地球物理學中的“科學計算方法與技術”課程教學改革探討

摘 要：本文針對“科學計算方法與技術”課程的重要性及課程的特點，結合地球物理學專業科學研究中所遇到的一些計算問題，圍繞如何提高教學水平和教學質量，如何培養專業人才，從教學內容、教學方法、考核方式等方面進行了探討。

關鍵詞：科學計算方法與技術；地球物理學；教學方法

隨著計算機技術的快速發展，科學計算以及處理技術在科學研究與工程實踐中的地位越來越重要，已經上升為與實驗測量、理論分析方法相媲美的第三種科學研究方法。“科學計算方法與技術”是一門與數值分析和計算機程序設計密切相關且實用性很強的課程，是應用數值分析和計算機程序設計求解各種地球物理問題的方法、理論及其軟件共同構成的一門綜合性課程。該課程的教學，需要教師結合課程的特點，打破傳統的教學模式，結合培養目標，全面提高教學質量。

一、“科學計算方法與技術”課程的重要性

由于本門課程安排在大三下半學期，學生在這個階段已經學習了重力、磁法、電法以及地震方法的原理和數據處理流程，同時已經完成了計算機語言和計算方法的學習。但大多數學生并沒有親手操作，也沒有從程序設計的整體性、優化性、邏輯性以及可視化的角度對所學的專業知識進行深入的理解，因此造成學生理論強、動手能力低的現象。

另外，在做畢業設計的時候，要求學生必須動手編寫程序完成相應的計算，并能將結果用圖件表示出來。沒有經過課程學習的學生在畢業設計時會感到吃力。因此，開設本門課程就是讓學生能夠在做畢業設計之前對整個地球物理當中的計算問題有一個初步了解，提高解決問題的能力。

二、“科學計算方法與技術”案例教學內容的選取

“科學計算方法與技術”主要針對地球物理當中典型的科學計算問題，諸如地球物理場數值模擬、地球物理場變換、地球物理場成像以及地球物理場的反演等問題。由于只有32個學時，在短時間內無法將地球物理當中所涉及的計算問題和實現策略進行詳細講解和實踐。因此，只能根據學生當前已經掌握的課程內容以及編程語言，結合地球物理中的前沿問題與科研項目中頻繁遇到的地球物理計算問題，選擇一些常用、通用的地球物理計算問題進行講解并讓學生動手實踐。

三、教學方式的靈活應用

作為地球物理學專業的一門必修課程，由于其所涉及的知識面比較廣，并且要綜合運用數學、物理、計算機編程等知識，因此教師在教學時應當靈活地選擇教學方法。教師在教學過程中，先講解理論基礎，再講解程序實現策略和實現技術，并從全局角度考慮程序設計的總體框架、實現流程和編寫程序環節中的實現技巧。在學生掌握理論知識后，教師應該讓學生針對教學內容進行程序編寫。為了提高學生的程序設計水平和能力，要求學生采用C語言、C++語言動手編寫程序，有精力的學生可以采用MATLAB編寫程序驗證結果并形成圖。這樣完全打破傳統的課程教學模式，在很大程度上提高了學生的學習動力和動手實踐能力。

四、“科學計算方法與技術”課程考試方法改革

為增強學生對地球物理科學計算問題的認識，提高其解決實際工程問題的能力，教師應該將課程的考核方式進行相應的改革。傳統的“科學計算方法與技術”課程考試為筆試，成績由平時的實驗作業和期末考試（在試卷上手寫相應的程序框架和代碼）成績按比例綜合計算。這樣的考核方式雖然簡單易于操作，但這會造成學生動手實踐能力低、不注重知識運用的問題。改革以后的考核方式為，由小組完成實際科學計算問題的程序設計、實驗報告以及課程成果的課堂講解組成。考核共5次，每次學生都重新分組，確保每位學生都能動手進行與地球物理相關的科學計算問題的程序設計和實現。

五、結語

本文針對地球物理學和勘查技術與工程專業學生所學的“科學計算方法與技術”課程，從課程的重要性、激發學生學習興趣、案例教學內容的選取、靈活的教學方法以及考核方式等方面進行了改革探討。這些改革措施在我校的實際教學過程中已經著手實施，且取得了不錯的教學效果。

參考文獻：

[1]曲良輝，邢琳，周瑞芳，等.計算方法課程教學方法與手段的改革與實踐[J].科技創新導報，2015（23）：189-190.

[2]陸基夢，王永剛.地震勘探原理（第三版）[M].東營：中國石油大學出版社，2009.

作者簡介：韓復興（1981— ），男，陜西西安人，博士，研究方向：地震波傳播與成像技術。