測繪類專業(yè)“地球科學(xué)概論”理論教學(xué)的若干思考

劉 洋，許才軍，溫?fù)P茂

(1. 武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北 武漢 430079； 2. 武漢大學(xué)地球空間環(huán)境與大地測量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079； 3. 地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430079)

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測繪類專業(yè)“地球科學(xué)概論”理論教學(xué)的若干思考

劉 洋1,2,3，許才軍1,2,3，溫?fù)P茂1,2,3

(1. 武漢大學(xué)測繪學(xué)院，湖北 武漢 430079； 2. 武漢大學(xué)地球空間環(huán)境與大地測量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079； 3. 地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430079)

以“地球科學(xué)概論”課程角色及測繪類專業(yè)特征為基礎(chǔ)，分析并給出了測繪類專業(yè)發(fā)展能夠拓展“地球科學(xué)概論”教學(xué)內(nèi)容的3個實(shí)例，進(jìn)而對測繪類專業(yè)“地球科學(xué)概論”課程的理論教學(xué)進(jìn)行了一些思考，能夠?yàn)橄嚓P(guān)專業(yè)開展該課程教學(xué)提供參考。

測繪類專業(yè)；地球科學(xué)概論；理論教學(xué)

作為地球科學(xué)各分支專業(yè)學(xué)生的一門基礎(chǔ)課，“地球科學(xué)概論”通常被安排在大學(xué)一年級階段進(jìn)行講授。其教學(xué)目的是講授地球科學(xué)的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生的唯物自然觀和宇宙觀，激發(fā)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新思維，促進(jìn)人與地球和諧發(fā)展，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定扎實(shí)基礎(chǔ)[1-3]。

測繪類專業(yè)研究地球空間信息科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)理論與方法，解決與地理空間分布有關(guān)的各種幾何、物理、人文及其隨時間變化的信息采集、處理、管理、更新和利用的科學(xué)問題,以培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力和高素質(zhì)的人才為目標(biāo)[4-6]。目前，該類專業(yè)對應(yīng)于測繪科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科，涉及大地測量學(xué)與測量工程、攝影測量與遙感、地圖制圖學(xué)與地理信息工程3個二級學(xué)科，其課程教學(xué)均以講授專業(yè)基礎(chǔ)理論、培養(yǎng)工程實(shí)踐能力并重[6-7]。

測繪類專業(yè)具有開展“地球科學(xué)概論”課程教學(xué)的優(yōu)良傳統(tǒng)，已建立起科學(xué)合理的教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法。譬如，武漢大學(xué)在“測繪工程”專業(yè)開設(shè)了“地球科學(xué)概論”必修課，并在全校范圍內(nèi)開設(shè)了相應(yīng)的公共選修課。隨著地球系統(tǒng)科學(xué)及測繪科學(xué)與技術(shù)的縱深發(fā)展，如對地觀測、深空探測等技術(shù)及應(yīng)用，測繪類專業(yè)越來越多地服務(wù)于全球環(huán)境變化、自然災(zāi)害等科學(xué)問題的解決上。為此，在講授“地球科學(xué)概論”時，有必要考慮其基礎(chǔ)性、綜合性、前沿性，從而為學(xué)生創(chuàng)造一個提高綜合素質(zhì)的課程平臺。針對該問題，筆者對測繪類專業(yè)開展“地球科學(xué)概論”理論教學(xué)進(jìn)行了一些思考。

1 “地球科學(xué)概論”的課程角色

“地球科學(xué)概論”是地球科學(xué)相關(guān)專業(yè)的啟蒙課程，是地學(xué)專業(yè)知識的基礎(chǔ)，需要學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)[1]。其主要講授內(nèi)容如下[8]：宇宙中的行星地球、宇宙和地球的起源與演化、地球的物理性質(zhì)和圈層結(jié)構(gòu)、地球及各圈層的物質(zhì)組成、巖石圈板塊運(yùn)動與地質(zhì)作用、大氣圈、水圈、土壤圈、生物圈、地表形態(tài)、地球環(huán)境及其變遷、自然資源及其利用、自然災(zāi)害與減災(zāi)對策(如圖1所示)。其內(nèi)容涵蓋廣，能夠使學(xué)生全面了解地球科學(xué)的主要成就和基本知識，幫助學(xué)生建立正確的地球觀和時空觀，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下良好基礎(chǔ)。

圖1 “地球科學(xué)概論”課程的主要講授內(nèi)容

“地球科學(xué)概論”不屬于任何一個分支學(xué)科，有其獨(dú)特的課程特色[1]。對地質(zhì)類專業(yè)而言，該課程所講授的大多數(shù)內(nèi)容會在后續(xù)課程中系統(tǒng)學(xué)習(xí)，例如，為什么大多數(shù)礦物由晶體所組成并具有不同的結(jié)構(gòu)特征？為什么硬脆巖石可以發(fā)生褶皺并出露于地球表面？為什么相鄰地層間會形成多種類型的不整合關(guān)系？這些問題會在“礦物學(xué)”“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”“地層學(xué)”等課程中專門講解。對測繪類專業(yè)而言，這些問題通常不會有后續(xù)課程進(jìn)行專門講解。由此，在測繪類專業(yè)講授該課程時，教師需要注意這一課程的結(jié)構(gòu)特征。

2 測繪類專業(yè)發(fā)展能夠拓展“地球科學(xué)概論”的教學(xué)內(nèi)容

測繪類專業(yè)的發(fā)展能夠?yàn)椤暗厍蚩茖W(xué)概論”課程拓展教學(xué)內(nèi)容，能夠?qū)⒁恍┑貙W(xué)現(xiàn)象從定性描述發(fā)展為定性、定量綜合描述。以全球環(huán)境變化、行星地質(zhì)學(xué)、自然災(zāi)害3個現(xiàn)象為例，本文給出測繪類專業(yè)發(fā)展在拓展“地球科學(xué)概論”課程教學(xué)內(nèi)容方面的一些思考。

全球環(huán)境變化是由人類活動和自然過程相互交織的系統(tǒng)驅(qū)動所造成的一系列陸地、海洋與大氣的生物物理變化。其通常會給人類帶來巨大威脅，對人類安全和社會進(jìn)步形成新的挑戰(zhàn)，與其相關(guān)的研究對發(fā)展地球科學(xué)、促進(jìn)全球可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和實(shí)踐價值[9]。在對地觀測技術(shù)之前，人類對全球環(huán)境變化的理解相對較少。以全球定位技術(shù)、遙感技術(shù)為代表的對地觀測技術(shù)能夠?qū)Φ厍蜻M(jìn)行整體、連續(xù)、協(xié)調(diào)觀測，革新了人類對全球環(huán)境變化的認(rèn)識[10]。由此，對地觀測技術(shù)的進(jìn)步顯著拓展了“地球科學(xué)概論”課程教學(xué)中全球環(huán)境變化的講授內(nèi)容、認(rèn)知層次。

行星地質(zhì)學(xué)指的是應(yīng)用地質(zhì)學(xué)原理研究行星和大天然衛(wèi)星的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、起源和演化的一門自然學(xué)科。其依賴的觀測數(shù)據(jù)主要為基于測繪遙感獲得的電磁波、光波、影像等直接勘察的數(shù)據(jù)及取回的樣品[11]。在深空探測技術(shù)出現(xiàn)之前，人類較少獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。自20世紀(jì)60年代美國實(shí)施阿波羅登月計(jì)劃以來，國際深空探測、中國月球探測等計(jì)劃相繼開展，人類已獲得包括月球、水星、金星、火星等的探測數(shù)據(jù)，對其表面及以下的成分、結(jié)構(gòu)、形成演化過程進(jìn)行了一定研究。鑒于太陽系的形成與演化歷史，相關(guān)研究工作為理解和認(rèn)識地球提供了新的、更全面的視野。由此，深空探測技術(shù)的進(jìn)步拓寬了“地球科學(xué)概論”課程中與宇宙中的行星地球相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，對其系統(tǒng)性、完整性具有一定的補(bǔ)充。

自然災(zāi)害是指由于自然異常變化造成的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、資源破壞等現(xiàn)象，主要包括氣象災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、海洋災(zāi)害及生物災(zāi)害等。對地觀測技術(shù)，如全球定位系統(tǒng)、合成孔徑雷達(dá)、衛(wèi)星測高等，可以提供大范圍、多時相、高分辨率的海量數(shù)據(jù)，由此可以建立定量的災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)模型，能夠在自然災(zāi)害的監(jiān)測與評估中發(fā)揮巨大作用[12]。然而，在對地觀測技術(shù)出現(xiàn)之前，“地球科學(xué)概論”課程教學(xué)中對諸類自然災(zāi)害的講解大多局限于定性描述。對地觀測技術(shù)的進(jìn)步使得“地球科學(xué)概論”教學(xué)能夠?qū)Φ湫妥匀粸?zāi)害的時空物理模型進(jìn)行一定介紹，實(shí)現(xiàn)了定性描述到定性、定量綜合描述的發(fā)展。

3 測繪類專業(yè)“地球科學(xué)概論”課程的理論教學(xué)

“地球科學(xué)概論”課程的理論教學(xué)主要講授地球科學(xué)的基本概念、原理及現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的唯物自然觀和宇宙觀，激發(fā)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新思維，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。借鑒已有成果[1-3]，本文給出對測繪類專業(yè)開展“地球科學(xué)概論”理論教學(xué)的一些思考。

(1) 熟練講授地球科學(xué)中的基本概念、原理，展示地球科學(xué)中涉及的多種現(xiàn)象，解釋典型現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理，由淺入深，由表及里，以期學(xué)生有較強(qiáng)的感性、理性認(rèn)知。在測繪類專業(yè)講授該課程時，教師可以在參考地質(zhì)類專業(yè)講授該課程的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持“少而精”原則對若干基本概念、基本現(xiàn)象、基本理論進(jìn)行闡述和解釋，以避免學(xué)生在畢業(yè)后對常見地球科學(xué)現(xiàn)象混淆不清，如地震。教師可以多媒體形式向?qū)W生展示歷史、現(xiàn)今地震在地表產(chǎn)生的破裂現(xiàn)象，以現(xiàn)象入手講述地震斷層的來源及合理近似性，進(jìn)而展示依據(jù)地震斷層模擬的海嘯波，將其與近些年海嘯波觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，表明現(xiàn)階段人類對地震機(jī)理認(rèn)識的正確性，同時能夠?qū)⒌卣瓞F(xiàn)象與其他地球科學(xué)現(xiàn)象關(guān)聯(lián)起來。此舉可完善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，使得對相關(guān)現(xiàn)象認(rèn)識清晰。類似可講授的現(xiàn)象有地球環(huán)境變遷、水動力作用、內(nèi)動力作用等。

(2) 培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析與地球科學(xué)現(xiàn)象相關(guān)的測繪類專業(yè)問題的能力，并嘗試作合理解釋，注重引導(dǎo)。如在合成孔徑雷達(dá)影像遙感解譯中，對某一極化方式，雷達(dá)回波強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)特征與地物表面粗糙度、介電常數(shù)等相關(guān)。針對該問題，教師至少可以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析如下兩個問題：①地物表面粗糙度與地形形態(tài)及組合等相關(guān)，而地形形態(tài)及組合又與巖石成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造運(yùn)動等相關(guān)；②介電常數(shù)與水含量相關(guān)，而水含量又與地形形態(tài)及組合等相關(guān)。由此可逐步培養(yǎng)學(xué)生利用地球科學(xué)現(xiàn)象分析測繪類專業(yè)問題的能力。此外，可以要求學(xué)生在授課階段至少提出2個問題、回答4個問題，可以給學(xué)生安排課后思考問題，調(diào)動學(xué)生的主動性，增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力。

(3) 培養(yǎng)學(xué)生宏觀與微觀相結(jié)合的思考模式，由此及彼，引導(dǎo)學(xué)生推廣至測繪類專業(yè)領(lǐng)域。如對于某一巖石標(biāo)本，若利用放大鏡進(jìn)行觀測，通常會發(fā)現(xiàn)與肉眼觀測不一致的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、顏色特征等，此時需要抓住關(guān)注的主要問題——宏觀特征還是微觀特征，同時應(yīng)顧及二者的相互指示意義。將該思維模式應(yīng)用到測繪類專業(yè)領(lǐng)域，如利用多時間、空間分辨率的對地觀測數(shù)據(jù)可以獲得隨時間、空間變化的多尺度信號，借鑒宏觀與微觀相結(jié)合的思考模式，應(yīng)將所研究信號的宏觀因素與微觀因素區(qū)別開來，抓住某一因素的主要特征，同時綜合考慮另一因素產(chǎn)生的相關(guān)現(xiàn)象，從而更全面地進(jìn)行后續(xù)研究。

(4) 激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力，突出科學(xué)性。以海底擴(kuò)張學(xué)說為例，“地質(zhì)詩人”赫斯在獲取到海底并非古老、海底成分主要為玄武巖、海底有洋中脊和裂谷、裂谷被一系列橫向斷層所錯開等科學(xué)現(xiàn)象后，創(chuàng)造性地提出了海底擴(kuò)張學(xué)說。由此，在理論教學(xué)階段，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)接觸到相關(guān)地球科學(xué)現(xiàn)象后，系統(tǒng)整理相關(guān)現(xiàn)象，創(chuàng)造性分析它們的特征、差異、變化及聯(lián)系，綜合運(yùn)用對比、發(fā)散、聚焦思維等，抓住日常學(xué)習(xí)、生活中的靈感，大膽假設(shè)并合理解釋、推理，不斷激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

(5) 加強(qiáng)學(xué)生的素質(zhì)教育，堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理論，讓學(xué)生在教學(xué)過程中處于中心地位，提高學(xué)生的參與度。“地球科學(xué)概論”教學(xué)過程中，涉及的地球科學(xué)現(xiàn)象、知識點(diǎn)相對較多，若全部采取教師講授的方式，效果可能達(dá)不到最佳，可以適當(dāng)采取小組和學(xué)生講授的方式。為了講解某一地球科學(xué)現(xiàn)象需要查閱大量參考文獻(xiàn)和資料以追蹤學(xué)術(shù)前沿，為了形象演示某一地球科學(xué)過程需要制作相關(guān)多媒體演示，為了在課堂上生動、準(zhǔn)確、清晰地講解需要鍛煉演講與口才能力，同時需要規(guī)范文字寫作與表達(dá)能力。為此，小組成員之間需要根據(jù)具體工作進(jìn)行任務(wù)分工，工作完成后需要分享自己在完成所負(fù)責(zé)任務(wù)中的經(jīng)驗(yàn)和感受，也可能需要分享準(zhǔn)備過程中的其他收獲。此外，準(zhǔn)備過程中由于工作強(qiáng)度大、任務(wù)重等可能會出現(xiàn)其他問題而需要學(xué)生之間相互照顧學(xué)習(xí)、生活等。諸事項(xiàng)均能夠鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、人文關(guān)懷、道德修養(yǎng)等素質(zhì)。綜合素質(zhì)的提高一直是任何專業(yè)學(xué)生所迫切需要的。

4 結(jié)束語

為培養(yǎng)適應(yīng)測繪類專業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)人才，在講授“地球科學(xué)概論”時有必要考慮其基礎(chǔ)性、綜合性、前沿性。本文簡要給出了“地球科學(xué)概論”的課程角色，以全球環(huán)境變化、行星地質(zhì)學(xué)、自然災(zāi)害為例，對測繪類專業(yè)發(fā)展能夠拓展其教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了分析，進(jìn)而給出了測繪類專業(yè)開展該課程理論教學(xué)的一些思考。本文能夠?yàn)橄嚓P(guān)專業(yè)開展該課程的理論教學(xué)提供一個有益參考。

[1] 萬天豐. 關(guān)于“地球科學(xué)概論”的教學(xué)指導(dǎo)思想[J]. 中國地質(zhì)教育，2006，15(2)：47-52.

[2] 許延浪，楊友運(yùn)，袁炳強(qiáng)，等. “地球科學(xué)概論”課教學(xué)規(guī)律探析[J]. 中國地質(zhì)教育，2006，15(4)：98-101.

[3] 王雅寧. 綜合性大學(xué)非地學(xué)專業(yè)開設(shè)“地球科學(xué)概論”公選課的探討[J]. 教育教學(xué)論壇，2014(52)：213-214.

[4] 寧津生，王儂，翟翊主. 測繪高等教育教學(xué)改革研究[M]. 北京：測繪出版社，2005.

[5] 許才軍. 測繪工程專業(yè)課程創(chuàng)新體系初探[J]. 測繪通報(bào)，2007(11)：74-77.

[6] 許才軍，秦詠梅. 測繪工程本科專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)方案解析[J]. 測繪通報(bào)，2014(6)：124-127.

[7] 吳云，方興. 測繪工程專業(yè)教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)中的幾點(diǎn)思考[J]. 測繪通報(bào)，2014(7)：128-130.

[8] 劉本培，蔡運(yùn)龍. 地球科學(xué)導(dǎo)論[M]. 北京：高等教育出版社，2003.

[9] 劉燕華，葛全勝，方修琦，等. 全球環(huán)境變化與中國國家安全[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展，2006，21(4)：346-351.

[10] 陳俊勇. 全球變化與對地觀測系統(tǒng)[J]. 科學(xué)中國人，1995(1)：7-9.

[11] 肖龍，GREELEY R，曾佐勛，等. 比較行星地質(zhì)學(xué)的研究方法、現(xiàn)狀和展望[J]. 地質(zhì)科技情報(bào)，2008,27(3)：1-13.

[12] 岳煥印，郭華東，劉浩，等. 對地觀測技術(shù)在重大自然災(zāi)害監(jiān)測與評估中的應(yīng)用實(shí)例分析[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2001,10(4)：123-129.

Some Thoughts on the Theoretical Teaching of the “Introduction to Earth Science” for Surveying and Mapping Majors

LIU Yang1,2,3，XU Caijun1,2,3，WEN Yangmao1,2,3

(1. School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan 430079, China； 2. Key Laboratory of Geospace Environment and Geodesy, Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan 430079, China； 3. Collaborative Innovation Center for Geospatial Technology, Wuhan 430079, China)

In this paper, based on the curriculum role of the “Introduction to Earth Science” and the feature of the Surveying and Mapping majors, three cases are analyzed and presented, which are related to the extension of the teaching content of the “Introduction to Earth Science” due to the development of the surveying and mapping majors. Furthermore, some thoughts on the theoretical teaching of the “Introduction to Earth Science” for the surveying and mapping majors are proposed. The result can provide a reference for the related majors to carry out the teaching of this course.

surveying and mapping majors; Introduction to Earth Science; theoretical teaching

劉洋，許才軍，溫?fù)P茂.測繪類專業(yè)“地球科學(xué)概論”理論教學(xué)的若干思考[J].測繪通報(bào)，2017(6)：146-148.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0210.

2016-06-08；

2016-10-25

武漢大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目(JG201455)；國家自然科學(xué)基金(41404007)

劉 洋(1984—)，男，博士，講師，主要從事InSAR數(shù)據(jù)處理與地學(xué)解釋的教學(xué)與科研工作。E-mail：Yang.Liu@sgg.whu.edu.cn

G64

A

0494-0911(2017)06-0146-03