跨學科思維在地球物理測井課程中教學方式探索

謝偉彪 殷秋麗 張盼 馮程

摘要：為了培養高校學生專業素養和專業技能，許多教育工作者在探索不同的教學改革方法，以便更好地適應時代發展的需求和學生的需要。文章討論了運用跨學科思維進行教學改進在地球物理測井課程教學的重要意義，通過整合教學內容、數理推導訓練、跨學科融合思維訓練、開放研討訓練和成果應用導向訓練，培養學生的跨學科思維，提高其解決實際問題的能力。

關鍵詞：跨學科思維；地球物理測井；教學應用；教學方式

一、引言

許多學者通過探索翻轉課堂、合作學習理念、情境教學、案例教學等教學模式和教學方法，來提高學生的自主學習能力、學習參與度、創新實踐能力、批判思維及綜合能力，并取得了較好的教學效果。然而，不同學科、不同課程面臨的教學問題均不相同，需要不同的解決方案。

地球物理測井是地球物理學、地球科學和石油工程領域中一項重要的技術手段。地球物理測井課程作為地球物理、資源勘查和石油工程專業的一門核心課程，對學生的專業知識和實踐能力培養具有重要意義。該課程教學探索主要集中在課程共享平臺建設、教學設計優化、三維混合教學等方面。

然而，地球物理測井課程知識內容與其他學科交叉融合，如何將不同學科的知識融會貫通是教學的關鍵點，這就要求教師在教學中注重跨學科思維培養。目前，越來越多的學者和教育工作者認識到跨學科思維在教育中的重要性，為了培養學生的創新能力和解決問題的能力，他們引入更多的跨學科元素來嘗試教學改革。但是，在地球物理測井課程中尚且沒有學者提出具體的跨學科思維教學方式，所以探索跨學科思維的課程教學方式對提高地球物理測井課程的教學效果具有重要的現實意義。

本文研究了運用跨學科思維進行教學改進在地球物理測井課程教學中的重要意義，并在此基礎上，論述了課程改革的總體思路，以及整合教學內容、數理推導訓練、跨學科融合思維訓練、開放研討訓練和成果應用導向訓練等教學方式，總結了跨學科思維在地球物理測井課程教學中的有效性和局限性，為其他類似課程教學改進提供了新思路和新方法。

二、跨學科思維在地球物理測井課程教學中的重要性

隨著科技的發展，各學科之間的交叉融合已成為教學創新的源泉。培養學生的跨學科思維能夠幫助學生理解復雜的現實問題，發現不同學科之間的聯系，并運用多學科的知識和方法解決問題。

地球物理測井是在井眼中探測和了解地下情況的技術，涉及多個學科領域，包括地質學、地球物理學、鉆井工程和巖石物理學等。在傳統的教學過程中，這些學科知識往往被割裂開來，導致學生難以形成系統的知識體系和跨學科的綜合思維能力。因此，教師在地球物理測井課程教學中引入跨學科思維的教學方式，有助于培養學生綜合運用多學科知識解決實際問題的能力。

首先，地球物理測井課程知識涉及多個學科領域，跨學科思維的教學理念有助于學生準確理解不同學科知識在地球物理測井課程中的作用和關系，能有效提高學生的學習效率，如圖1所示。其次，在運用跨學科思維的過程中，教師需要不斷探索新的知識領域，不斷更新知識結構。再次，通過將不同學科的知識融合在一起，教師可以引導學生發現不同學科之間的聯系，調動他們的學習主動性和積極性。最后，在地球物理測井課程教學中，教師運用跨學科思維的教學方式能提高學生解決實際問題的能力和創造力，從而成長為具備跨學科思維的創新型人才。總而言之，教師在地球物理測井課程教學過程中采用跨學科思維的理念，對課程教學和人才培養具有重要意義。

三、地球物理測井課程中跨學科思維的教學方式

課堂教學是教學改革的主體，任何的教學改革最終都需要落到課堂教學具體內容中。由于地球物理測井方法課程內容具有交叉學科多、涉及內容廣且深的特點，在明確學科之間的交叉融合方式和內容下，教師采用跨學科思維優化課堂教學內容設置和結構，注重交叉學科基礎知識點的投放，帶動學生主動思考和探索，能培養學生多維度思維模式，從而多角度地分析、思考問題，養成跨學科思維和實踐處理能力。

課堂教學的總體思路包括五個方面。

第一，整體性。課堂教學要求學生能基本掌握和運用本專業的各種測井方法（電法測井、聲波測井、核測井），不能只注重某一方面。

第二，全面性。課堂教學既要面向勘查技術與工程專業總體教學方案，又要面向地球物理測井方向對人才的需求。

第三，重個性。由于學生本人的素質差異和興趣愛好不同，在創新性意識和綜合運用能力方面具有靈活性。

第四，強能力。全面提高每個學生對地球物理測井學科的整體認知和實踐能力。

第五，求創新。課程教學改革的創新是專業教學的基礎組成部分，創新課程教學方式是改善教學質量的有效手段。

在總體思路基礎上，主要教學方式包括五個方面。

第一，整合教學內容。教學設計需要明確不同的課程內容中學科之間的交叉融合方式，明確學科融合的課程內容深度，及相應內容的交叉學科基礎知識點。例如，在設計測井響應教學內容時，教師可以從物理學的角度解釋各種測井方法的原理，如電法測井、聲波測井等，然后結合地質學的知識，解釋這些原理在地層探測中的應用。

第二，數理推導訓練。地球物理測井方法課程屬于地球物理學科的基礎原理課程，涉及大量數學、物理的原理推導和推理。在教學過程中，教師要注重學生數理推導能力的培養和訓練。例如，在講解測井數據的處理流程時，教師通過數學模型描述地層性質，然后利用工程學的知識，介紹如何通過算法對測井數據進行處理，提取地層信息。

第三，跨學科融合思維訓練。課程學習中需要各交叉學科融合，既要拓展學生各學科的基礎知識，又不能偏離課程的主線。在教學過程中，教師將科研項目引入課堂教學，讓學生參與實際的科研工作，解決實際問題。例如，在講解油氣藏測井評估時，教師可以將巖石物理中多孔介質特點和地質學中的沉積知識結合起來，引導學生探索利用實際測井理解油氣藏在地下形成和分布的特點。

第四，開放研討訓練。地球物理測井方法課程具有范圍寬、難度大的特點，如果教師只靠課堂教學，那么教學效果不太理想。設計針對性的開放研討教學內容是激發學生興趣和自主學習的較好的方式，針對一些難度較大的知識點，教師可以安排開發研討課程教學，讓學生以理論知識為基礎，自主調研學科方向的前沿文獻，發揮自身特點和優勢，創造性開展研討教學所設置的問題，徹底激活學生在測井學科方向的跨學科思維模型。開放研討訓練既可以培養學生調研文獻解決問題的能力，又能激發學生興趣，加深對基礎課程知識的理解。例如，教師可以提供一些實際的測井數據，讓學生利用物理學、數學和工程學的知識處理和分析這些數據，提取地層信息，判斷地層的性質。

第五，成果應用導向訓練。地球物理測井課程隸屬于工科課程，工科通常以培養創新應用型學生為目標，因此本課程教學方法以成果應用為導向，培養學生應用和創新能力，從而達到專業培養目標。例如，在講授測井測量方式時，教師通過網絡媒體、視頻等方式，讓學生直觀了解測井施工現場，理解課堂知識如何應用于現場工作。

四、跨學科思維在地球物理測井課程教學中的優勢和面臨的挑戰

跨學科思維在地球物理測井課程教學中具有明顯的優勢，它可以更好地整合不同學科的知識，幫助學生建立全面的知識體系，也有助于培養學生的綜合素質，使他們能夠更好地理解和應用地球物理測井技術，提高解決實際問題的能力。

盡管基于跨學科思維的地球物理測井課程教學改革取得了一些進展，但仍存在一些挑戰。

第一，跨學科思維要求教師具備廣泛的知識背景，但在某些特定領域。

第二，地球物理測井課程需要學生具備較為扎實的基礎知識。對一些基礎薄弱的學生來說，跨學科思維導致他們難以理解和掌握課程內容。

第三，跨學科思維需要教師充分考慮不同學科知識的融合。這增加了課程設計的難度，需要教師具備較高的教學能力和經驗。

五、結論

由于地球物理測井課程知識內容的特殊性和復雜性，教師在地球物理測井課程教學過程中采用跨學科思維進行教學改進，對課程教學和人才培養具有重要意義。

教師在地球物理測井課程中采用跨學科思維的教學方式，有助于提高學生的學習效果和創新能力。通過整合教學內容、數理推導訓練、跨學科融合思維訓練、開放研討訓練和成果應用導向訓練等，教師可以培養學生的跨學科思維，提高學生解決實際問題的能力。在未來的教育中，教師應進一步推廣跨學科思維的教學方式，以培養更多具有創新精神的高素質人才。

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基金項目：中國石油大學（北京）克拉瑪依校區教改項目課題“分形與跨學科思維的勘查專業核心課程‘地球物理測井方法教學實踐研究”，項目編號：JG2023011；中國石油大學（北京）克拉瑪依校區教改項目課題“基于應用型人才培養的《油氣地球物理測井工程》課程教改探索”，項目編號：JG2023017；新疆維吾爾自治區自然科學基金“多分量隨鉆電磁波測井智能遠探測方法研究”，項目編號：2022D01B140；新疆維吾爾自治區天池英才人才項目“致密砂巖低飽和度油層成因機理及儲層評價方法研究”。

（作者單位：中國石油大學<北京>克拉瑪依校區）