科研反哺教學在“磁法勘探”課程中的嘗試

肖鋒 徐馳

摘? ? 要：科研與教學相輔相成，是大學倡導的重要教育理念。文章以“磁法勘探”課程為例，對科研在該課程中發揮的作用以及存在的問題進行了總結。從優選事例、課程思政、警示教育以及培養創新性思維等方面進行了探討，探索進一步完善科研反哺教學的措施。

關鍵詞：磁法勘探;科研反哺教學;教學改革;教學實踐

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2022）01-0047-02

19世紀，德國教育學家洪堡發現教師和學生都認為大學是師生共同追求知識或者科學的地方。他秉持“教學與研究統一”的思想創辦了洪堡大學。洪堡的教育思想對現代大學的辦學理念影響深遠，目前多數高校都倡導“教研合一”。人才培養、科學研究、服務社會是現代大學的三大功能，其中教學是大學的核心工作，也是基本功能?？蒲惺谴髮W的重要職能，它對教學有一定的促進作用。教師通過科研，能為學生爭取更多的學習資源和機會并提高教學質量?？蒲谐四芡晟平虒W內容外，還能激發學生的學習興趣、提高學生的創新能力、促進師資隊伍建設。盡管追求科研與教學相輔相成，但科研反哺教學在國內目前還存在著轉變科研觀念、優化教學內容、改進教學方式、開放硬件資源、完善激勵機制、加強轉化評價、完善保障工作等問題。

在科研反哺教學方面，前人也積累了一些經驗，如采用“講清必授知識+引導刨根問底+指導開放課題”式的教學方法;采用師生角色互換的“翻轉課堂”模式;通過講授科研故事、展示教師的科研進展、結合問題導向的教學方式，來激發學生學習興趣、提高自主學習能力和培養科研思維能力;開拓“第二課堂”的實踐平臺;邀請國內外學者來校學術交流，開展校企合作，通過共建實驗室、設立企業獎學金、舉辦學科競賽等方式為學生的科研創新訓練創造條件。

吉林大學的“磁法勘探”課程開設于1953年，國內知名教授如徐世浙、申寧華、張昌達、潘作樞等曾執教過此課。1987年的課程體系改革將“重力勘探”和“磁法勘探”兩門課程合二為一，突出了兩種勘探方法在理論基礎和數據處理等方面的共性，避免了重復的內容。這種兩課合并的方式一直沿用至今。為了堅持立德樹人，形成三全育人的思想政治教育體系，同時也為了貫徹學校關于加快“雙一流”人才培養的總體要求，為國家科技發展培養具有創造性思維的優秀人才，在2018年的本科培養方案中增設了“磁法勘探”榮譽課程。

榮譽課程的設置為科研反哺教學創造了有利條件。首先，考核方式多樣化。期末考試成績占比低于50%，過程考核更為重要。這樣學生能擺脫應試教育的束縛，把更多的精力投入平時的學習過程中。其次，教學方法有創新。問題導向的教學方式、研討方式、翻轉課堂等多種方式均可實施。目的是激發學生的自主學習能力，培養學生的科研思維。最后，采用小班授課制。學生人數控制在20人以內，有利于開展師生互動，提升教學效果。榮譽課程同時對授課教師提出了更高的要求，包括圍繞培養目標重新制定教學大綱、優化課程內容、活用教學手段，體現“重課程、重活動、重指導”的特色等。經過一學期的嘗試，我們對“磁法勘探”這門課程也積累了一定經驗，當然還存在不足。

一、優選教育事例

相對而言，理論知識比較枯燥，通過舉例子、講故事，可以把理論知識實用化、抽象過程具體化。結合課程內容，講述本學科領域的人和事，更容易引起學生的“共情”。在人物選擇方面，學生身邊的人與學生的距離更近、更接地氣，因此，我們通常以本學院的師生、校友為例?；谙嗤牡览?，我們也多選擇本地所發生的事件作重點闡述。

以“規則形體的磁異常正演”實驗課程為例，在講授編程風格的時候，展示了本學院孫運生教授在1995年用Fortran語言寫的一段源代碼。從函數定義、參數約定、代碼注釋、計算效率等多方面進行講解，讓學生體會他人的編程習慣或風格與自己的區別。在講授國際地磁參考場的環節，在了解全球正常地磁場的大致情況之后，以吉林大學校園內的國際地磁參考場大小是多少為切入點，激發學生的求知欲。此題以課后作業的方式布置給學生。在后續的“磁力儀的認識與操作”實驗課上，通過實測的地磁場與理論上計算的國際地磁參考場進行對比，引導學生分析引起兩者差異的原因。這樣一方面培養了學生解決問題的能力，另一方面也加深了他們對所處磁場環境的印象。

二、借助科研成果推進課程思政

課程思政是落實立德樹人根本任務的基礎工作。同樣，在這門課程中，也需要融入思政內容。吉林大學歷史悠久，教學成果豐碩，前輩取得的成就有助于提升師生的自豪感。

例如：在講授“磁法勘探儀器”時，介紹了著名的地球物理探測儀器專家曾孝箴教授的科研成果。1955年，他從東北地質學院物探系畢業。20世紀50年代末，他就帶領302儀器組發明了我國第一臺“航空核子旋進磁力儀”，打破了美蘇對我國的技術封鎖，填補了國家航空磁測儀器的空白。20世紀60年代中期，他又研制了航空光泵磁力儀，填補了我國高精度磁測儀器的空白，將國內航磁測量精度提高了兩個數量級。

當課程進展到“磁性界面反演”階段，我們又介紹了黃大年教授以往的研究成果。他編寫的界面反演程序能夠處理單層界面、多層界面乃至縱向穿插的界面;不僅能處理物性參數為常數的情況，也能處理參數為變量的情況;能進行△T磁異常反演，也能進行全張量磁梯度反演;能實施重磁聯合反演，還能添加多種約束條件反演等。盡管這是二十年前的成果，但在目前的商業軟件中，很少有這么全面的磁性界面反演功能。

雖然這只是從硬件和軟件兩個方面列舉了兩位教授的科研成果，但他們將個人的發展與國家的需要結合在一起，為國家作出了突出的貢獻。光榮的歷史、優良的傳統為師生帶來的不僅是自豪感，更是一份發揚光大、繼往開來的責任。榜樣的力量是無窮的，在課堂上傳遞正能量，對學生樹立正確的人生觀和價值觀會產生積極的影響，這也是“立德樹人”的意義所在。

三、警示教育同樣重要

看待事物要一分為二，科研中成功的經驗固然值得分享，但失敗的案例也同樣值得應用于教學，起到警示作用。教學當中，我們多以自身為反面教材。一是自身體會最為深刻，對事件來龍去脈最為清楚。二是學生可以更加全面地評價教師或者看待科研，避免看待人和事物過于片面，在教學中培養其批判思維。

在磁法勘探教材中，提及要求磁力儀操作員嚴格去磁。一般意義上，“嚴格去磁”包括去除操作員穿戴物品上包含的鐵器以及隨身攜帶的電子產品。在上課過程中，為了加深學生對這一知識點的印象，以我們一次失敗的案例進行了說明。一次科研項目中需要測定無人機的本底噪聲，其中包含垂直磁梯度的測量。當時利用了不同高度的探頭讀數進行差分來近似計算垂直梯度。在野外施工過程中，我們在無人機的周圍布設了方格測網，探頭距離地表高度分別為20cm和65cm，進行了兩次全覆蓋測量。測試的結果表明，探頭高度為65cm的讀數比較穩定，觀測誤差較小。而高度為20cm的讀數變化很大，觀測誤差也很大。究其原因，盡管磁力儀操作員的衣物已經嚴格去磁，但忽略了鞋面上的金屬扣。由于探頭離地面很近，因此鞋面上的金屬配件對磁探頭的干擾就不能忽略。排除干擾后重新進行測量，這不僅耽誤了工期，也浪費了人力和物力。學生從這個失敗的案例中明白了嚴格去磁是獲得高精度磁測結果的重要前提保障。

四、借鑒科研對創造性思維的培養

通常科研項目以問題為導向，包括發現問題、調研現狀、設計技術路線、論證可行性、解決問題等諸多環節。這與傳統教育中的思維方式存在很大的不同，首先就體現在需要學生自主發現問題這一點。多數學生還不習慣提出問題，更不用說解決問題。對于這種局面，在課堂上多采用教師引導，學生補充的方式。例如：教材上提到一臺日變站的控制半徑約30km，引導學生去思考得出這一結論的原因是什么，有沒有特例，陸地、海洋、海陸交界處的控制半徑是否相同，不同高程獲取的日變曲線是否一致，前人有沒有做過不同日變站實測數據的對比？通過提問，激發學生去思考更多的問題，盡管有些問題學生暫時還沒有條件去解決，但至少學會了多提問題，學會探索問題的深層次原因，這是培養創造性思維的關鍵一步。

經過一學期的教學實踐，學生對這門課程的評教效果較好，達到了預期目標。但目前還面臨一些問題，例如：科研用的儀器設備無法全部向學生開放、學生參與教師科研項目的時間不足等。未來，我們還將進一步完善科研與教學相結合的措施。

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[責任編輯? 巴登其其克]

收稿日期：2021-02-01

作者簡介：肖鋒（1977—），男，四川仁壽人，吉林大學地球探測科學與技術學院副教授，博士，主要從事重磁勘探與古地磁學研究。