海洋要素计算上机实验
《海洋要素计算上机实验》教学大纲
课程编号 |
K050102005 |
课程性质 |
必修 □选修 集中实践 □专业课 |
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课程名称 |
海洋要素计算上机实验 |
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Experiments of the Calculation of Marine and Hydrologic Properties |
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学分/学时 |
0.5学分 / 16学时 |
考核方式 |
编程实践/实验报告/期末大作业 |
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开课年级学期 |
四年级 第1学期 |
开课单位 |
海洋与环境学院 |
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适用专业 |
海洋技术 |
教学语言 |
中文 |
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先修课程 |
海洋学、海洋要素计算、海洋调查与观测 |
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教材 |
[1] 左军成，杜凌，陈美香，徐青，李娟。《海洋水文环境要素分析方法》,科学出版社，2019. [2] 何宜军，陈忠彪，李洪利。《海洋数据处理分析方法》，科学出版社，2021. |
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执笔人 |
袁承仪 |
审核人 |
郑小慎 |
批准人 |
李桂菊 |
执行时间 |
2021.08 |
一、课程简介
1．课程性质
《海洋要素计算上机实验》是海洋学科知识体系中的必要组成部分，是高等院校海洋技术专业的重要实验课程，也是从事海洋数据资料处理与分析工作的重要基础和有效手段。它以海洋学、海洋要素计算、海洋调查与观测等课程为先修课程，是为培养面向21世纪海洋学科创新人才需求而建立的新课程体系中的主要实验课程。
2．课程任务
通过《海洋要素计算上机实验》课程，学生能够海洋要素相关的统计理论与上机编程实践相结合，把课堂学到的基本理论应用到实验中，加深学生应用理论知识解决实际问题的能力。同时，通过上机编程实验，学生能够锻炼编程思想，学习代码撰写的规范性，提高程序调试能力和根据统计分析结果综合分析海洋现象的能力。
二、课程目标
课程目标1：培养学生应用海洋要素资料的质量控制原理、统计分析方法和图形表示方法，培养学生综合运用统计结果和图形表示探讨海洋学现象及机制。（支撑毕业要求1.1）
课程目标2：培养学生应用科学软件如Matlab和恰当的工具箱，完成海洋数据处理中的程序设计、代码编写和程序调试等工作。（支撑毕业要求3.1）
课程目标3：培养学生树立并践行社会主义核心价值观，具有推动国家信息产业发展和社会进步的责任感。培养学生的团队合作精神，以及将自身职业发展与国家“海洋强国”需要相结合的意识。（支撑毕业要求9.3）
表1 课程目标对毕业要求的支撑关系
课程目标 |
毕业要求观测点 |
课程目标1 |
1.1能够应用数学、物理、海洋监测的基本原理、基本方法对实际问题形成科学认知，并能够选择适当的语言工具进行准确表述； |
课程目标2 |
3.1掌握信息管理系统开发全周期、全流程的基本设计/开发方法和技术，了解影响设计目标和解决方案的各种因素。 |
课程目标3 |
9.3具有协作与团队管理能力，能够组织、协调和指挥团队成员开展工作。 |
三、实验项目、内容及学时分配
表2 实验内容及学时分配
序号 |
实验项目 名称 |
实验内容简介 |
学时分配 |
实验类型 |
对应课程目标 |
1 |
温盐数据的图形表示 |
掌握海洋标量要素如温度、盐度等的质量控制、基本统计方法和图形表示方法。初步地运用综合分析法，利用海洋资料的分析探讨具体海洋学现象。 |
4 |
验证 探索 |
1,2 |
2 |
经验正交函数分解法在海洋数据中的应用 |
掌握海洋标量要素的经验正交分解法（EOF）的编程与应用；掌握地球坐标系下空间模态函数的图形表示方法；紧密结合课堂理论知识，掌握EOF结果中时间系数的物理含义。并掌握和应用基于时间系数进行机制分析的方法。 |
4 |
验证 探索 |
1,2 |
3 |
潮汐、潮流的调和分析 |
掌握潮汐、潮流的调和分析方法，熟练地运用基于Matlab软件的T-Tide工具箱。根据潮位的调和分析结果，计算潮型系数，确定特定海区的潮汐类型；掌握根据潮汐的调和分析结果，绘制同潮图的方法；掌握根据潮流的调和分析结果，绘制潮流椭圆的方法。 |
4 |
验证 开发 |
2,3 |
4 |
认识再分析海浪数据与分析渤海的海浪特征 |
了解和掌握典型海浪模型的输出场；在此基础上，正确读取渤海区域的海浪要素相关变量，包括有效波高、特征周期和斯托克斯漂等。在地球坐标系下，完成不同季节渤海的海浪特征分析。 |
4 |
认识 验证 探索 |
2,3 |
四、思政元素与课程教学融合体系
从“三全育人”的指导思想出发，针对实验教学内容，以学生为中心，以产出为导向，明确实验融入的思政元素，实现“全员育人、全过程育人、全方位育人”。
表3 海洋要素计算上机实验思政元素与人才培养目标的有机融合
思政融入点 |
思政教育点 |
对于所有海洋要素数据，强调海洋资料质量控制的必要性； |
培养学生“严谨求真”的科学追求 |
依托前沿科考的观测成果，指导学生进行统计分析； |
引导学生投身“海洋强国”建设 |
在课后作业中，鼓励学生开展小组研讨，共同探索； |
鼓励团队合作和科学探索精神 |
五、基本要求
1. 实验教学基本要求
本课程与《海洋要素计算》课程相结合，突出实用性和实践性。通过对有代表性科学项目的认识、验证、分析和探索等，使学生深刻理解理论课程中讲解的方法和理论，并在此基础上“学以致用”。培养学生熟练应用相关科学软件进行统计分析和图形的可视化，培养良好的科学习惯和严谨的科学精神；从程序设计、代码编写、程序调试、结果分析和实验报告撰写等方面入手，综合加强学生的专业素养和实际工作能力。
2. 教学方法
本课程是实验课程，秉承“以学生为中心”的教学理念。采用实验探索与课堂研讨交叉，编程实践与课堂演示交叉的形式，综合培养学生验证和探究海洋学现象的兴趣，应用海洋要素统计分析相关理论的能力，培养学生严谨规范的数据分析习惯，引导学生建立团队内和团队之间的合作精神。
六、考核与评价方式及成绩评定
1. 课程考核办法
本课程考核办法针对课程目标进行设计，考核内容与课程目标的能力要求相对应，课程目标达成的期望值设定为 0.60。最终成绩由形成性考核和期末考试成绩组成，其中形成性考核由编程实践和实验报告构成，具体比例如下：
编程实践：25%。主要考核学生编程思想、代码规范性水平、统计结果正确性和图形表示的有效性等方面。
实验报告：25%。主要考核学生完成实验项目的思路，开展编程和可视化工作的流程，对结果分析的逻辑性和全面性，以及实验报告的规范性。
期末大作业：50%。主要考核学生根据实际海洋海区的数据资料，合理运用统计方法，规范编写程序，有效完成可视化，最终达成综合分析的能力。
表4 建议考核方式及成绩比例
课程目标 |
支撑毕业要求 |
建议考核方式及成绩比例（%） |
建议成绩比例（%） |
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编程实践 |
实验报告 |
期末大作业 |
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课程目标1 |
支撑毕业要求1.1 |
10 |
10 |
10 |
30 |
课程目标2 |
支撑毕业要求3.1 |
5 |
5 |
20 |
30 |
课程目标3 |
支撑毕业要求9.3 |
10 |
10 |
20 |
40 |
合计 |
25 |
25 |
50 |
100 |
|
注：该表格中比例为课程整体成绩比例。
2. 考核与评价标准
编程实践的参考评价标准见表5；实验报告与期末大作业的参考评价标准见表6。
表5 编程实践评价标准
考核点 |
基本要求 |
评价标准 |
比例 （%） |
||||
优秀 （90-100） |
良好 （80-89） |
中等 （70-79） |
及格 （60-69） |
不及格 （<60） |
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课程目标2 |
掌握海洋数据的统计原理及过程，正确编写和调试程序等，实验报告完整规范。 |
实验报告完整规范，数据处理准确，能运用学过的理论知识对数据的统计分析结果及相关问题进行正确地理解并获得正确的结论。 |
实验报告完整，数据处理合理，能运用学过的理论知识对实验现象以及出现的问 题进行分析并获得正确结论。
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实验报告基本完整，数据处理分析 基本合理，对实验情况 能进行简单 的分析并获 得正确结论。
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实验报告完整性符合要求，数据处理分析无较大错误，对实验能进行分析并获得一定结论。
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实验报告不完整，数据处理存在较多错 误，对实验情况的分析存在原则性错误。
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100 |
注： 该表格中比例为实验报告考核成绩的比例。
表6 实验报告与期末大作业评价标准
考核点 |
基本要求 |
评价标准 |
比例（%） |
||||
优秀 （90-100） |
良好 （80-89） |
中等 （70-79） |
及格 （60-69） |
不及格 （<60） |
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课程目标1 |
编程规范，程序代码全面；熟练地掌握统计学方法和图形表示方法，具有对于海洋要素资料能够进行系统统计分析和综合研讨的能力。 |
顺利完成实验的内容，编程规范，代码清晰且高效；能及时发现并解决实验中出现的问题；实验过程中能积极与同学相互讨论和配合。 |
完成实验内容，编程较为规范；能发现实验中出现的问题；实验记录内容较为全面；实验过程中能与同学相 互讨论和配合。 |
能够完成实验的内容，编程基本规范，编程中的代码基本正确。实验过程中能 与同学配合。 |
基本完成实验内容，编程基本符合要求；代码撰写基本完整、规范；实验过程中基本能与同学配合。 |
不能完成实验大纲规定的基本内容；编程不规范，代码零乱不全 面；实验过程中不能与同学相互地配合。 |
100 |
注： 该表格中比例为实验操作考核成绩的比例。
七、课程质量评价和持续改进
实验结束后由任课教师以评价标准为依据，针对具体课程目标形成评价报告。针对学生学习成果进行评价，找出需要改进的相关问题；分析课程目标达成情况；评估课程与培养学生解决海洋要素分析问题能力的相关性；对不足之处进行原因分析，提出建议以持续改进，由学院教学指导委员会进行审核并监督执行。课程目标评价方法如下：
课程目标评价值=Σ 每个学生课程目标评价值/学生总人数
八、学习资源
1. 参考书
[1]左军成，杜凌，陈美香，徐青，李娟。《海洋水文环境要素分析方法》,科学出版社，2019.
[2]何宜军，陈忠彪，李洪利。《海洋数据处理分析方法》，科学出版社，2021.
2. 网络视频资源
[1] 刘卫国，蔡旭晖，吕格莉，何小贤。《科学计算与Matlab语言》，中南大学。
https://www.icourse163.org/course/CSU-1002475002