“應(yīng)用地球物理學(xué)”課程整合教學(xué)嘗試

云美厚

河南理工大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，河南 焦作 454000

“應(yīng)用地球物理學(xué)”是我校資源勘查工程、地質(zhì)工程、水文與水資源工程、地球信息科學(xué)與技術(shù)等非地球物理本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是獲得各專業(yè)研究所需地球探測(cè)信息的重要工具之一。本課程所涉及的地球物理勘探方法眾多（包括重力勘探、磁法勘探、電法勘探以及地震勘探等），需要講授的教學(xué)內(nèi)容多，而教學(xué)學(xué)時(shí)十分有限，這使得學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握受到極大限制，課堂效果一度不十分理想。

為此，如何在保證教學(xué)進(jìn)度、完成教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，提高課堂教學(xué)效率和質(zhì)量成為任課教師必須要面對(duì)的問(wèn)題。過(guò)去我們一度采用傳統(tǒng)的不同勘探方法單獨(dú)教學(xué)的模式。然而，在教學(xué)實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)不同勘探方法的教學(xué)內(nèi)容之間存在著較多的交叉重復(fù)現(xiàn)象。為此，通過(guò)組織任課教師開(kāi)展教學(xué)研究，集思廣益，分析不同勘探方法的異同點(diǎn)，突破了不同勘探方法分割教學(xué)的思維模式，求同存異，積極開(kāi)展整合教學(xué)嘗試。對(duì)不同勘探方法中交叉和重復(fù)的內(nèi)容進(jìn)行大膽合并和精簡(jiǎn)，從而極大地縮減了教學(xué)內(nèi)容，提升了課堂教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，受到了學(xué)生的普遍好評(píng)。本文是對(duì)“應(yīng)用地球物理學(xué)”課程實(shí)施整合教學(xué)的初步成果、具體做法和認(rèn)識(shí)的歸納總結(jié)。

一、整合教學(xué)方法

整合(integration)一詞，在英語(yǔ)中譯為“使結(jié)合；使并入；使一體化”，實(shí)際含義可主要解釋為綜合、融合、集成、成為整體、一體化等[1]。因此，所謂整合教學(xué)，從教學(xué)內(nèi)容來(lái)講，實(shí)際上就是不同學(xué)科、不同課程以及同一課程方法相同或相近教學(xué)內(nèi)容的合并、融合與集成；從教學(xué)手段來(lái)講，實(shí)際上就是各種教學(xué)手段的綜合應(yīng)用；從教學(xué)資源來(lái)講，實(shí)際上就是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，資源共享。

教學(xué)工作并非個(gè)體行為。首先，教學(xué)本身就是“教”與“學(xué)”的融合，二者缺一不可。其次，盡管實(shí)際課堂教學(xué)通常是由1名教師來(lái)完成的，但是，充分發(fā)揮課程群組或教學(xué)團(tuán)隊(duì)的集體智慧，群策群力，集思廣益同樣是一個(gè)資源整合的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)施教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段的整合才能更好地發(fā)揮整合教學(xué)法的作用。

需要指出的是，整合教學(xué)法并不排斥傳統(tǒng)教學(xué)法，它是在傳統(tǒng)教學(xué)法基礎(chǔ)上對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)資源的優(yōu)化與重組。整合的目的是為了精簡(jiǎn)教學(xué)內(nèi)容、突出教學(xué)重點(diǎn)、提升課堂效率，因而更有利于學(xué)生對(duì)于所學(xué)知識(shí)的融會(huì)貫通，更有利于提高教學(xué)質(zhì)量。

此外，整合教學(xué)也并非是將相同或相近內(nèi)容的簡(jiǎn)單合并，而是在研究教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，從批判思維的角度出發(fā)，認(rèn)真思考不同教學(xué)模式的可行性、可操作性、有效性和兼容性，再對(duì)其進(jìn)行歸納、整合，然后將其有機(jī)地融合在自己的課堂教學(xué)之中，形成符合自己教學(xué)實(shí)際的教學(xué)模式。

二、“應(yīng)用地球物理學(xué)”課程實(shí)施整合教學(xué)的可行性

“應(yīng)用地球物理學(xué)”利用物理學(xué)的方法原理來(lái)研究和揭示地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，是尋找地下各種礦產(chǎn)資源、水資源分布以及進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)等不可缺少的重要手段。由于不同的勘探方法均是以物理學(xué)原理為基礎(chǔ)的，因此，具有理論基礎(chǔ)的同源性、研究對(duì)象的一致性、研究方法的相似性等特點(diǎn)。以重力勘探與磁法勘探為例，由于重力場(chǎng)與地磁場(chǎng)均為位場(chǎng)，因而可以統(tǒng)一采用位場(chǎng)理論來(lái)分析研究問(wèn)題，這使得兩種勘探方法不論是在方法原理，還是在資料采集、處理和解釋等各個(gè)環(huán)節(jié)均具有極大的相似性。同理，對(duì)于電法勘探和地震勘探而言，由于電法勘探所依賴的電磁場(chǎng)理論和地震勘探所依賴的彈性波理論均可以用波場(chǎng)理論來(lái)研究，這使得兩種勘探方法也存在一定的相似性（直流電法等除外）。正是由于不同勘探方法所涉及教學(xué)內(nèi)容的相似性使得傳統(tǒng)的按照勘探方法單獨(dú)教學(xué)的模式存在較多的內(nèi)容交叉與重復(fù)，進(jìn)而加劇了課堂教學(xué)負(fù)擔(dān)，直接導(dǎo)致課堂教學(xué)效率低下的不良后果。當(dāng)然，也正是由于不同勘探方法所涉及教學(xué)內(nèi)容的相似性才使得實(shí)施整合教學(xué)成為可能。

三、整合教學(xué)初步應(yīng)用

在“應(yīng)用地球物理學(xué)”教學(xué)實(shí)踐中，我們重點(diǎn)就以下幾個(gè)方面嘗試開(kāi)展了整合教學(xué)研究。

1.整合課程內(nèi)容體系，強(qiáng)化共性，突出個(gè)性

在課程內(nèi)容體系整合過(guò)程中，我們主要采用“先綜合后分解”的原則。鑒于“應(yīng)用地球物理學(xué)”課程教學(xué)工作面臨的主要問(wèn)題是教學(xué)學(xué)時(shí)的有限性與本課程所涉及的地球物理勘探方法的多樣性以及教學(xué)內(nèi)容的繁雜性之間的矛盾。為此，從專業(yè)人才培養(yǎng)的全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧各方面的需求，對(duì)本課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行篩選與優(yōu)化。制訂了以地震勘探和電法勘探為主，以重、磁勘探方法為輔的教學(xué)內(nèi)容取舍原則[2]。進(jìn)一步，通過(guò)對(duì)不同地球物理勘探方法的普遍性與特殊性、共性與個(gè)性的研究，對(duì)教學(xué)內(nèi)容體系進(jìn)行了大幅度的調(diào)整，明確了各種勘探方法的共性，突出了個(gè)性，教學(xué)內(nèi)容得以大幅度精簡(jiǎn)。在保證教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，較好地克服了學(xué)時(shí)有限造成的困擾。經(jīng)過(guò)精簡(jiǎn)、調(diào)整、改進(jìn)之后的課程內(nèi)容體系主要由巖石物理基礎(chǔ)、地球物理場(chǎng)基本特征、正演模擬方法、地震勘探、電法勘探以及重、磁勘探6個(gè)部分組成。其中，前3部分內(nèi)容重在強(qiáng)化不同勘探方法的共性（即綜合），而后3部分則突出表現(xiàn)不同勘探方法的個(gè)性（即分解）。這種編排方式，完全打破了傳統(tǒng)的不同勘探方法分割單獨(dú)教學(xué)的模式。

在課程體系整合過(guò)程中，考慮到本校學(xué)生的就業(yè)去向多以煤田單位為主，而煤田地球物理勘探又多以地震勘探和電法勘探為主的客觀實(shí)際，進(jìn)一步明確了本課程教學(xué)的重點(diǎn)是地震勘探與電法勘探。與此同時(shí)，考慮到金屬礦以及其他資源和礦床勘探中，重、磁勘探反而是不可或缺的技術(shù)手段。從目前學(xué)生就業(yè)和考研等的多樣性需求出發(fā)，我們并未簡(jiǎn)單地將重、磁勘探內(nèi)容完全舍棄，而僅僅是將其置于從屬地位。

2.整合教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容一體化

在教學(xué)內(nèi)容整合過(guò)程中，我們采用“先分解后綜合”的原則。即具體教學(xué)中先分別介紹不同勘探方法個(gè)性的內(nèi)容，最后采用對(duì)比教學(xué)法，分析不同方法的異同點(diǎn)。這樣不僅能夠加深記憶，而且可以使學(xué)生避免所學(xué)內(nèi)容的混淆，明確不同方法的差異性和相互聯(lián)系，進(jìn)而更有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的融會(huì)貫通。

以重力場(chǎng)和地磁場(chǎng)、重力異常和地磁異常教學(xué)為例。教學(xué)中先按照傳統(tǒng)的分解教學(xué)方法，分別闡述重力場(chǎng)、重力異常以及地磁場(chǎng)和磁異常的基本概念、場(chǎng)的構(gòu)成以及空間分布特點(diǎn)等，讓學(xué)生對(duì)這些內(nèi)容有一個(gè)基本的認(rèn)知[3]。最后進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的綜合，對(duì)比分析重力場(chǎng)與地磁場(chǎng)以及重力異常和磁異常的異同（見(jiàn)表1和表2）。通過(guò)這種對(duì)比分析，可以使學(xué)生進(jìn)一步明確兩種場(chǎng)的基本分布特征以及兩種異常的基本概念。同時(shí)可以更準(zhǔn)確地理解“重力場(chǎng)是強(qiáng)場(chǎng)，地磁場(chǎng)是弱場(chǎng)”以及“重力異常是弱異常，而磁異常是強(qiáng)異常”等論斷。

表1 重力場(chǎng)與地磁場(chǎng)的異同

表2 重力異常與磁異常的異同

3.實(shí)施學(xué)科整合，實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)的一體化

在實(shí)際教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)，除了本課程中不同勘探方法教學(xué)內(nèi)容的交叉與重復(fù)外，同一學(xué)科，不同課程之間教學(xué)內(nèi)容也具有一定的交叉或重復(fù)。如“薄層”與“厚層”的概念,不論是在先修的“地質(zhì)學(xué)”和“煤地質(zhì)學(xué)”課程中，還是在“應(yīng)用地球物理學(xué)”課程中均會(huì)遇到。然而由于不同課程中“薄層”與“厚層”概念定義的差異性往往導(dǎo)致學(xué)生理解上的困惑，應(yīng)用上的混亂。2008年10月曾有人在阿果石油網(wǎng)的地質(zhì)物探論壇內(nèi)提出了類似的問(wèn)題：“薄層與厚層有沒(méi)有具體的劃分界限？是多少？什么標(biāo)準(zhǔn)？”[4]期間大約有24人參與了討論，但結(jié)論莫衷一是，爭(zhēng)論一直持續(xù)。由此可見(jiàn)，教學(xué)中重視不同課程教學(xué)內(nèi)容的相互融合不僅有利于學(xué)生更準(zhǔn)確地理解和把握概念，而且有利于學(xué)生更好地實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通。下面僅以“薄層”與“厚層”的概念教學(xué)案例來(lái)說(shuō)明實(shí)施學(xué)科整合的重要性。

在地震勘探中，通常將厚度小于1/4地震波主波長(zhǎng)的地層或巖層定義為薄層，反之，將厚度大于1/4地震波主波長(zhǎng)的地層或巖層定義為厚層[5]。顯然，這是一個(gè)相對(duì)量化的定義。該定義中“薄層”與“厚層”的分界線是由地震波主波長(zhǎng)來(lái)決定的，而地震波主波長(zhǎng)不僅與地層的速度有關(guān)，還與地層內(nèi)傳播的地震波的主頻率有關(guān)，并非定值，這使得地震勘探中關(guān)于“薄層”和“厚層”的實(shí)際厚度分界線是動(dòng)態(tài)的、相對(duì)變化的。這種相對(duì)性往往導(dǎo)致學(xué)生在概念理解上的混亂。

與此同時(shí)，為了讓學(xué)生能夠更好地理解不同課程中關(guān)于“薄層”和“厚層”的概念的差異性。我們通過(guò)啟發(fā)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生回顧在前期“地質(zhì)學(xué)”和“煤地質(zhì)學(xué)”中已經(jīng)學(xué)過(guò)的“薄層”與“厚層”的概念，并與本課程概念進(jìn)行對(duì)比分析，最后進(jìn)行歸納總結(jié)。在“地質(zhì)學(xué)”中，一般將0.1m視為“薄層”與“厚層”的分界線，即小于0.1m的巖層為“薄層”，反之，為“厚層”[6]。在“煤地質(zhì)學(xué)”中，按照采煤方法的不同，“薄煤層”和“厚煤層”有兩種劃分標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于地下開(kāi)采方式，通常將厚度小于1.3m的煤層稱為薄煤層，反之為厚煤層；而對(duì)于露天開(kāi)采方式，則以3.5m作為劃分薄煤層和厚煤層的分界線[7]。由此可見(jiàn)，在地質(zhì)學(xué)中，地質(zhì)家普遍采用地層或巖層絕對(duì)厚度來(lái)劃分“薄層”和“厚層”，而且不同的行業(yè)劃分的標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。通過(guò)對(duì)比分析，學(xué)生理清了不同課程中“薄層”與“厚層”概念的共性（均是用來(lái)描述地層厚度的）和差異性（即相對(duì)厚度概念和絕對(duì)厚度概念的差異）。

在此基礎(chǔ)上，為了加深理解，進(jìn)一步闡明地震勘探中“薄層”和“厚層”概念相對(duì)性的內(nèi)在本質(zhì)實(shí)際上是由于地球物理方法本身的特性決定的。地球物理觀測(cè)方法并非是對(duì)地下介質(zhì)的直接測(cè)量，而是通過(guò)實(shí)測(cè)地球物理場(chǎng)（或現(xiàn)象）變化對(duì)地下介質(zhì)的間接反映，因而概念是相對(duì)的。而所有地質(zhì)觀測(cè)均是針對(duì)地層巖石的直接測(cè)量，所以概念是絕對(duì)的。

4.整合教學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式的互補(bǔ)

鑒于地球物理勘探方法實(shí)現(xiàn)過(guò)程的可視性。在教學(xué)中，我們充分利用野外工作現(xiàn)場(chǎng)錄像、多媒體資料、視頻材料、彩色圖片、三維動(dòng)畫(huà)以及基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自行開(kāi)發(fā)的虛擬地球物理儀器等多種教學(xué)手段，力求讓學(xué)生建立起對(duì)應(yīng)用地球物理學(xué)的直觀的感性認(rèn)識(shí)，較好地克服了傳統(tǒng)的僅僅依靠板書(shū)或多媒體等單一形式教學(xué)模式的不足。不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

5.整合教師資源，群策群力查漏補(bǔ)缺

為了更好地提升教學(xué)質(zhì)量，我們十分重視發(fā)揮課程群組和教學(xué)團(tuán)隊(duì)的作用，針對(duì)教學(xué)中存在的問(wèn)題，實(shí)時(shí)地開(kāi)展有針對(duì)性的教學(xué)研討活動(dòng)，群策群力，找差距、想辦法，不斷完善教學(xué)內(nèi)容，革新教學(xué)方法，提高教學(xué)技巧，提升任課教師的教學(xué)水平。

通過(guò)課程群組教師相互聽(tīng)課、階段教學(xué)總結(jié)研討以及期中、期末考試試題和考試結(jié)果的分析研究等多種形式，不僅能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，查漏補(bǔ)缺，總結(jié)提高，而且通過(guò)討論形成了統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，可為下一年度本課程教學(xué)工作的順利開(kāi)展和高效運(yùn)行提供指導(dǎo)和保障。

從2008年至今，通過(guò)整合教學(xué)的不斷推進(jìn)，“應(yīng)用地球物理學(xué)”課程的教學(xué)效果得到了明顯的改善和提高，受到了學(xué)生和教師的普遍好評(píng)。本課程任課教師在近年來(lái)的各類教學(xué)競(jìng)賽中先后獲得河南理工大學(xué)校級(jí)教學(xué)競(jìng)賽三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，院級(jí)教學(xué)競(jìng)賽二等獎(jiǎng)3項(xiàng)。學(xué)生網(wǎng)上評(píng)教均在良好以上，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為“本課程內(nèi)容主次分明、條理清楚、通俗易懂；課程的目的、意義和要求明確；教學(xué)方法靈活，富有啟發(fā)性，課堂氣氛活躍；課程內(nèi)容凝練，授課方式方法特點(diǎn)鮮明；教學(xué)中理論與實(shí)踐相結(jié)合，深入淺出，易學(xué)易懂……。”但是，也有部分學(xué)生認(rèn)為“課程內(nèi)容枯燥、難度較大，講解還不夠深入，理解困難，缺乏學(xué)習(xí)激情，授課方法有待完善等。”

目前，“應(yīng)用地球物理學(xué)”課程已被列為河南理工大學(xué)重點(diǎn)建設(shè)的本科生課程之一。我們相信，隨著教學(xué)改革的不斷深入，隨著各任課教師教學(xué)水平的不斷提高，“應(yīng)用地球物理學(xué)”課程教學(xué)一定會(huì)喚起學(xué)生的潛能，激活學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，不斷提升學(xué)生的專業(yè)技能和未來(lái)?yè)駱I(yè)的專業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]朱云波，閆新紅.“整合教學(xué)模式”在體育教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)市場(chǎng)，2010，（31）：159，162.

[2]云美厚，趙秋芳.基于戰(zhàn)略思維的“應(yīng)用地球物理學(xué)”教學(xué)實(shí)踐[J].中國(guó)地質(zhì)教育，2012，（1）：142-145.

[3]張勝業(yè)，潘玉玲.應(yīng)用地球物理學(xué)原理[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2004：51-68.

[4]咨詢求助:薄層與厚層？[EB/OL].（2008-10-28）.http://www.agoil.cn/bbs/read.php?tid=182034&keyword=%B1%A1%B2%E3%D3%EB%BA%F1%B2%E3.

[5]云美厚，丁偉.地震分辨力新認(rèn)識(shí)[J].石油地球物理勘探，2005，40(5)：603-608.

[6]韓運(yùn)宴，羅剛，徐永齊.地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：地質(zhì)出版社，2007：99-103.

[7]李增學(xué)，魏久傳，余繼峰，等.煤地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，2009：157-173.