍联系的认识论，认知海洋动力过程对海洋环境中化学、生物、地质要素及气候系统的作用，培养学生的学科交叉思维和研究能力。
三、课程思政教学方法和途径
1. 课堂案例教学
本课程思政设计实施的主要载体为课堂案例教学，将家国情怀、政治认同、立场观点和方法论、科学精神四类思政要素有机融入课程内容设计，设计课程思政案例。详细案例设计如表1总结。
表1：课程思政案例设计表
海洋和大气中的多种动力过程同维护国家海洋权益、服务国家经济和社会发展直接相关。例如，本课程思政案例教学中的一个比较典型的例子是海洋内波，海洋内波可导致海水内部的上下剧烈震荡，对于在水下航行的潜艇产生严重的安全威胁，因此各国海军都非常重视对海洋内波的研究，如美国海军研究实验室（ONR）资助了多项海洋内波的研究项目[3,4]。本课程在内波章节会首先对以上背景信息进行介绍，让学生认识到开展海洋动力过程研究对维护蓝色国土安全的重要意义。另外一个较为典型的例子是两种典型的气象灾害——分别起源于热带太平洋的台风和热带大西洋的飓风。台风与飓风是非常典型的海洋与大气相互作用过程[5]，对包括我国在内的诸多区域会带来经济社会发展的重大损失。在本课程地转流动章节，以台风和飓风为例讲解低压中心所诱导的地转运动，让学生认识到研究大气海洋动力过程对于提升气象和海洋灾害预报能力的重要性、树立科学研究要服务于社会发展的意识。
2. 作业设计
（1）本课程的作业设计充分体现了理论联系实际的理念，大部分作业题目围绕大气和海洋动力学理论如何用于解决实际问题来设计。典型案例如给出北太平洋海表风场真实结构，根据海气边界层动力学理论求解此区域海洋的垂向流动，同时结合位势涡度守恒理论解释为何实际观测到的北太平洋副热带环流中，内区的海水会向赤道方向运动。
（2）课程作业设计融入事物之间存在普遍联系的方法论。如在上述作业问题中，进一步要求学生利用求解的海洋垂向流动以及海洋中营养元素的垂直分布结构，解释为何北太平洋中心区域生物生产力较低，而赤道和高纬度海域生物生产力则较高，将海洋物理过程和生物化学过程有机结合在一起。
（3）作业设计强化学生研究问题抓事物主要矛盾的方法论。部分作业题目需要利用科学假设，针对海洋或大气运动的原始控制方程进行尺度分析，辨别各物理项的量级并忽略次要项，针对简化方程求解得到运动特征和规律，培养学生开展科学研究抓主要矛盾的能力。
（4）个别作业题目融入价值引领。如副热带环流章节，作业题目要求绘制副热带环流流场结构，并根据结果阐释预期该环流对日本福岛排放的核污水扩散会有什么影响，对海洋生态环境会带来何种危害。
3. 课程期末论文设计
本课程的期末考核方式为课程论文及课堂报告。论文研究内容鼓励大家选择同气候变化或经济社会发展具有密切关联的海洋或大气动力过程开展研究，并在论文导论部分对该过程的意义进行明确阐述，作为论文的采分点之一。
四、课程思政实施效果与讨论
1. 学生情感领域反应
在线下课程环节，主讲教师在课程思政点融入环节着重观察了学生的情感反应。在讲到海洋内波对潜艇安全行驶的影响及维护海上国土的安全，以及以台风和飓风为例阐释研究大气地转运动对防灾减灾的意义时，学生在课堂现场对相关内容表现出浓厚的兴趣，并在课后积极主动和主讲教师进行了进一步探讨。
2. 课程作业表现
本课程作业中有较多内容涉及通过量级分析进行原始方程的简化，得到具有解析解的具体运动形式。学生对于这些问题的作答错误率较低，能够对方程不同项做到合理取舍，得到准确的简化方程并进行求解，抓住了运动的本质规律。
3. 课程论文研究内容选择
本课程开设的第一学期，主讲教师对课程期末论文选题进行了统计，发现60%的同学选题集中在了本课程重点进行过思政内容设计的章节，包括地转运动、海洋近惯性内波、大气经向三圈环流、海洋边界层动力学、大洋环流和涡度动力学等，将对相关过程开展深化研究，说明课程思政通过与讲授知识的有机融合，增强了大家在科学选题和研究方面要同国家海洋强国战略相对接、与应对全球气候变化、构建人类命运共同体理念相结合的意识。此外部分同学选择对交叉学科过程进行研究，包括边界层动力学对海洋生态系统的影响、大气和海洋过程对海洋工程领域潮流能发电的作用等，增强了学科交叉联动思维意识。此外，本课程为本科三年级课程，部分同学在修完本课程后对海洋动力学研究及其应用前景有了更充分的认识，向主讲教师表达了希望在国内继续深造、服务于我国海洋科学研究发展的想法。
五、总结
本课程开展了海洋和地球科学理论动力理论课程思政设计的探索和实践，着重在家国情怀、政治认同、立场观点和方法论、科学精神等思政要素上进行了深入挖掘，力图将这些要素自然有机融入课程教学，引导学生树立开展海洋和大气动力学研究需有效对接国家和社会需求、服务社会发展的观念，建立人类命运共同体意识，掌握正确的自然科学研究方法，培养不畏艰难、勇攀高峰的科学精神。在未来的教学实践过程中，可进一步探讨课程思政的开展形式，增加思政开展的教学维度，建立更好的思政实施效果评价方法。
作
者
简
介
张召儒1，长聘副教授，极地生态与气候变化教育部重点实验室副主任。主要从事南北极海洋、海冰和大气相互作用过程及其对全球气候变化影响的研究。主讲本科生课程《大气海洋动力学（1）》和研究生课程《地球流体动力学I》。作为主要完成人获上海交通大学教学成果一/二等奖，获烛光奖、凯原十佳教师提名奖、教书育人提名奖等。
参考文献
[1]《高等学校课程思政建设指导纲要》，教高〔2020〕3号，中华人民共和国教育部.
[2] Simpkins GR, Ciasto LM, Thompson D, England MH (2012). Seasonal relationships between large-scale climate variability and Antarctic sea ice concentration. J Clim 25(16):5451–5469.
[3] Christopher RJ, Yessy A, Ichio A (2015) High-frequency nonlinear internal waves around the Philippines. Oceanography 24(1): 90–99.
[4] Buijsman MC, Stephenson GR, Ansong JK, Arbic BK, Mattias Green JA, Richman JG, Shriver JF, Vic C, Wallcraft AJ, Zhao Z (2020). On the interplay between horizontal resolution and wave drag and their effect on tidal baroclinic mode waves in realistic global ocean simulations. Ocean Model 152: 101656.
[5] Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics (2017). Vallis GK, 2nd Edition, Cambridge Press, Cambridge.