國家級一流本科專業建設背景下“重力與固體潮”課程建設的實踐與探索

摘要：“重力與固體潮”是防災科技學院面向地球物理學專業開設的一門特色專業課程。根據國家級一流本科專業人才培養目標，本研究對課程教學中存在的挑戰進行了分析，從專業特色教材、虛擬仿真實驗平臺、專業內涵和創新人才培養模式四個方面對“重力與固體潮”課程進行了建設，實現了該課程教學在深度和廣度上的提升。借以推動防災科技學院地球物理學專業國家級一流本科專業的建設，培養防震減災優秀人才。

關鍵詞：一流本科專業；地球物理學；重力與固體潮

加快一流大學建設，實現高等教育內涵式發展，培養高素質專門人才，是統籌推進“五位一體”總體布局和協調推進“四個全面”戰略布局，建成社會主義現代化強國，實現中華民族偉大復興的根本保障［12］。加強專業建設，是適應新時代對人才的多樣化需求，提升高校辦學質量的必然路徑。防災科技學院地球科學學院地球物理學專業成立于1975年，是學校首創專業，而且是全國唯一培養從事地震監測預測方面的應用型高級專門人才的專業。2022年，地球物理學專業獲批國家級一流本科專業建設點。為推進一流專業建設，必須全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人根本任務，并圍繞完善育人機制和嚴格教育教學過程管理，加強應急管理特色專業群建設的探索與實踐，提升專業內涵，以特色發展為引領，構建一流的人才培養體系。

一流專業建設發力點在課程建設，革新課程建設理念、推進課程改革創新勢在必行。因此，在課程建設中必須堅持高標準、高質量要求，著力打造一批具有行業特色、能夠引領專業發展、滿足學生個性化需求的課程。重力學是地球物理學的重要分支之一，該學科是根據觀測地球重力的變化來研究地球內部構造，尋找資源，并在地震前兆分析、災害預測治理方面發揮著重要作用。“重力與固體潮”是基于我校防災減災行業背景和行業特色開設的一門面向地球物理學專業本科生的專業核心課程。不同于其他院校開設的重力勘探方向上的課程，“重力與固體潮”是目前國內僅有的講授重力在地震監測方向應用的課程。該課程立足于行業特色人才教學體系，將重力、固體潮及其在地震監測方面的應用相結合。通過該課程的學習，不僅使學生掌握重力學基本理論，并在此基礎上掌握固體潮基本理論、重力固體潮觀測技術和分析方法，從而使學生具備應用重力觀測資料分析解釋有關地質現象、地球形狀與地殼結構、地震監測預測等能力。該課程立足應急管理事業發展，為培養具備從事地震監測、預測、預警、區域地震安全性評價和地震災害風險評估等工作能力的高級應用型人才做出了重要的貢獻。

以學生為主體、以產出為導向是國家級一流本科專業建設的潮流和基本要求。同時，高等教育的最根本任務是立德樹人，如何利用好高校課程主戰場、課堂教學主陣地，實現全員、全程、全方位“三全育人”大格局，是高等教育面臨的新課題。在此背景下，我們以“重力與固體潮”課程為對象，通過專業特色教材建設、虛擬仿真實驗平臺建設、專業內涵建設以及創新人才培養模式建設四種呈現方式，對課程建設進行了積極的研究和探索。

一、專業特色教材建設

教材建設是事關“兩個大計”的戰略工程、基礎工程。黨的二十大報告指出，要加強教材建設和管理，加快建設高質量教育體系，全面提高人才自主培養質量。教材是體現國家意志和國家價值、傳播社會主義核心價值觀、傳承中華優秀傳統文化的重要載體，具有鮮明的政治導向和意識形態屬性［3］。因此，建設契合國家教學大綱并且體現專業特色的教材，是高質量開展國家級一流本科專業建設的重要基礎。

盡管目前已有許多圍繞重力學的經典教材，如曾華霖教師編著的《重力場與重力勘探》［4］、吳慶鵬教師編著的《重力學與固體潮》［5］等。但在“重力與固體潮”課程關于固體潮尤其是地震重力測量部分的教學過程中，我們發現暫無適用于本專業、面向重力學在地震監測方向應用的參考教材。這對學生在系統學習和復習“重力與固體潮”課程時造成了諸多的不便。因此，課程組教師以我校地球物理專業人才培養方案為基礎，以培養地震監測預報高級應用型人才為目的，綜合前人經典教材，出版了突出專業特色的防災減災特色教材《地震重力測量》［6］。

《地震重力測量》教材從地球重力場的基本理論和重力異常概念出發，一方面介紹了現階段常用的重力測量儀器及重力測量方法；另一方面，還將內容延伸至地球固體潮的研究，重點介紹了地震重力測量的兩種方法——流動重力測量與臺站重力測量，并且詳細地論述了地震重力觀測技術及觀測資料的處理與分析方法，探討重力測量方法在地震監測預報中的應用。新教材的編寫將重力學領域最新的理論和方法納入其中，提高了課程教學的規范性和統一性，使“重力與固體潮”課程教學內容更加豐富與系統。

二、虛擬仿真實驗平臺建設

臺站重力測量是我國重要的地震前兆監測手段，也是“重力與固體潮”課程的重點教學內容之一。臺站重力測量是通過在選定觀測點上對重力加速度的定點連續觀測，來得到重力隨時間的變化量。觀測數據不僅包括反映彈性地球對日月引力響應的重力固體潮汐變化，還包含了構造應力變化、巖石彈性變化、地下密度變化及物質遷移引起與地震孕育有關的非潮汐變化。因此，臺站重力測量可為研究地殼、地殼運動及其與地震孕育發生的關系提供重要的數據來源［7］。

盡管組織學生前往地震臺站參觀學習是最理想、最直觀地了解臺站重力測量的方法，但是，一方面，地震重力觀測臺站使用的重力儀屬于精密貴重儀器，不適合教學拆解、安裝、調試；另一方面，地震重力觀測環境對溫差、氣壓、濕度、振動有嚴格的行業規范，教學活動極易對臺站重力數據的觀測產生干擾。為了讓學生能夠更好地對地震重力觀測場地選址建設與觀測環境維護、重力儀工作原理、重力儀標定等有較為真實的感受，使理論與實驗教學能夠有機地融合，本專業于2021年建設了“地震重力觀測站虛擬仿真實驗平臺”。

該平臺著重從實驗原理、實驗操作和實驗場景三個方面提高仿真度，力求讓學生在虛擬實驗環境中獲得真實的實驗操作體驗。首先，地震重力臺站選址建設、觀測山洞等建模素材原型來自天津薊縣地震臺；其次，在實驗操作上，強調以儀器實物建模，從外觀到配件規格最大程度地接近真實儀器，在儀器操作、考核方面嚴格遵循行業規范；最后，虛擬實驗數據也全部來自實體地震臺站的長期觀測數據并經過模型優化。

“地震重力觀測站虛擬仿真實驗平臺”通過虛擬仿真技術的應用，能真實再現地震重力觀測山洞場景，動畫模擬重力儀測量原理、重力儀的標定，并通過地震前兆重力臺站選址建設，重力儀設備的安裝、調試、重力數據日常處理的互動教學，使學生掌握地震重力觀測環境、重力儀工作原理、地震重力觀測數據處理等核心問題。再結合原有的重力儀操作和重力數據處理實驗課程，使學生從實體實驗和虛擬仿真兩個維度系統學習，提升學生的綜合實踐能力。

三、專業內涵建設

隨著國家全面實施高等教育“四新建設”和“雙萬計劃”，各高校不斷開展專業建設內涵式發展路徑的探索與研究。2012年，教育部頒布的《關于全面提高高等教育質量的若干意見》中指出“牢固確立人才培養的中心地位，堅持穩定規模、優化結構、注重創新，走以質量提升為核心的內涵式發展道路”。之后，黨的十八大首次把“內涵式發展”寫進了黨的報告，提出“推動高等教育內涵式發展”的要求。同時，在2017年黨的十九大報告也強調了“實現高等教育內涵式發展”，這為我國高等教育的發展以及建設高等教育強國樹立了明確的方向［8］。

“重力與固體潮”課程教學團隊緊緊圍繞立德樹人根本任務，提高人才培養質量，提升社會與行業服務質量，堅持中國特色，實現優秀文化的傳承。在教學過程中，我們積極實現全過程育人，正確塑造學生的人生觀、世界觀和價值觀，推動學生全方位發展。同時，我們還結合當今國情，堅持改革創新與時俱進，將課程內容及時更新，不斷適應國家的新時代新要求。例如，重力學在我國發展的最初目的是為了大規模進行石油、礦產等資源的勘探與開發，滿足國家發展的需要。經過數十年的發展，我國重力勘探的先驅者在觀測方法、儀器裝備、工作規程和數據處理及解釋等方面取得的進展，形成了具有我國特色的重力勘探系統，取得了巨大成就。這種“以獻身地質事業為榮，以艱苦奮斗為榮，以找礦立功為榮”的“三光榮”精神是地質勘查工作者長期艱苦奮斗的結晶，更是鼓舞和影響踏入地球物理專業的學子們的精神支柱與力量源泉。另一方面，近年來倡導的“綠水青山就是金山銀山”是習近平總書記統籌經濟發展與生態環境保護作出的重要論斷，為我們在新時代營造綠水青山、建設美麗中國，轉變經濟發展方式、建設社會主義現代化強國提供了有力思想指引。因此，在學習開展重力測量、進行礦產能源開發的同時，我們積極引導學生要注意自然生態系統的保護和恢復，提升生態系統質量和穩定性，以提升生態效益為主要目標，同時兼顧社會效益和經濟效益，實現人與自然和諧共生。

基于上述實例，我們將“重力與固體潮”課程中推進專業內涵發展，使學生不僅掌握了課程的知識點及其應用，而且讓學生感受到作為新一代地球物理人的責任感和使命感，將價值塑造、知識傳授和能力培養融為一體，激發學生愛國情和科學探索精神。

四、創新人才培養模式建設

專業建設與人才培養在教育實踐中交融統一的實踐之路本質上就是科研創新與教學的統一，兩者互促互補實現專業競爭力的快速提升［9］。而一流專業建設更是需要堅持以學生為本的核心理念，深入推進創新創業教育改革、重教學強科研，深化創新人才培養模式建設［10］。如何培養不僅具有扎實的專業知識，更具有較強的科研創新能力，以滿足高等院校、科研院所以及企事業單位需求的“精英人才”，已經成為高等教育人才培養的首要任務。

我校地球物理學專業本科生在大一和大二階段通常先學習通識和專業基礎課程，直至大三才開始學習“重力與固體潮”等專業核心課程。其中，主要集中于大三的專業課程不僅是學生對本科專業理論知識內容具體而深入吸收的重要學習階段，更是創新創業教育的基礎和依據。然而，一方面，我校地球物理學專業本科生在大三的專業課程學習任務較重，課余時間緊，學生沒有足夠的時間去了解獲悉學科前沿知識，從而導致其對科研創新認識不足；另一方面，科研工作需消耗較多的時間和精力，若將科研成果以論文、專利等形式產出，更是需要較長周期，而本科生在大三階段忙于專業課程，大四階段的主要精力又集中在考研、就職和畢業論文上，即使有指導教師的幫助，可能也無法及時完成科研成果的產出。針對上述問題，我們從課堂教學、項目參與和科研成果產出三方面進行了建設。

首先，在“重力與固體潮”等專業課程的課堂教學環節中，選取部分課程內容融入最新的科研成果實例，向學生展示地球物理學的魅力，并使學生從思想上產生對地球物理學專業課程的渴望，提高科研創新的積極性。另外，在授課時利用問題導向式教學方式，使學生在尋求解決問題的方法過程中，開展自主學習，組織興趣小組共同討論，培養學生通過查閱相關文獻資料獲取解決問題的能力。同時，在課堂中融入學生小組成果匯報環節，鍛煉學生PPT制作和匯報能力，從而增強學生對本專業的自信心，提高學生科研創新的意愿。

其次，我們還依托本專業學生社團“地球物理理論與實踐協會”，充分利用線下和線上資源，定期組織開展地球物理學前沿知識講座，并組織交流學習活動。這樣，學生感受到了科研創新實踐活動所帶來的樂趣，從而激發學生的創新意識，引導學生萌生參與科研創新活動的想法。鼓勵學生申請大學生創新創業項目或參與教師的科研項目，建立拔尖學生的科研訓練體系。

最后，從學院乃至學校層面，為學生提供高水平科研交流和實驗平臺。依托河北省地震動力學重點實驗室，選拔具有科研意愿的學生積極申請校級、省級大學生創新創業項目，并在指導教師的協助下，利用大二、大三充裕的時間，或將創新創業項目課題作為學生在大四期間的畢業論文題目，對科研成果進行凝練和產出，從而提高考研和就業競爭力。

結語

綜上所述，在國家級一流本科專業建設背景下，我們將人才培養作為課程建設的核心內容，積極構建適用于提高地球物理學專業本科生綜合能力的培養模式和評價體系框架。堅持以學生為中心，以地震監測預報高級應用型人才培養目標為導向，在課程以及專業建設的過程中樹立向高標準看齊意識和與時俱進的意識，使學生在學習中不僅能獲得基礎理論知識，更能拓寬視野，激發學生的創新精神和創新能力。

參考文獻：

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［3］譚方正.加快建設中國特色高質量教材體系的根本遵循、核心向度與實踐理路［J］.中國編輯，2023，162（06）：410.

［4］曾華霖.重力場與重力勘探［M］.北京：地質出版社，2005.

［5］吳慶鵬.重力學與固體潮［M］.北京：地震出版社，1997.

［6］趙曉燕，鄧淼.地震重力測量［M］.北京：地震出版社，2021.

［7］申重陽，祝意青，胡敏章，等.中國大陸重力場時變監測與強震預測［J］.中國地震，2020，36（04）：729743.

［8］關二旗，李萌萌，溫紀平，等.“雙一流”建設背景下行業特色高校傳統優勢專業建設與內涵發展——以河南工業大學糧油食品學科專業建設為例［J］.農產品加工，2023（13）：107110.

［9］倪亞紅，王運來.“雙一流”戰略背景下學科建設與人才培養的實踐統一［J］.江蘇高教，2017（02）：710.

［10］劉仁山.“雙一流”建設與新時代人才培養［J］.國家教育行政學院學報，2018（06）：5055.

項目：本研究由河北省自然科學基金項目（編號：D2022512007）和防災科技學院一流本科課程建設項目（編號：ylkc202301）資助

作者簡介：蘇暢（1989—），女，漢族，河南鄭州人，博士研究生，副教授，主要研究方向：地球內部物理學。