摘要: 为应对极端天气气候事件频发、大气污染向复合型污染过渡、人口加速老龄化等现状，具备大气科学、环境科学、人工智能、预防医学等多领域知识的复合型人才需求巨大，建设基于学科交叉的“气象环境与健康”微专业势在必行。文章首先系统性分析国内外相关微专业发展现状，进而基于我国健康事业的迫切需求，系统性阐述“气象环境与健康”微专业的课程体系设置、人才培养目标和实践案例，最后以成都信息工程大学为例，剖析其建设微专业的依托专业、平台支撑和师资队伍等。以期服务于全民大健康和“健康中国2030”战略，并为同类微专业的建设和教学改革提供一定借鉴。
Abstract: Faced with the frequent occur of extreme weather events, the transition from single-pollutant to compound-pollutant air pollution, and the accelerated population aging, there is a huge demand for inter-disciplinary talents in China in multiple fields, including atmospheric science, environmental science, artificial intelligence, and preventive medicine, etc. Therefore, it is imperative to establish a micro specialty of “Meteorology, Environment and Health”, based on deep interdisciplinary integration. The current study first analyzed the developments and current situations of relevant micro specialties in the world. Further, based on the urgent need for a social health career in China, the curriculum system, training objectives, and practical cases of “Meteorology, Environment and Health” micro specialty were elaborated systematically. Moreover, took Chengdu University of Information Technology as an example, and the relevant majors, supporting platforms, and faculty team for establishing this micro specialty were analyzed in detail. The construction of “Meteorology, Environment and Health” micro specialty could help serve the “Healthy China 2030” strategy, improve the national health level, and provide references for the construction or reform of relevant specialties.
1. 引言
加速分化和交融是科学建制化后知识发展的重要特征，微专业作为一种新型人才培养模式应运而生。旨在主动适应市场急需和行业变革，实施学科融合交叉的新模式，促进拔尖人才培养和个性化发展，促进打通专业教育与职业需求的“最后一公里”。近年来，伴随全球气候异常变化、极端天气气候事件和雾霾等环境问题频发，人类的健康和福祉受到前所未有的威胁[1]。要想有效地适应全球气候变化，更好地趋利避害，一方面要加强天气、气候变化对人类健康的影响机理研究；另一方面，基于大气科学、环境工程、人工智能和预防医学等多个经典学科，打通专业壁垒，建设“气象环境与健康”微专业的意义愈加凸显。旨在从趋利避害的角度探究气象环境因素对人体健康的影响与机理，培养既具备前沿视野、又具备社会责任感和深厚专业功底的高素质人才，进而服务于全民大健康。既可为更好应对气候环境变化的影响增加人才储备，又可促进相关交叉学科加速发展，产出高水平成果。
2. 相关微专业发展现状
国外微专业建设的起源可追溯至20世纪末期，该时期随着科技的迅猛发展和全球化的日益加速，社会对人才的需求呈现出多样化、交叉化的趋势。传统的专业设置过于单一，难以满足社会对具备跨学科知识和综合能力人才的迫切需求。在此背景下，以小学分、精课程、高聚焦、跨学科为主要特征的微专业，作为一种创新的人才培养方式应运而生。美国是交叉学科微专业形成与发展的策源地[2]。以加州理工学院为例，其开设了“创业与创新”微专业，通过课程设置和实践项目的结合，重在培养学生创新思维和创业精神。哈佛大学开设的“数据科学”微专业，通过整合计算机科学、统计学、机器学习等多个学科知识，着重培养学生处理分析大数据的能力。此外，德国的大学一向以单一学科为基础设置院系、确定教授职位等，而近二十年来德国推出以“卓越战略”为代表的交叉学科建设重点政策，针对性强且效果初显[3]。
在国内教育改革的浪潮中，相关高校也纷纷开设一系列具有前瞻性和实用性的理工科微专业，以适应新时代对人才培养的新要求，特别是设置与战略性新兴产业紧密连接、与科技前沿密切相关的微专业。特别地，随着全球气候变化和日渐提高的健康需求，医学气象学(又称气象医学，人类生物气象学)是世界公认的健康领域新兴交叉学科，旨在培养具备气象学、医学、环境科学等多学科知识和实践技能的高素质人才。据不完全统计，国内至少有6所985高校开设相关环境健康专业，国外亦有不少知名高校开设相关专业(见表1)，但国内尚无高校开设专门的“气象环境与健康”微专业。以北京大学环境健康系的发展为例，2007年北京大学设立“环境健康研究中心”；2015年设立国内首个环境健康二级学科，招收硕士与博士研究生；2021年发文正式成立环境健康系。该专业主要聚焦大气污染与人体健康方面的研究，创立了大气污染“来源–全组分–健康效应–政策建议”全链条方法体系；其课程体系以“环境暴露学”、“环境流行病学”和“环境毒理学”为核心。
Table 1. Summary of relevant specialties in global universities
表1. 国内外高校相关(微)专业开设情况
国内高校 |
所属学院 |
创立时间 |
专业/研究团队 |
南京大学 |
环境学院 |
2011年
以后 |
环境健康安全中心环境；环境健康有政策与健康风险团队；微生物与环境健康团队；生态毒理与健康风险研究团队 |
2021年 |
“环境与健康”本科实验班 |
2022年 |
环境健康研究院 |
兰州大学 |
生命科学学院 |
|
环境效应与健康效应团队 |
公共卫生学院 |
1984年 |
劳动卫生与环境卫生学 |
2010年 |
气象环境与人体健康研究中心 |
南京信息工程大学 |
生态与应用气象学院 |
|
环境健康与污染修复团队 |
复旦大学 |
环境科学与工程系 |
2023年 |
环境健康与污染修复 |
北京大学 |
环境科学与工程学院 |
2015年 |
设置二级学科“环境健康” |
2021年 |
环境健康系 |
清华大学 |
万科公共卫生与健康学院 |
|
公共卫生安全专业 |
国外高校 |
相关专业 |
研究领域/内容 |
哈佛大学 |
环境健康 (Environmental Health) |
环境污染、气候变化、化学物质暴露、空气污染、环境公共政策等 |
约翰霍普金斯大学 |
环境健康工程 (Department of Environmental Health and Engineering) |
环境工程、卫生工程和公共卫生的交叉学科。关注环境污染、水资源管理、空气污染与疾病等 |
伦敦大学 |
生态学、气候变化与健康 (Ecology, Climate Change and Health) |
侧重生态学、气候变化与健康、生物多样性丧失等问题，以及粮食安全、水安全、新型传染病等 |
帝国理工学院 |
公共卫生学硕士 (Master of Public Health) |
涵盖流行病学、生物统计学和健康研究方法，主要从事公共卫生、流行病学和医疗服务研究 |
耶鲁大学 |
环境健康科学 (Environmental Health Sciences) |
包括健康和疾病的发展起源、环境公正和差异、代谢组学等 |
气候变化与健康 (Climate Change and Health) |
关注行为变化、心理健康和社会公正。 制定减缓和适应战略等卫生管理方面专业知识，以及气候变化涉及的政策问题。 |
3. 建设“气象环境与健康”微专业的现实需求
健康是人的全面发展的重要内容，是经济高质量发展的基础条件。我国健康领域的改革发展成就显著，但气候环境变化对公众健康的影响也日渐凸显，主要表现为高温热浪、低温寒潮、干旱和强对流天气等气象灾害事件增多，气候风险进一步加剧等；大气污染向复合型污染过渡、雾霾等重污染天气时有发生，引起了决策层面的高度重视和民众的普遍关注。国际权威气候变化部门(the Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)的最新评估报告已明确——即使全球升温限制在1.5℃以内，气候变化导致的健康威胁仍在未来数十年内持续增加[4]。“中国正处于一个独特的机遇窗口期，如果能够有效应对气候变化带来的健康风险，将造福今后几代人的健康”[5]。
从政策层面而言，自2016年《“健康中国2030”规划纲要》发布起，到2021年《中共中央国务院关于加强新时代老龄工作的意见》，党中央始终把人民健康放在优先发展的战略地位，强调预防是最经济有效的健康策略[6]。2021年全国气象发展“十四五”规划中首次提出：“加强气象条件与过敏性疾病、传染病、心脑血管、呼吸道等疾病的关系研究，建立疾病发生发展风险预测模型，及时发布风险预警”等等。中国气象局在2024年全国气象工作会议中也明确指出：“联合卫生健康部门开展天气气候对健康的影响研究，发布流感气象服务产品。制定实施气候生态产品价值实现指导意见，推动气候与康养、文旅等产业深度融合。”
“气象环境与健康”微专业基于传统优势学科(如大气科学、生物医学工程、资源环境、电子信息技术、软件工程等)，通过整合相关人才队伍、仪器设备和信息资源，主动打破学科边界进行合作融合，引入校内外医疗、公共卫生等领域的人才支持，在原有主修专业的基础上，辅修培养具备气象环境与人类健康交叉领域基础知识和基本技能的交叉复合型人才。
4. “气象环境与健康”微专业课程体系设计
4.1. 课程体系及学分特点
该微专业设置6门课程(见表2)，其中，前2门属于专业基础课程，后续3门为专业课程，最后1门为应用服务课程。它们之间相辅相成，优势互补，共同支撑起本专业所需要的知识结构。《健康气象》作为核心课程之一，是研究天气系统、气象要素、大气环境(空气质量)对人类机体的健康和疾病的影响规律与机理，它是大气科学、预防医学、气候学、流行病学、环境卫生学等多学科的交叉学科，具有交叉性、综合性、前沿性研究的显著特征。再比如《大数据与人工智能技术》课程，主要介绍大数据存储与分析的原理、主流开源框架、传统机器学习、深度学习方法及其工具等大数据分析方法和技术，可实现理论到服务的对接。
Table 2. Curriculum and credit ratio
表2. 课程设置与学分占比
课程类型 |
课程模块 |
修课门数(门) |
最低毕业学分要求 |
学分 |
学分比例 |
专业课程(12) |
必修 (12) |
基础医学与养生概论 |
1 |
2 |
16.7% |
大数据与人工智能技术 |
1 |
3 |
25.0% |
健康气象 |
1 |
2.5 |
20.8% |
环境污染与健康 |
1 |
1.5 |
12.5% |
生态环境与健康 |
1 |
1 |
8.3% |
穿戴设备及应用 |
1 |
2 |
16.7% |
合计 |
6 (必修) |
12 |
100.0% |
4.2. 人才培养目标
“气象环境与健康”微专业旨在培养具有坚定正确的政治方向，具有良好的科学、文化素养和高度的社会责任感，系统掌握专业学科基础知识、基本理论和基本技能，富有创新意识和实践能力，能够在大气环境与健康气象、医学和急救基本常识与技能、环境与健康风险、生态环境与健康、生物信息计算与数字健康、大气数据与信息技术、人工智能、数据科学与大数据计算等相关领域从事教育、科研、研发及管理等工作。
4.3. 微专业实践项目举例
4.3.1. 空气质量与气象条件对健康的影响
收集特定城市或区域的空气质量与气象数据，研究不同气象条件(如风速、降水、逆温等)、空气质量(PM2.5、PM10、SO2、NOx等浓度)的对当地居民呼吸系统、心血管疾病的发病/死亡等方面的影响。例如，研究雾霾与呼吸道发病率之间的关系。
4.3.2. 气象环境与过敏疾病的关联性研究
收集某地花粉浓度、尘螨数量等过敏原数据和气象观测数据，一方面研究气象条件对过敏原产生和传播的影响，另一方面分析过敏疾病患者在不同气象条件下的健康风险。可根据天气状况，为过敏疾病的防治提供科学依据。
5. 成都信息工程大学特色与优势剖析
经系统性梳理，目前成都信息工程大学已具备了相对坚实的科研积累和人才队伍基础，建立“气象环境与健康”微专业具备明显的优势和特色，主要包括。
5.1. 依托专业
大气科学、应用气象学、环境科学、环境工程、地理信息科学、遥感科学与技术、测绘工程、软件工程、生物医学工程、空间信息与数字技术、数据科学与大数据技术等。
5.2. 平台支撑
该微专业由大气科学学院、资源环境学院、软件工程学院和电子工程学院共建，支撑平台包括高原大气与环境四川省重点实验室、四川省气象灾害预测预警工程实验室、大气环境模拟与污染控制四川省高校重点实验室、国家级工业软件协同攻关与体验推广中心(西部唯一)、中国气象局气象软件工程联合研究中心、软件自动生成与智能服务四川省重点实验室、以及成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站等国家级或省部级科研平台。特别是2016年，成都信息工程大学已建立全国第一个“环境气象与健康研究院”，相关科研基础深厚；2019年中国老年保健协会“气象医养健康专业委员会”又依托大气科学学院成立，研究方向涵盖气象与生理、天气与疾病、环境气象与健康大气环境等多个领域，已承担多项国家级和省部级科研项目。
5.3. 人才队伍
气象环境与健康微专业团队现有成员20余名，并拥有一支知识结构合理、年龄结构合理富有创新精神的年青学术队伍，在大气科学、大气环境、医疗仪器与医学物联网、医学及毒理学等方向开展了系列研究工作，有着丰富的交叉学科教学经验。特别是其中的气象医学团队(王式功教授创建)，是国内第一个气象环境与健康研究团队，由国内外专家融合、拥有多位医学气象学、环境医学博士学位科研人员，是拥有高水平和自主知识产权、站在国际前沿上创新奋进的科技队伍。
此外，环境健康研究教学团队主要研究方向为新污染物筛查及其环境行为、环境监测与评价、环境污染与健康、环境规划与管理。设备及应用教学团队主要研究外部环境和内部环境对人体健康影响的数据分析及应用技术，重点在于穿戴式设备研发与应用，促进人工智能技术、互联网技术和智能硬件等在社会服务业的深度应用。大数据和人工智能教学团队长期从事大数据和人工智能方法研究及相关应用和软件系统开发。四个团队的学科交叉度高、覆盖面广、体系完善，可实现理论到应用全链条的人才培育模式。
6. 微专业发展机遇与掣肘
6.1. 未来发展机遇预测
作为一种新兴教育模式，微专业紧贴学生的“需求侧”，其未来发展蕴含着多重机遇。首先，符合社会发展和民生服务的新型人才培养需求。随着气候变化加剧、人们健康需求的提高、以及社会老龄化的加速，针对老年人和脆弱人群的健康服务需求将持续增加，为微专业的发展提供了广阔的机遇。其次，交叉学科可有效弥补传统教育体系在培养跨学科人才方面的不足，有利于形成多学科协同创新合力，成为支撑高校交叉学科发展和复合型人才培养新的生长点。再者，信息技术的快速发展对该微专业的教学研究提供了新的手段。例如，通过建立气象环境与健康信息平台，可以实现多源数据的共享和整合，为跨学科研究提供便利；借助人工智能等先进技术，还可实现个性化教学、精准评估等目标[7]。
6.2. 掣肘分析
推进微专业建设也会不可避免地遭遇一系列挑战与掣肘。第一，由于气象环境与健康微专业是一个新兴的专业领域，学科体系并不完善，也缺乏统一的课程标准。需要参考国内外相关高校发展经验，加快制定人才培养方案和教学大纲，并进行多方专家论证；同时基于最新科研成果，加快教材建设和课程资料的准备工作。第二，学科交叉融合有难度，实际操作中，不同学科间的壁垒坚固、知识体系差异显著，导致深度交流与合作难以顺畅进行。这需要教育机构打破传统学科界限，建立跨学科交流平台，鼓励教师间的合作研究与教学创新。第三，资源整合不足是制约其发展的另一障碍。要求高校加强与行业、企业的合作，引入外部优质资源，同时内部挖潜，提升资源利用效率。最后，评价体系不完善直接关系到微专业教学质量的评估与改进[8]。当前存在评价主体单一、评价指标不全面等问题。需要综合考虑学生学习效果、教师教学质量、课程资源质量等多个维度，采用多元化的评价方法，确保评价结果的公正性和准确性。
基金项目
四川省自然科学基金(2024NSFSC0773)，中国气象局“气候生态产品价值实现研究”青年创新团队项目(CMA2024QN15)与成都信息工程大学教育教学研究与改革项目(JYJG2023066)。
NOTES
*通讯作者。