應用地球物理教學中理解思維的培養

張恒磊+胡祥云+張世暉

（中國地質大學（武漢）地球物理與空間信息學院，地球內部多尺度成像湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430074）

摘要：“磁法勘探”是地球物理相關專業一門重要的主干課程，其中數理公式復雜，如何讓學生充分掌握本課程中關鍵的知識點、理解主要概念是任課老師面臨的巨大挑戰。本項研究基于課堂教學實踐，研究理解思維的培養，提出運用靈活的翻轉課堂模式激發學習熱情，基于啟發式教學培養理解思維，充分結合課堂提問與實踐環節，深化對知識的理解。通過學生的積極參與，實現從傳統“灌輸式”講授到“自主性”學習的轉變，注重培養理解思維，以人為本提升教學效果。

關鍵詞：應用地球物理；磁法勘探；理解思維

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）21-0238-02

隨著高等教育的不斷推進，研究教學方法與課程改革提高教學質量是當今學者探討的熱點課題，《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》明確提出“全面提高高等教育質量”，指出“提高質量是高等教育發展的核心任務，是建設高等教育強國的基本要求”。“磁法勘探”是地球物理相關專業（勘探地球物理、勘查技術與工程等）本科生學習的一門主干課程，旨在培養地球物理專業學生掌握磁法勘探實踐與科學研究所需的基本概念與基礎理論[1]。這門課程包羅了地球磁場的基本理論、觀測儀器、野外工作方法、數據整理與處理方法、以及資料應用解釋的每個環節。教學大綱還包括一些基礎的正反演理論，需要講授的內容十分豐富，而其中涉及的眾多數學公式更是增加了理解的難度。隨著近年來教學規模不斷擴大，如何進一步提高我校應用地球物理專業的教學效果、增強學生對知識的應用能力，一直是學院領導和教師們思考的主要問題和努力的方向。

至今，已有很多學者從地震學等視角探討了應用地球物理學的教學方法[2，3]。本項研究針對“磁法勘探”課程，著重討論學生理解思維的培養，寓教于學，讓學生成為教學課堂的積極參與者，讓學生成為課程知識的積極探索者。

一、翻轉課堂教學，激發學習熱情

應用地球物理專業課程中需要講授很多基本的數學原理、推導一些關鍵數學公式的來龍去脈，難免會讓學生感覺到枯燥乏味，甚至厭學情緒，學習積極性不高。針對這個問題，根本是要激發學生自主的學習熱情，要求教師必須注重授課方式和形式，能夠將復雜晦澀的數學公式、理論概念糅合于生動翔實的情節中，展現給學生的就不會是生冷的公式。古有詩云“書卷多情似故人，晨昏憂樂每相親”，當學生對專業產生了興趣，有自主的學習熱情，教學效果必將事半功倍。

在“磁法勘探”課程教學中，幾乎每一章節都有繁瑣的數學公式、晦澀難懂的基本概念，要求教師僅僅利用短促的課堂教學時間讓學生理解、接受，難于上青天。結合翻轉課堂教學模式，充分調動學生學習的主動性與積極性，將能起到事半功倍的效果。翻轉課堂教學模式起源于美國，并為全球教育研究者關注[4]。它實際上是“課前預習-課堂學習-課后溫習”的深化，強調的是學生主動的學習和探索過程，在課下利用大量的時間分析問題、查資料解決問題，而課堂則扮演了老師與學生探討、互動的平臺。結合翻轉課堂教學，讓學生在自主探索、動手學習的過程中體會到求知的樂趣，激發對本專業的學習熱情，這是學習任何一門知識的內在源動力，讓興趣成為引領學生前進的導師。如果學生能夠以自我興趣為導向進行學習，不僅有助于提升學習主動性，而且便于實現從灌輸式教學到積極主動獲取知識的轉變。

二、注重提問，開展啟發式教學，培養理解思維

被動學習的感覺就是囫圇吞棗，缺乏細細品味。教師需要針對一些關鍵的節點，提出問題，讓學生思考，才能深化理解。筆者講授“磁法勘探”課程有這樣一個經歷，教學計劃安排了一個學時講解向上延拓的原理以及應用，是本課程的一個要點。在課末展示一幅包含磁異常與其向上延拓的圖，提問了數位同學，竟然不能對號入座。這引發筆者更多的深思：對于學習中的本科生，專業知識基礎薄弱，理解思維還欠發達，教師需要充分結合問題引領學生去思考，“教”學生“學”會抽象理論知識的理解與消化。

啟發式教學以學生為中心，通過靈活設置課堂教學方式，有助于學生對問題的理解[5]。教師根據每堂課涉及到的知識點與問題，誘導學生思考，有針對性的進行分析、推導，進而得出結論，讓學生身臨其境。就磁法勘探而言，往往學生在掌握了基本概念以后，卻很難靈活應用，這是在專業學習中普遍存在的現象。面對眾多的復雜的處理方法，教師可以啟發式提出問題，增加學生理解。比如：要突出研究區的宏觀異常特征，需要采用什么方法？引導學生往向上延拓、區域場分離等低通濾波方法思考；其次，想得到研究區的局部細節特征，又該采用那些方法？鼓勵學生思考向下延拓、方向導數等方法。同時，教師應該適當的對各種方法的數學、物理性質與特點添枝加葉，豐富學生的理解。此外，課程講授中結合一些磁法勘探實例分析、讓學生動手編程實現算法等，可以讓學生在實踐中發現問題，加強對方法理論的理解。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，通過學生自己動手演練，理解結合實踐增強對知識的領悟。筆者在講授“磁法勘探”課程中，一個深刻的印象是關于磁異常垂向導數的知識點，其公式簡潔、物理意義也不難理解，學生很容易接受。但是當學生自己動手編程實現該算法時，許多問題隨之而來，讓原本很“易懂”的問題帶上了很多問號：譬如，與水平方向導數不同，原始磁異常數據中找不到z變量，如何計算z方向的方向導數呢？——看似很簡單的問題，但是對于初學者，它表示學生深入思考了，只有親臨現場解決了這個問題以后，才算是真正理解了垂向導數的意義。

三、結束語

數學物理公式復雜、實踐性強是應用地球物理課程的鮮明特點，其教學效果的好壞直接影響到學生對專業的認知程度，要求教師能夠掌控全局，采用針對性的教學方式，圍繞關鍵知識點，獻身說法，最大程度的激發、培養和鞏固學生的學習熱情。本文結合“磁法勘探”課程，圍繞學生理解思維的培養，提出采用翻轉課堂啟發式教學，充分利用提問和實踐，以取得更好的教學效果，將我校地球物理專業學生培養為能熟練從事地球物理勘探、具有創新精神和實踐能力的高級專門人才。

參考文獻：

[1]張恒磊，胡祥云，張世暉.“磁法勘探”理論與實踐相結合的教學方法研究[J].教育教學論壇，2014，（51）：128-129.

[2]熊章強，朱德兵，嚴家斌，張大洲.提高地球物理學科野外實踐教學效果的探索與實踐[J].中國地質教育，2012，（4）：132-134.

[3]孫魯平.“應用地震學”課程改革與教學方法探討[J].中國地質教育，2014，（1）：51-54.

[4]Strayer J. F..How learning in an inverted classroom influences cooperation，innovation and task orientation[J].Learning Environments Research，2012，15（2）：171-193.

[5]邱隆偉，楊勇強，王冠民，任擁軍.美國俄克拉荷馬州立大學地質學專業人才培養機制調研[J].中國地質教育，2014，（1）：89-92.

收稿日期：2016-11-16

基金項目：中國地質大學（武漢）勘查技術與工程專業重磁類課程教學改革項目（2014A29）資助

作者簡介：張恒磊（1984-），男（漢族），安徽明光人，中國地質大學（武漢），講師，博士，研究方向：位場理論與重磁勘探。