數學地質課程教學探討

余燁 曹濤濤 王莉

摘 要：數學地質是資源勘查工程專業本科生高年級的一門專業必修課，其介紹的數學方法較多，涉及的數學理論知識較深，應用的領域較廣。本文結合該課程特點，對教學內容、授課方式和考核機制等方面進行探討分析，提出了培養學習興趣、強化專業認知、精選教學內容、強化軟件操作以及優化考核機制等措施，以期進一步提高教學質量，實現教學目標，為學生將來從事數學地質工作奠定堅實的基礎。

關鍵詞：數學地質；教學內容；教學方法；考核方式

數學地質屬地質學的一個重要分支學科，是二十世紀六十年代以來形成的一門邊緣學科。它是地質學與數學、計算機相結合的產物，目的是從量的方面研究、解決地質學問題，反映地質學從定性描述向定量研究發展的新趨勢。隨著科學技術的進步，分析測試手段及測試儀器的不斷改進、更新，地質數據暴增，數值型地質信息大量出現，伴隨數學和計算機等相關學科理論的發展，推動數學地質不斷進步。數學地質方法的應用幾乎滲透到地質學的各個領域，在地礦、石油、冶金等領域得到廣泛應用，并形成了理論和方法體系。因此數學地質在地質院校資源勘查工程專業課程中的地位日益牢固，成為專業必修課程之一。數學地質作為一門理論與應用相結合的課程，不僅涉及線性代數、概率論與數理統計中深奧的概念、煩瑣的推導和復雜的計算，還涉及對計算機軟件的有效利用和對地質學基礎理論知識的熟練掌握，使得學生容易產生懼學、厭學的心理。針對該課程的特點和學生的實際情況，筆者結合多年的教學實踐和遇到的實際問題，對如何提高數學地質的教學質量進行了探討。

一、培養學習興趣，強化專業認知

興趣是最好的老師。學生有了學習興趣，就會主動探索知識。教師在教學中可以結合課程自身的特點，通過展示課程魅力培養學生的學習興趣。比如在講授緒論部分時，可以向學生介紹數學地質的發展歷史和應用前景，并結合最近召開的國際國內數學地質大會等相關專業會議內容，為學生展示本學科的前沿動態及發展趨勢，拓寬專業視野，強化學生的專業認知。同時還可以向學生介紹數學地質方法在地礦、石油、冶金等相關地質領域研究中取得的應用成果，讓學生感受學習數學地質課程的價值，體會數學地質方法在地球科學研究中的作用。此外還可以通過一些實際案例的具體分析，讓學生了解數學地質方法能解決哪些具體問題，還可以讓學生了解數學地質方法應用的深度和廣度，從而培養學生的學習興趣。另外還可以向學生介紹為數學地質發展做出突出貢獻的國內外杰出科學家，讓學生感受到數學地質學家留給我們的不僅是理論的傳承和方法的應用，還有他們的探索精神和求知欲望。這些都將使學生對數學地質課程的學習產生濃厚的興趣，強化專業認知，從而增強學生學好該課程的信心。

二、挑選合適教材，精選教學內容

數學地質教材有些偏重于實際方法的應用，理論知識講解比較少；有些教材則偏重于理論方面的講解，內容大部分是數學公式復雜的推導過程，實際應用較少。我們選取教材時，要求教材既有適量的理論和嚴謹的論述，又要有深入淺出的方式闡述數學地質的基本概念、數據處理方法和案例應用過程，而且還要注重理論方法與實際應用案例的相互融合，達到穿插教學的目的。經過教學實踐和對比，發現石油工業出版社的《數學地質方法及應用》比較合適，章節安排比較合理，并且把每種數學地質方法的講解都融入科研項目實例當中，實現了理論教學與方法應用的相互穿插。該教材在第三章舉例用逐步回歸求儲量密度y與生、儲、蓋、圈、保5個因素的回歸關系式時，利用實際數據對理論公式的推導過程進行求解，使理論教學和方法應用相互融合，實現穿插教學。另外充分考慮數學地質的課程特點和教學學時，以學生靈活應用數學地質方法為主線，以掌握數學地質基本理論為基礎，精選教學內容。數學地質課程共選擇五章，內容包括緒論、地質數據的表達方式及其特征、多變量相關分析、多變量分類分析和因子分析。而油氣資源定量評價、數學模型在地質學中的應用這兩章涉及的學科專業知識比較深，留給學生繼續深造時學習。這樣就可以有充分的教學時間講授基本理論方法和實際應用過程，保證教學質量的提高。

三、把握課程特點，多種授課方式并用

數學地質是一門應用性很強的學科，在地礦、石油、冶金等地質學領域得到了廣泛應用，是一門以數學理論為方法，以計算機技術為研究手段，對地質問題進行定量研究的方法性學科。因此，數學地質的授課方式有別于其他傳統的授課方式，既要充分考慮傳統理論教學（數學理論知識），又要考慮實踐操作教學（計算機技術操作），還要考慮實際應用教學（科研項目應用實際案例）。在數學地質教學中，我們根據不同的教學環節，采取多種授課方式綜合應用的方法。比如在闡述數學理論方法時，可以采取啟發誘導式教學，由淺入深、由易到難、循序漸進地推導數學公式的簡單步驟。這樣便于實踐操作，有利于學生掌握知識點，加深學生對基本概念和公式定理的理解。而在實踐操作中，可以采取互動式教學，讓學生身臨其境，變被動學習為主動學習。如在講授回歸分析時，可先舉例說明國內外學者應用回歸分析解決地質問題的成功例子，然后結合學生所學的基礎專業課內容，讓學生自己動手對生油門限時間和生油層溫度、埋藏深度進行回歸分析，讓學生在實踐中感受“有機質向石油演化所需時間隨著地溫的升高和埋藏深度的加大而縮短，其中溫度對演化時間起主導作用”，從而調動學生數學地質學習的積極性。同時，考慮到數學地質應用性較強的特點，在教學中盡可能講授那些緊跟生產科研實踐趨勢、真實客觀和經得起推敲琢磨的成功案例，特別是任課教師本人或教研室相關教師的最新科研成果。如在講授判別分析時，將《應用巖性統計方法判別珠江口盆地三角洲沉積相》的科研論文以案例講解的方式展示給學生；而在講授聚類分析和因子分析時，將《多元統計分析應用于惠州凹陷M層物源分析》的科研論文以案例講解的方式展示給學生，這樣可以賦予知識生動性、形象性和實踐性，從而培養學生處理數據、分析問題和解決問題的能力。

四、強化軟件操作，注重實踐教學

數學地質從其出現就借助了計算機技術的發展和相關軟件的應用。面對浩瀚的地質數據，傳統的研究方法很難處理、研究和分析它們，必須借助計算機和相關軟件才能完成。因此，掌握一定的計算機技術和相關軟件的操作非常重要，該課程要求熟練操作的軟件主要有SPSS、MATLAB和Surfer。在教學中，理論知識教學和軟件操作教學要同步進行，在講授完每種數學地質方法的基本思想和原理后，馬上介紹相關軟件的操作過程和具體步驟，隨后安排上機實踐操作。上機操作內容要由淺入深，首先由教師帶領學生按照實習指導書上已有詳細步驟和結果分析的案例進行操作；然后讓學生將軟件操作的結果與實習指導書上的結論進行對比，加深理解；最后，在時間允許的情況下，盡可能向學生提供一些實際生產數據，要求學生利用軟件進行分析操作，達到舉一反三、熟練操作的目的。當然在軟件操作教學中不能一味要求學生掌握這一操作流程，應該強調該課程的教學重點還是數學地質方法的基本原理以及不同方法的科學選取；同時還要注重軟件輸出結果的地質分析和相關解釋，以及是否符合地質學的相關規律。因此，在熟練掌握軟件操作流程的基礎上，要求學生對輸出結果進行地質分析，給出地質解釋，并完成相應的上機實習報告，使理論知識與軟件學習有機結合，有效提高計算機軟件操作和數學地質方法應用能力。

五、優化考核機制，合理評定成績

考核機制是合理評定學生成績的依據，也是檢驗學生對該門課程掌握程度的標尺。數學地質作為一門應用型學科，其考核機制必須堅持學以致用的原則，不僅要考慮學生對基本原理和方法的掌握程度，還要考慮學生對相關軟件的操作過程以及對輸出結果的地質分析解釋能力，特別是數學地質方法的綜合應用能力。根據課程特點，可以采取閉卷考試、上機操作考查和學科論文綜述相結合的考核機制，進而對學生的學習成績給予綜合評定。閉卷考試主要考核學生對各種數學地質方法和理論知識的掌握程度；上機操作考查主要考核學生對相關軟件操作的熟練程度，以及對軟件輸出結果的地質分析和地質解釋的能力；學科論文綜述則是通過對數學地質相關文獻資料的閱讀，把握學科前沿動態和發展趨勢，從而培養學生撰寫學術論文和綜合分析問題的能力。

六、結語

數學地質是一門應用性很強的交叉學科，運用的數學方法較多，涉及的數學理論知識較深，應用的領域范圍較廣，對計算機技術和軟件操作的要求也比較專業。隨著科學技術的發展，大量數值型地質信息出現，其越來越受到地質學家的重視，并得到了廣泛應用。總之，數學地質教學是一項復雜的系統工程，只有在教學中不斷歸納、總結、探索、創新和實踐，才能跟上時代步伐，提高該課程的教學質量，實現教學目標，為學生將來從事數學地質工作奠定堅實的基礎。

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作者簡介：余燁（1983— ），博士，講師，研究方向：數學地質教學與科研。