北京工业大学本科课程教学大纲Undergraduate Course Syllabi环境科学与工程学院通识课25春季学期开课
1 北京工业大学 本科课程教学大纲 Undergraduate Course Syllabi 环境科学与工程学院 通识课 25 春季学期开课
“冰冻圈科学概论”课程教学大纲英文名称：IntroductionofCryosphereScience课程编号：0009714课程性质：通识教育选修课学分：2.0学时：32课程类别：口工程经济与项目管理口文史经典与艺术鉴赏团科学探索与创新发展口道德修养与身心健康口沟通表达与全球视野口其它面向对象：北京工业大学全校本科生先修课程：教材及参考书：[1]冰冻圈科学概论.科学出版社.2018-09-01一、课程简介本课程是为地理、水文、生态、环境、遥感、地图、地质、地貌、大气、海洋、农学、林学、人体健康，以及全球变化、环境演化、社会经济可持续发展和人文、社会科学等相关领域的大学本科高年级和研究生低年级开设的专业普及课程。使受众掌握冰冻圈组成要素的形成、发育和演化机理、规律，认识冰冻圈与气候系统其他圈层，及与人类圈相互作用的内涵、关系和意义，从宏观和微观两个方面、自然和人文两个领域，换位思考，理解冰冻圈与气候变化、人类活动的关系，了解研究方法，提高处理学科交叉问题的能力，厘清概念、开阔视野、拓展思路，为从事教学、科研、经济、社会管理等工作奠定坚实科学基础。二、课程地位与教学目标1课程地位：由于全球人口增长与气候变化，人类在21世纪面临严重的水资源危机和能源危机。水资源与能源短缺对环境和气候知识的掌握和应用提出了更高的要求。同时，随着科学家们对这种响应复杂性的深入研究和理解，发现冰冻圈的各个要素更应被视为“天然的气候指示计（natureclimate-meter）”。冰冻圈的各个组成要素不仅对温度敏感，而且对其它气候变量（如降水）也很敏感，即对气候变化反应灵敏。因此，冰冻圈科学是目前资源与环境学科发展的一个热点，资源与环境专业的学生需要深入了解相关领域的前沿进展，以及技术应用现状，为将来的职业发展打下基础。本课程为冰冻圈科学概论，内容既涉及冰冻圈的基本概念，也深入探讨冰冻圈的物理化学特征，帮助学生理解工程技术与基础科学之间的内在联系。在此基础上，课程进一步讨论相关领域的一些前沿技术及问题包括污冰冻圈内的气候环境记录，不同尺度的冰冻圈演化，冰冻圈的可持续发展，冰冻圈模式及变化的评估，以及冰冻圈科学观测和实验技术，对开拓学生视野和激发学生的创新思维具有重要地位和作用。2.教学目标：对应的教学目标为[编号]、[编号]、【编号]，具体说明如下：[1]冰冻圈的基本概念，包括冰冻圈的分类和数量特征，冰冻圈变化等（了解，支撑毕业能力7）。[2]冰冻圈的科学学科体系和研究方法、冰冻圈科学的发展（掌握，支撑毕业能力4)。2
2 “冰冻圈科学概论”课程教学大纲 英文名称：Introduction of Cryosphere Science 课程编号：0009714 课程性质：通识教育选修课 学分：2.0 学时：32 课程类别：□工程经济与项目管理 □文史经典与艺术鉴赏 ☑科学探索与创新发展 □道德修养与身心健康 □沟通表达与全球视野 □其它 面向对象：北京工业大学全校本科生 先修课程： 教材及参考书：[1] 冰冻圈科学概论. 科学出版社. 2018-09-01 一、课程简介 本课程是为地理、水文、生态、环境、遥感、地图、地质、地貌、大气、海洋、农学、 林学、人体健康，以及全球变化、环境演化、社会经济可持续发展和人文、社会科学等相 关领域的大学本科高年级和研究生低年级开设的专业普及课程。 使受众掌握冰冻圈组成要素的形成、发育和演化机理、规律，认识冰冻圈与气候系统 其他圈层，及与人类圈相互作用的内涵、关系和意义，从宏观和微观两个方面、自然和人 文两个领域，换位思考，理解冰冻圈与气候变化、人类活动的关系，了解研究方法，提高 处理学科交叉问题的能力，厘清概念、开阔视野、拓展思路，为从事教学、科研、经济、 社会管理等工作奠定坚实科学基础。 二、课程地位与教学目标 1. 课程地位：由于全球人口增长与气候变化，人类在 21 世纪面临严重的水资源危机 和能源危机。水资源与能源短缺对环境和气候知识的掌握和应用提出了更高的要求。同时， 随着科学家们对这种响应复杂性的深入研究和理解，发现冰冻圈的各个要素更应被视为 “天然的气候指示计(natureclimate-meter)”。冰冻圈的各个组成要素不仅对温度敏感，而且 对其它气候变量（如降水）也很敏感，即对气候变化反应灵敏。因此，冰冻圈科学是目前 资源与环境学科发展的一个热点，资源与环境专业的学生需要深入了解相关领域的前沿进 展，以及技术应用现状，为将来的职业发展打下基础。本课程为冰冻圈科学概论，内容既 涉及冰冻圈的基本概念，也深入探讨冰冻圈的物理化学特征，帮助学生理解工程技术与基 础科学之间的内在联系。在此基础上，课程进一步讨论相关领域的一些前沿技术及问题， 包括污冰冻圈内的气候环境记录，不同尺度的冰冻圈演化，冰冻圈的可持续发展，冰冻圈 模式及变化的评估，以及冰冻圈科学观测和实验技术，对开拓学生视野和激发学生的创新 思维具有重要地位和作用。 2. 教学目标：对应的教学目标为[编号]、[编号]、[编号]，具体说明如下： [1]冰冻圈的基本概念，包括冰冻圈的分类和数量特征，冰冻圈变化等（了解，支撑毕 业能力 7）。 [2]冰冻圈的科学学科体系和研究方法、冰冻圈科学的发展（掌握，支撑毕业能力 4）
[3]冰冻圈的物理化学特征（熟悉，支撑毕业能力7)。[4]冰冻圈的演化及与其他圈层的相互作用（了解，支撑毕业能力4)。[5]冰冻圈模式和变化的预估（了解，支撑毕业能力2。[6]通过案例分析，深入理解理论结合实际的重要意义（掌握，支撑毕业能力2和4）。三、课程教学内容及要求冰冻圈概念2学时【了解，支撑毕业能力7]主要内容：概括介绍冰冻圈及冰冻圈科学的基本概念、冰冻圈与气候系统。教学要求：要求学生掌握冰冻圈科学的定义及其与气候系统的关系。课前学习要求：复习全球气候的基础知识。重点、难点：有效结合线上和线下学习手段。其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：案例分析第一章冰冻圈分布与特征10学时【掌握，支撑毕业能力7]主要内容：系统介绍全球尺度阐述陆地冰冻圈、海洋冰冻和大气冰冻圈的总体分布情况；着重针对冰川和冰盖（含冰架、冰山）、冻土、积雪、海冰、河冰与湖冰、固态降水等冰冻圈要素分述其分类和地理分布特点。教学要求：要求学生了解冰冻圈相关分布、物理和化学性质课前学习要求：阅读教材相关章节。重点：冰冻圈的物理和化学特征。难点：冰冻圈的物理和化学特征。其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：第二章冰冻圈的演化和可持续发展12学时【掌握，支撑毕业能力7]主要内容：系统介绍冰冻圈的冰芯记录、树轮记录、湖泊记录、寒区其他介质记录详细结合树轮与冰冻圈环境研究案例。详细阐述了树木年轮气候学冰冻学原理。教学要求：要求学生重点掌握不同冰冻圈记录的原理，并进行案例分析。课前学习要求：阅读教材相关章节。重点：树木年轮气象学中基本原理比如均一性原理、限制因子原理、交叉定年原理、敏感性原理和复本量原理原理的理解和应用。难点：感性原理和复本量原理原理的理解和应用。其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：线下自学和线上答疑。第三章冰冻圈模式和泳冻圈变化的预估4学时【理解，支撑毕业能力2和4]主要内容：（1）气候变化归因（2）人为排放情景（3）气候变化预估（4）冰冻圈变化的预估教学要求：要求学生通过各种案例分析，分析全球变暖的趋势的归因。掌握温室效应理论，熟悉造成温室效应的气体种类。课前学习要求：阅读教材相关章节。重点：基于冰冻圈气候变化的预估和判断。难点：冰冻圈气候变化的预估和判断。其它教学环节：在案例分析中，鼓励学生利用在本课程及先修课程中所学的知识，开3
3 [3]冰冻圈的物理化学特征（熟悉，支撑毕业能力 7）。 [4]冰冻圈的演化及与其他圈层的相互作用（了解，支撑毕业能力 4）。 [5]冰冻圈模式和变化的预估（了解，支撑毕业能力 2）。 [6]通过案例分析，深入理解理论结合实际的重要意义（掌握，支撑毕业能力 2 和 4）。 三、课程教学内容及要求 冰冻圈概念 2 学时 [了解，支撑毕业能力 7] 主要内容：概括介绍冰冻圈及冰冻圈科学的基本概念、冰冻圈与气候系统。 教学要求：要求学生掌握冰冻圈科学的定义及其与气候系统的关系。 课前学习要求：复习全球气候的基础知识。 重点、难点：有效结合线上和线下学习手段。 其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：案例分析 第一章 冰冻圈分布与特征 10 学时 [掌握，支撑毕业能力 7] 主要内容：系统介绍全球尺度阐述陆地冰冻圈、海洋冰冻和大气冰冻圈的总体分布情 况；着重针对冰川和冰盖（含冰架、冰山）、冻土、积雪、海冰、河冰与湖冰、固态降水 等冰冻圈要素分述其分类和地理分布特点。 教学要求：要求学生了解冰冻圈相关分布、物理和化学性质 课前学习要求：阅读教材相关章节。 重点：冰冻圈的物理和化学特征。 难点：冰冻圈的物理和化学特征。 其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）： 第二章 冰冻圈的演化和可持续发展 12 学时 [掌握，支撑毕业能力 7] 主要内容：系统介绍冰冻圈的冰芯记录、树轮记录、湖泊记录、寒区其他介质记录， 详细结合树轮与冰冻圈环境研究案例。详细阐述了树木年轮气候学冰冻学原理。 教学要求：要求学生重点掌握不同冰冻圈记录的原理，并进行案例分析。 课前学习要求：阅读教材相关章节。 重点：树木年轮气象学中基本原理比如均一性原理、限制因子原理、交叉定年原理、 敏感性原理和复本量原理原理的理解和应用。 难点：感性原理和复本量原理原理的理解和应用。 其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：线下自学和线上答疑。 第三章 冰冻圈模式和冰冻圈变化的预估 4 学时 [理解，支撑毕业能力 2 和 4] 主要内容：（1）气候变化归因（2）人为排放情景（3）气候变化预估（4）冰冻圈变 化的预估 教学要求：要求学生通过各种案例分析，分析全球变暖的趋势的归因。掌握温室效应 理论，熟悉造成温室效应的气体种类。 课前学习要求：阅读教材相关章节。 重点：基于冰冻圈气候变化的预估和判断。 难点：冰冻圈气候变化的预估和判断。 其它教学环节：在案例分析中，鼓励学生利用在本课程及先修课程中所学的知识，开
展讨论，帮助学生灵活掌握各个概念的原理及应用特点。第四章冰冻圈科学观测和实验技术4学时【了解，支撑毕业能力2]主要内容：通过野外观测和实验室分析测试获得冰冻圈的各类数据是冰冻圈研究的基础，也是认识冰冻圈过程的机理及其与其他圈层的相互作用的手段和途径。介绍冰冻圈气象和水文观测的通用技术和方法、以及钻探与坑探、电磁、穿透雷达等勘测技术，并分别对冰冻圈各要素（冰川/盖、积雪、多年冻土、海冰、河冰、湖冰）特殊的观测方法和冰冻圈影响区社会经济调查方法做了闻述。教学要求：（必备项）要求学生通过检索文献，在教师引导下，掌握冰冻圈科学观测和实验技术的基础理论，并且从理论出发，对相关的冰冻圈案例进行分析。课前学习要求：阅读教材相关章节。重点：通过野外观测与勘测技术理论知识的学习，对具体的冰冻圈环境采取的勘测技术的判断难点：对具体的冰冻圈环境采取的勘测技术的判断其它教学环节：（如案例分析、习题课、讨论课、其它实践活动）：通过翻转课堂的方法，让学生在教师指导下，对教师分配的课题开展调研，并对收集到的资料进行分析总结，形成观点，在课堂进行深入套路，从而帮助学生更好掌握技术原理及应用之间的密切关系，培养专业文献检索和批判思维能力。2、支撑毕业要求项的教学内容第一章冰冻圈特征，支撑毕业能力7-环境和可持续发展，能够综合考虑技术、社会、健康、安全、经济发展、伦理等因素，融入技术创新理念，对开拓学生视野和激发学生的创新思维具有重要地位和作用。主要内容：冰冻圈科学：冰冻圈与气候系统：冰冻圈科学在社会和经济发展中重要作用：行冰冻圈。第二章冰冻圈的演化和可持续发展，支撑毕业能力7-环境和可持续发展主要内容：系统介绍冰冻圈的冰芯记录、树轮记录、湖泊记录、寒区其他介质记录详细结合树轮与冰冻圈环境研究案例。详细阐述了树木年轮气候学冰冻学原理。第四章冰冻圈科学观测和实验技术，支撑毕业能力2-问题分析，运用冰冻圈科学原理，采用科学方法，进行冰冻圈气候、圈层等不同现象的案例分析，通过信息综合，研究和解决复杂环境问题：主要内容：通过野外观测和实验室分析测试获得冰冻圈的各类数据是冰冻圈研究的基础，也是认识冰冻圈过程的机理及其与其他圈层的相互作用的手段和途径。介绍冰冻圈气象和水文观测的通用技术和方法、以及钻探与坑探、电磁、穿透雷达等勘测技术，并分别对冰冻圈各要素（冰川/盖、积雪、多年冻王、海冰、河冰、湖冰）特殊的观测方法和冰冻圈影响区社会经济调查方法做了阐述。第三章冰冻圈模式和泳冻圈变化的预估，支撑毕业能力4-研究主要内容：（1）气候变化归因（2）人为排放情景（3）气候变化预估（4）冰冻圈变化的预估通过对冰冻圈基本特征包括的气候变化归因、人为排放情景等因素学习，对气候变化4
4 展讨论，帮助学生灵活掌握各个概念的原理及应用特点。 第四章 冰冻圈科学观测和实验技术 4 学时 [了解，支撑毕业能力 2] 主要内容：通过野外观测和实验室分析测试获得冰冻圈的各类数据是冰冻圈研究的基 础，也是认识冰冻圈过程的机理及其与其他圈层的相互作用的手段和途径。介绍冰冻圈气 象和水文观测的通用技术和方法、以及钻探与坑探、电磁、穿透雷达等勘测技术，并分别 对冰冻圈各要素（冰川/盖、积雪、多年冻土、海冰、河冰、湖冰）特殊的观测方法和冰冻 圈影响区社会经济调查方法做了阐述。 教学要求：（必备项）要求学生通过检索文献，在教师引导下，掌握冰冻圈科学观测 和实验技术的基础理论，并且从理论出发，对相关的冰冻圈案例进行分析。 课前学习要求：阅读教材相关章节。 重点：通过野外观测与勘测技术理论知识的学习，对具体的冰冻圈环境采取的勘测技 术的判断 难点：对具体的冰冻圈环境采取的勘测技术的判断 其它教学环节：（如案例分析、习题课、讨论课、其它实践活动）：通过翻转课堂的方 法，让学生在教师指导下，对教师分配的课题开展调研，并对收集到的资料进行分析总结， 形成观点，在课堂进行深入套路，从而帮助学生更好掌握技术原理及应用之间的密切关系， 培养专业文献检索和批判思维能力。 2、支撑毕业要求项的教学内容 第一章 冰冻圈特征，支撑毕业能力 7-环境和可持续发展，能够综合考虑技术、社会、 健康、安全、经济发展、伦理等因素，融入技术创新理念，对开拓学生视野和激发学生的 创新思维具有重要地位和作用。 主要内容：冰冻圈科学；冰冻圈与气候系统；冰冻圈科学在社会和经济发展中重要作 用；行星冰冻圈。 第二章 冰冻圈的演化和可持续发展，支撑毕业能力 7-环境和可持续发展， 主要内容：系统介绍冰冻圈的冰芯记录、树轮记录、湖泊记录、寒区其他介质记录， 详细结合树轮与冰冻圈环境研究案例。详细阐述了树木年轮气候学冰冻学原理。 第四章 冰冻圈科学观测和实验技术，支撑毕业能力 2-问题分析，运用冰冻圈科学原 理，采用科学方法，进行冰冻圈气候、圈层等不同现象的案例分析，通过信息综合，研究 和解决复杂环境问题： 主要内容：通过野外观测和实验室分析测试获得冰冻圈的各类数据是冰冻圈研究的基 础，也是认识冰冻圈过程的机理及其与其他圈层的相互作用的手段和途径。介绍冰冻圈气 象和水文观测的通用技术和方法、以及钻探与坑探、电磁、穿透雷达等勘测技术，并分别 对冰冻圈各要素（冰川/盖、积雪、多年冻土、海冰、河冰、湖冰）特殊的观测方法和冰冻 圈影响区社会经济调查方法做了阐述。 第三章 冰冻圈模式和冰冻圈变化的预估，支撑毕业能力 4-研究， 主要内容：（1）气候变化归因（2）人为排放情景（3）气候变化预估（4）冰冻圈变 化的预估 通过对冰冻圈基本特征包括的气候变化归因、人为排放情景等因素学习，对气候变化
和冰冻圈变化进行预估，培养学生利用已学知识在实际问题上的解决能力，培养学生的研究能力。四、教学环节安排及要求1.总论（或绪论、概论等）：通过教授进行案例分析，要求学生掌握冰冻圈和冰冻圈科学的范畴和关键思想（支撑毕业能力7）。2.冰冻圈的特征：通过课前进行教材相关章节的学习，并课上系统介绍环境中的主要化学污染物，要求学生掌握不同化学污染物的性质与迁移转化规律、及监测控制手段之间的关系（支撑毕业能力7）。3.冰冻圈的演化和可持续发展：通过课前进行教材相关章节的学习和系统介绍介绍冰冻圈的冰芯记录、树轮记录、湖泊记录、寒区其他介质记录，详细结合树轮与冰冻圈环境研究案例。详细阐述了树木年轮气候学冰冻学原理（支撑毕业能力7）。4.冰冻圈模式和冰冻圈变化的预估：通过课前进行教材相关章节的学习和如实验、习题课、讨论课、其它实践活动等介绍气候变化归因、人为排放情景、气候变化预估、冰冻圈变化的预估，了解冰冻圈变化评估的基本方法（支撑毕业能力2和4）。5.冰冻圈科学观测和实验技术：通过翻转课堂的方法，让学生在教师指导下，对教师分配的课题开展调研，并对收集到的资料进行分析总结，形成观点，在课堂进行深入套路，从而帮助学生更好掌握技术原理及应用之间的密切关系，培养专业文献检索和批判思维能力。通过翻转课堂的方法，让学生在教师指导下，对教师分配的课题开展调研，并对收集到的资料进行分析总结，形成观点，在课堂进行深入套路，从而帮助学生更好掌握技术原理及应用之间的密切关系，培养专业文献检索和批判思维能力（支撑毕业能力2和4）。五、教授方法与学习方法教授方法：（1）引导、启发式教授方法，让学生带着问题学。（2）开展小组合作、探究教学，明确课程中教师和学生的分工：教师：讲解基本原理，引导课堂教学学生：在教师指导下，充分利用课堂时间，开展“自学”，即随堂小组讨论和探究结合国内外冰冻圈的典型案例，明确教学目标：对基本专业原理的理解和灵活应用对技术前言的认识和创新自主学习能力的强化和提高学习方法：（1）根据老师预留的问题，做好充分的预习准备。（2）根据小组讨论和分工，明确个人任务，有针对性地解决分内工作，并积极与小组成员互通有无，及时分析讨论。（3）结合冰冻圈案例分析，提高分析和解决问题的能力5
5 和冰冻圈变化进行预估，培养学生利用已学知识在实际问题上的解决能力，培养学生的研 究能力。 四、教学环节安排及要求 1. 总论（或绪论、概论等）：通过教授进行案例分析，要求学生掌握冰冻圈和冰冻圈 科学的范畴和关键思想（支撑毕业能力 7）。 2. 冰冻圈的特征：通过课前进行教材相关章节的学习，并课上系统介绍环境中的主要 化学污染物，要求学生掌握不同化学污染物的性质与迁移转化规律、及监测控制手段之间 的关系（支撑毕业能力 7）。 3. 冰冻圈的演化和可持续发展：通过课前进行教材相关章节的学习和系统介绍介绍冰 冻圈的冰芯记录、树轮记录、湖泊记录、寒区其他介质记录，详细结合树轮与冰冻圈环境 研究案例。详细阐述了树木年轮气候学冰冻学原理（支撑毕业能力 7）。 4. 冰冻圈模式和冰冻圈变化的预估：通过课前进行教材相关章节的学习和如实验、习 题课、讨论课、其它实践活动等介绍气候变化归因、人为排放情景、气候变化预估、冰冻 圈变化的预估，了解冰冻圈变化评估的基本方法（支撑毕业能力 2 和 4）。 5. 冰冻圈科学观测和实验技术：通过翻转课堂的方法，让学生在教师指导下，对教师 分配的课题开展调研，并对收集到的资料进行分析总结，形成观点，在课堂进行深入套路， 从而帮助学生更好掌握技术原理及应用之间的密切关系，培养专业文献检索和批判思维能 力。通过翻转课堂的方法，让学生在教师指导下，对教师分配的课题开展调研，并对收集 到的资料进行分析总结，形成观点，在课堂进行深入套路，从而帮助学生更好掌握技术原 理及应用之间的密切关系，培养专业文献检索和批判思维能力（支撑毕业能力 2 和 4）。 五、教授方法与学习方法 教授方法： （1）引导、启发式教授方法，让学生带着问题学。 （2）开展小组合作、探究教学，明确课程中教师和学生的分工： 教师：讲解基本原理，引导课堂教学 学生：在教师指导下，充分利用课堂时间，开展“自学”，即随堂小组讨论和探究 结合国内外冰冻圈的典型案例，明确教学目标： 对基本专业原理的理解和灵活应用 对技术前言的认识和创新 自主学习能力的强化和提高 学习方法： （1）根据老师预留的问题，做好充分的预习准备。 （2）根据小组讨论和分工，明确个人任务，有针对性地解决分内工作，并积极与小 组成员互通有无，及时分析讨论。 （3）结合冰冻圈案例分析，提高分析和解决问题的能力