地球物理勘探課程創新教學方法與實踐

吳海波，胡雄武，姬廣忠，黃艷輝

（安徽理工大學 地球與環境學院，安徽淮南 232001）

1 地球物理勘探課程創新教學的背景

關于“金課”的標準，2018年11月，教育部高等教育司司長吳巖在第十一屆“中國大學教學論壇”上提出了“兩性一度”的“金課”標準，即高階性、創新性、挑戰度。因此，對標“金課”的“兩性一度”標準，要打造一門真正的“金課”，落實到日常的課程教學中，要求必須堅持以學生為本，創新教學模式、方法，豐富教學內容與活動，營造寓學于樂的課堂教學氛圍，充分利用現代信息技術手段，全面開展課程改革和教學創新[1,2]。

地球物理勘探是地質工程專業一門必修課程，屬于地質工程學科的主干課程，經過多年的建設，課程體系已趨于成熟穩定。課程旨在通過課程教學，讓學生掌握地球物理勘探的基礎理論知識和基本技能，了解現階段地球物理勘探的新技術與新方法，培養學生針對地質勘探領域的工程實際問題進行分析、計算、歸納、總結，并提出初步解決方案的能力。然而，對標“金課”的“兩性一度”標準，發現在之前的課程教學過程中存在以下幾點問題：

（1）課程教學模式創新不足。以傳統的“教師講、學生聽”為主，制約了教學效果的提升；課程教材和相關教學參考書使用年限較長，內容雖具有普適性，但偏向于基礎理論，實踐教學內容更新遲緩，時效性不足；此外，課程教學的行業背景和特色不夠凸顯。

（2）課程教學活動設置少、形式單一。未與近年來開展的“創新杯”全國大學生地球物理競賽等學科競賽接軌，且對“大學生創新創業大賽”“挑戰杯”和“互聯網+”等大學生課外創新活動的支撐力度不足。

（3）課程的在線學習平臺建設不夠完善。對全時段、全方位的課程在線學習支撐力度不足；且教師對在線學習平臺各模塊的運用不充分，對課程學情了解不足，僅依靠時間有限的課堂教學環節了解學情。

（4）課程考評方式仍以傳統的閉卷考試和課后作業為主要手段。未涉及對實踐和創新能力進行考查；課程考評和學情統計數據的樣本類型局限，可研究性差，難以有效服務于學生創新能力的培養。

因此，針對上述課程教學中面臨的問題，對標“金課”標準，亟待從教學模式、教學內容、教學方法、教學活動和課程考評等方面，開展地球物理勘探課程教學改革與創新，以進一步提升課程的教學效果，服務于新時代創新型地學人才的培養[3]。

2 面向課程的創新教學方法與實踐

2.1 打造學生為主角的課程教學模式

（1）改變“教師講、學生聽”的傳統教學模式，打造以學生為主角的課程教學模式。教師通過在課堂教學環節中增加引導性的提問和互動，提升學生發現和理解問題的能力[4,5]。

在講解本課程第三章第一節“巖石電阻率的影響因素”內容時，設計“環環相扣”的教學內容講授模式，主要采用啟發式教學手段，以思考日常生活中常見物質的導電性為切入點。根據學生的回答設置下一環的提問，引導學生進一步思考“這些物質中哪些又是組成巖石的常見物質”這一問題，同時啟發學生回顧礦物巖石學課程中涉及的相關知識點內容，引導學生舉一反三，再思考“除了組成物質，還有巖石的哪些特性會影響其導電性，如何影響”等一系列的問題。

整個教學模式的設計如圖1 所示，教學內容的講授過程與學生的學習不再是被動方式，而是遵循“疑問—思考—回答—再思考—拓展—總結”的主動模式；教師則采用“引導—反問—啟發—聚焦”等手法，鼓勵學生結合實際生活、結合先前所學內容去發現、思考，從而變被動為主動，牢固掌握課程的教學內容。

圖1 學生為主角的教學模式設計思路

（2）選取熱點問題作為討論、辯論的主題，開展豐富的教學活動。

在講解本課程第四章第一節教學內容“地震波的類型”時，引入日常生活中接觸的天然地震案例，引導學生圍繞“哪種類型地震波破壞力最大”這一主題展開討論，根據討論結果進一步劃分辯論的正、反方組，圍繞“為什么？”展開辯論。

通過設置討論、辯論兩個環節，讓學生主動出擊，去發現問題和現象，去思考問題和現象背后的規律和本質；通過結合地震災害的實際情況，立足學生討論、辯論形成的觀點和結論總結歸納，并進一步深入剖析地球物理問題背后的本質和規律，從而通過豐富多彩的教學活動提升學生對重要知識點的掌握程度，使其寓學于樂、善于發現并勤于思考[6]。

2.2 以具體問題引出課程教學內容

以黃大年同志的先進事跡為抓手，在課程教學中有機融入勘探精神和家國情懷[7-9]。再以日常工作生活中的現象和問題為著陸點，引導學生觀察生活中的事物或現象，發現其背后的規律，以此引出課程的教學內容，讓學生通過課程內容的學習理解問題的本質，并能夠嘗試解決問題[10]。

在講解本課程第四章第三節“地震勘探中的有效波與干擾波”的相關教學內容時，以放鞭炮的例子作為教學內容的切入點；通過引導學生回憶“為什么先看見鞭炮閃，后聽到鞭炮聲”這一現象，思考這一現象背后的本質，從而引出聲波傳播的規律和特征。進一步以聲波傳播的規律和特點，引導學生再思考“聲波在地震勘探中是有效波還是干擾波？生活中采用過哪些辦法降低聽見的鞭炮響聲？”兩個問題，每一步都緊扣學生的回答，類比引出地震勘探中聲波干擾的壓制方法。

通過案例的歸納和總結，揭示放鞭炮這一生活中常見的例子與“地震勘探中干擾波的類型與壓制”課程教學內容的共性，搭建課程教學內容與生活中各種現象和問題之間的橋梁，從而以生活中的現象和問題為著陸點，支撐課程理論知識的教授與拓展。

2.3 以學科競賽為素材，激發教學創新，革新考評方式

（1）將學科競賽的素材融入課程教學內容中，開展競賽模擬等教學活動，培養學生課程學習拓展能力，以及參加學科競賽的興趣，為“創新杯”全國大學生地球物理知識競賽選拔優秀的參賽選手[11,12]。

在“超星爾雅學習平臺”的“活動”模塊中，從歷年的“創新杯”全國大學生地球物理知識競賽的試題中選取緊扣課程教學知識點的試題，構建隨堂練習題庫，依托信息化教學開展隨堂測驗活動。并基于此，采用“超星爾雅學習平臺”的“統計”模塊，科學系統地統計出學生對相關教學活動的參與和得分情況，剖析理論知識點的掌握情況。通過建立競爭機制，并基于統計數據綜合考評，為大學生地球物理知識競賽選拔優秀的參賽選手。

與此同時，堅持與時俱進的教學思想，通過分析每年競賽的選題內容和特色，把握學科和專業領域的最新動態與發展方向，以此為參考，及時更新教學內容和隨堂測驗題庫，讓課程教學內容在源頭上生動起來，通過課程的學習，引導學生了解專業領域的前沿知識（如圖2 所示）。

圖2 以競賽題材激發教學創新

（2）基于隨堂測驗、主題討論等教學活動的動態數據，實現課程學情的實時監測預警，并依托監測數據的統計與分析，革新傳統考評方式[13]。

基于“超星爾雅學習平臺”的“統計”模塊實時跟蹤監測課程在線的學情，依托“統計”模塊設置各環節的考核權重，直接給定量化分值或百分比。與此同時，在課程教學周期內，學生可通過“超星爾雅學習平臺”查看個人和整體的學情，調整學習計劃，以此促進競爭機制的形成。

另一方面，根據“統計”模塊中的動態得分，從整體和個人兩個角度剖析課程的學情狀態，及時調整教學進度和側重點，同時依據個人數據的分析，找準課程教學周期內的薄弱環節，對學習狀態不良、進度慢、效率低的學生進行預警。課程考評階段，將“超星爾雅學習平臺”的“統計”模塊的數據作為課程日常考評的主要依據（如圖3 所示）。

圖3 基于超星平臺的學情監測、預警與量化考評

3 課程創新教學成效與展望

3.1 在線課程建設與推廣

課程基于“超星爾雅學習平臺”搭建在線學習平臺，將現代信息技術與課堂教學積極融合，融入了“創新杯”全國大學生地球物理知識競賽的素材，依托“活動”模塊建立隨堂測試題庫。從近兩年的統計數據來看，學生線上課程學習的參與度顯著提高，學習的時間維度明顯拓寬；依托課程學習內容的知識點拓展，顯著提升了學生的創新和實踐能力。同時，借助“統計”模塊的實時監測數據，成功對多名學情不良的學生實施動態跟蹤監測與預警。

課程的在線學習平臺還同步對地質資源與地質工程學術型碩士和資源與環境專業型碩士點招收的非地質類專業的研究生開放，為部分跨專業研究生快速高質量地掌握地球物理勘探的理論和方法，提供了高效、靈活、便捷、理想的學習環境，依托平臺的拓展訓練，可促進其進一步提升科研創新與實踐能力。下一步，課程的在線學習平臺將計劃對兄弟院校開放，并嘗試開展聯合建設等活動，實現優勢互補。

3.2 宣傳大學生學科競賽

基于“超星爾雅學習平臺”的“活動”模塊，融入部分“創新杯”大學生地球物理知識競賽的試題元素，輔以課程教學周期內的宣傳，使得學生對“創新杯”大學生地球物理知識競賽產生了濃厚的興趣。近3年，學校地球物理知識（選拔）競賽報名參賽人數逐年增加，地質工程專業報名人數占比持續走高。

不僅如此，2019年度校內選拔賽期間，地質工程專業16-1 班某生因成績優秀，被推薦參加“創新杯”大學生地球物理知識競賽，打破了之前幾屆一直由勘查技術與工程專業學生代表參賽的慣例，充分體現了以學科競賽為素材激發地球物理勘探課程創新教學取得的顯著成效。

3.3 教學團隊打造與優化提升

課程經過近3年的創新教學與實踐建設，目前形成了3 名副教授主講教師為主力，一老一新兩名教師為指導和輔助的優勢教學團隊，團隊的年齡結構、研究方向和學緣結構等均得到了調整與優化。近兩年，課程已完成小班化、信息化教學等多方面的改革，完成了在線學習平臺和試題庫建設，地質工程專業通過了工程教育認證[14]。

團隊主講教師以課程的創新教學與實踐為背景，通過消化吸收課程創新教學成果和經驗，積極參加各類教學競賽，先后獲得“全國大學青年教師地質課程教學比賽”一等獎和三等獎各1 項；校級青年教師教學比賽二等獎和三等獎各1 項；同時，以各類教學比賽為契機，觀摩優秀教學團隊和教學名師的公開課，汲取創新教學理論與經驗，并加強與國內優秀教學團隊的合作交流，實現了以賽促教和團隊教學水平的全面提升。

3.4 課程持續改進與展望

當然，對標“金課”的“兩性一度”標準，上述的教學改革措施與創新實踐方法仍顯不足，地球物理勘探課程距離“金課”仍存在顯著差距。因此，堅持在教學方法和教學內容上持續優化，在教學活動和教學手段上進一步豐富拓展勢在必行；通過持續的改進與創新，提升教學內容的創新性，讓地球物理勘探課程一步步向著“金課”的標準邁進。