注重實(shí)踐 打造“地電學(xué)”教學(xué)新模式

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球物理與信息技術(shù)學(xué)院，北京 100083

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步發(fā)展，人類(lèi)對(duì)地球資源的探索愈發(fā)深入。地球物理方法是必不可缺的一種探測(cè)手段，地球物理學(xué)是應(yīng)用物理學(xué)的理論、方法與技術(shù)來(lái)探索地球各種物理現(xiàn)象規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。地球物理學(xué)可以應(yīng)用多種物理手段進(jìn)行目的明確的地球研究，如礦產(chǎn)資源的探查和開(kāi)發(fā)、環(huán)境的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，以及各種自然災(zāi)害的監(jiān)測(cè)與防治等。因此中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)模的宏偉，離不開(kāi)地球物理學(xué)的發(fā)展[1]。

地電學(xué)（Geo-Electricity）是地球物理學(xué)的一門(mén)主要分支課程，是一門(mén)研究海洋、固體地球電場(chǎng)分布，通過(guò)研究電阻率，推斷物質(zhì)組分、熱狀態(tài)等信息的學(xué)科。地電學(xué)是大學(xué)本科教學(xué)內(nèi)容中的重要專(zhuān)業(yè)主干課，授課時(shí)間段為大學(xué)三年級(jí)下學(xué)期。

1 與傳統(tǒng)電法勘探的區(qū)別

傳統(tǒng)電法勘探是以巖、礦石的導(dǎo)電性、電化學(xué)活動(dòng)性(激發(fā)極化特性)、介電性和導(dǎo)磁性的差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，使用特定的儀器設(shè)備，觀測(cè)和研究地殼周?chē)姡ù牛﹫?chǎng)的變化和分布規(guī)律，來(lái)研究地質(zhì)構(gòu)造、尋找有用礦產(chǎn)資源、解決工程、環(huán)境、災(zāi)害等地質(zhì)問(wèn)題的一組地球物理勘探方法。

而地電學(xué)學(xué)科是研究固體地球內(nèi)部介質(zhì)及其周?chē)碾娦院碗?電磁場(chǎng)分布規(guī)律，研究地球深部物質(zhì)、演化等科學(xué)問(wèn)題。相較于電法勘探的高實(shí)踐性，地電學(xué)更偏理論，研究方向也更為宏觀，探測(cè)手段、后期處理解釋也更加具有科學(xué)性，這些特點(diǎn)是作為地球物理學(xué)科所必不可少的要求。

2 教學(xué)改革

針對(duì)當(dāng)前高校專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)現(xiàn)狀存在的幾個(gè)問(wèn)題，列舉出主要教學(xué)問(wèn)題，并提供相應(yīng)的改革措施：

2.1 教學(xué)方式單一化

傳統(tǒng)教學(xué)方式仍是直述法，雖然以直述的方式能夠幫助學(xué)生盡可能在較短的時(shí)間里掌握較多的知識(shí)，但不利于培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。為避免直述法的弊端，采取多媒體講授、校內(nèi)儀器認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、上機(jī)實(shí)習(xí)以及小組討論的形式豐富教學(xué)方式，通過(guò)理論與實(shí)踐結(jié)合的方式，使學(xué)生能夠主動(dòng)融入課堂的學(xué)習(xí)，完成知識(shí)在頭腦中的構(gòu)建。

2.2 教學(xué)內(nèi)容條塊分割

傳統(tǒng)教學(xué)中通常將一些知識(shí)點(diǎn)分開(kāi)講授，但這樣人為割裂知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，容易使學(xué)生得到零散的、碎片化的知識(shí)，不利于學(xué)生構(gòu)建整個(gè)知識(shí)框架。因此教師需要引導(dǎo)學(xué)生有意識(shí)地將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，使學(xué)生從“是什么”的層面上升到“為什么”的層面。例如在地電學(xué)中，方法分支眾多且基本理論復(fù)雜，但只要明白大地電磁測(cè)深法屬于天然場(chǎng)交流電法，頻率電磁測(cè)深法屬于人工場(chǎng)交流電法，它們雖然場(chǎng)源性質(zhì)不同，但是它們測(cè)量的信號(hào)性質(zhì)相同，同屬于電磁信號(hào)，而且加入人工源是為了提高信噪比，這樣就把兩種同源方法聯(lián)系了起來(lái)，有助于學(xué)生加深理解。

2.3 教學(xué)內(nèi)容過(guò)于陳舊

改革開(kāi)放以來(lái)，社會(huì)生產(chǎn)建設(shè)突飛猛進(jìn)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，知識(shí)水平不斷創(chuàng)新，過(guò)于陳舊的教學(xué)內(nèi)容或許會(huì)導(dǎo)致教育脫離生產(chǎn)。地球物理作為一門(mén)尖端前沿學(xué)科更是如此，地球物理理論基礎(chǔ)、設(shè)備儀器也在進(jìn)步更替[2]。地電學(xué)作為一門(mén)新興學(xué)科，在介紹直流電測(cè)深、高密度電阻率法、電剖面法等傳統(tǒng)方法的同時(shí)，應(yīng)著重講述采用大地電磁測(cè)深法的實(shí)際應(yīng)用，通過(guò)對(duì)地殼、上地幔結(jié)構(gòu)的觀測(cè)，研究地球動(dòng)力學(xué)、地震預(yù)測(cè)、油氣、礦床、地下水等。該方法不需要建立人工場(chǎng)源，設(shè)備輕便且成本低，而勘探深度也比人工源頻率測(cè)深法更大，適合當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展。為了講好電磁法，在講述直流電法時(shí)，就有意識(shí)的提出一些直流電法在儀器設(shè)備、方法技術(shù)等方面的局限性，自然而然引入電磁法，并在講述電磁法時(shí)，注重與直流電法的比較，加深學(xué)生的記憶和理解。課堂教學(xué)中，引入老師本人和國(guó)際上最新的研究成果，激發(fā)學(xué)生的好奇心與探索欲。

3 教學(xué)方式

根據(jù)教學(xué)大綱和培養(yǎng)方案的要求，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)為理論基礎(chǔ)扎實(shí)、應(yīng)用知識(shí)面寬廣，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力的訓(xùn)練。本課程的授課方法嚴(yán)格緊貼教學(xué)大綱和培養(yǎng)方案的要求。本課程分為理論課教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方式，共48 學(xué)時(shí)。其中理論課教學(xué)主要為課堂授課，共44 學(xué)時(shí)；實(shí)驗(yàn)課教學(xué)主要為上機(jī)實(shí)驗(yàn)和儀器設(shè)備介紹各2 學(xué)時(shí)，共4 學(xué)時(shí)。

理論課教學(xué)主要使用參考教材為2005年地質(zhì)出版社出版的李金銘編著的《地電場(chǎng)與電法勘探》，同時(shí)參考1984年地震出版社出版的孫正江，王華俊編著的《地電概論》，在此基礎(chǔ)上編寫(xiě)各個(gè)章節(jié)幻燈片以補(bǔ)充地電學(xué)問(wèn)題實(shí)例、最新研究成果及當(dāng)前所面對(duì)的問(wèn)題，豐富教材內(nèi)容，增加課堂全面性與生動(dòng)性。課程主要分為7 章，分別為第1 章緒論；第2 章巖、礦石的導(dǎo)電性及影響因素；第3 章電阻率法的基本原理和應(yīng)用及其它直流電法；第4 章電磁法的基本原理及應(yīng)用；第5 章時(shí)間域電磁法和頻率域電磁法；第6 章大地電磁測(cè)深法；第7 章其他電磁方法和新進(jìn)展、新方法（見(jiàn)表1）。通過(guò)7 章44 學(xué)時(shí)的理論課學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)掌握地電學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)及相關(guān)應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)課教學(xué)主要為校內(nèi)實(shí)驗(yàn)課，分為上機(jī)實(shí)驗(yàn)和儀器設(shè)備介紹（見(jiàn)表1）。其中上機(jī)實(shí)驗(yàn)課主要使學(xué)生學(xué)習(xí)直流電法、大地電磁測(cè)深法所需要的數(shù)據(jù)處理軟件和反演軟件的基本操作，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。儀器設(shè)備介紹課主要講述直流電法、電磁法的常規(guī)儀器、性能指標(biāo)、應(yīng)用領(lǐng)域等學(xué)生感興趣的內(nèi)容，解決學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中產(chǎn)生的疑問(wèn)，并為暑期專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)打下基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)課教學(xué)關(guān)乎學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)該學(xué)科的掌握情況，也能檢驗(yàn)理論實(shí)踐結(jié)合統(tǒng)一的教學(xué)效果。

4 考核方式

結(jié)合地電學(xué)的課程特點(diǎn)，主要對(duì)學(xué)生獨(dú)立思考能力、實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維能力進(jìn)行考核。

考試總成績(jī)=考勤紀(jì)律（20%）+課后作業(yè)及期中測(cè)試（30%）+期末測(cè)試（50%）

考勤紀(jì)律主要為學(xué)生的出勤狀況和課堂紀(jì)律。課后作業(yè)主要為每個(gè)章節(jié)學(xué)習(xí)完成之后的習(xí)題，分為計(jì)算題、推導(dǎo)題和編程題。閉卷測(cè)試分為期中和期末兩次，期中測(cè)試的設(shè)立降低單次期末考試分?jǐn)?shù)的權(quán)重占比，方便學(xué)生在學(xué)習(xí)中段及時(shí)復(fù)習(xí)，防止期末臨時(shí)抱佛腳的情況發(fā)生。

5 野外實(shí)習(xí)

在大學(xué)三年級(jí)結(jié)束后的暑期，地球物理學(xué)也將在北戴河實(shí)習(xí)基地開(kāi)展各類(lèi)方法的野外實(shí)習(xí)[3]。傳統(tǒng)的電法勘探方法為直流電測(cè)深法、電剖面法、高密度電阻率法等，雖然近些年取得較好成果，但由于科學(xué)技術(shù)飛速進(jìn)步，許多方法理論和儀器設(shè)備都過(guò)于陳舊，許多實(shí)習(xí)方法已經(jīng)不能適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展，甚至不能滿(mǎn)足社會(huì)需求。同時(shí)地球物理學(xué)與地球探測(cè)與信息技術(shù)專(zhuān)業(yè)野外教學(xué)實(shí)習(xí)同時(shí)進(jìn)行，并不能體現(xiàn)地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)特色。

因此，為適應(yīng)地電學(xué)的發(fā)展和彰顯地球物理學(xué)的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，重點(diǎn)引入大地電磁測(cè)深法地電學(xué)野外實(shí)習(xí)。學(xué)生在野外學(xué)習(xí)大地電磁測(cè)深臺(tái)站的布設(shè)，在室內(nèi)用軟件對(duì)采集的大地電磁測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到一維反演和二維反演圖像，并跟常規(guī)直流電法相比較，牢固掌握直流電法和電磁法。地電學(xué)的野外實(shí)習(xí)雖然時(shí)間有限，不能達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)中的工作精度，但能培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、組織能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，體現(xiàn)了理論與實(shí)踐相結(jié)合的真理。

6 結(jié)語(yǔ)

本文主要從地電學(xué)教學(xué)模式改革著手，對(duì)教學(xué)方式、考核方法及野外實(shí)習(xí)幾個(gè)方面進(jìn)行調(diào)整。與電法勘探相區(qū)別，打造更符合教學(xué)大綱和培養(yǎng)要求的地電學(xué)課程。在保證自身教學(xué)素質(zhì)能力的情況下，完善和豐富地球物理學(xué)電磁體系的內(nèi)涵，加強(qiáng)學(xué)生理論實(shí)踐的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。最后采用知識(shí)內(nèi)化與能力提升的考核方式，使學(xué)生重視教學(xué)過(guò)程，提高教學(xué)效果。