淺談地球科學專業留學生的思政教育

摘" 要：地球物理反演是利用地球內部的電場、磁場、重力場的變化來反演地下電導率、磁化率、密度等地球物理參數，是一門應用十分廣泛又有一定難度的學科。在教學過程中，教師要做好學生心目中的“好老師”，通過語言和行為等方面的表達傳遞自己的思想，積極將中華優秀傳統文化與地球科學的結合，了解中國的信仰，實現思政教育，讓留學生真正認識到科學研究不僅僅是理論知識與實踐的應用，也不僅僅是為了發表論文和得到經費資助而進行科學探索活動，更應該具有人文關懷和社會責任意識，以及為國家、民族利益服務的情懷。

關鍵詞：地球物理反演；思政教育；留學生；地球科學

中圖分類號：G642" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1673-7164（2025）08-0023-04

隨著全面發展的教育理念的成熟以及留學生對中國認知欠缺問題的日益顯露，如何正確地將思政教育融入所學的知識傳授給學生，變得越來越重要。思政教育的建設離不開思政課程的改革創新。思政課程以馬克思主義理論作為指導，從宏觀上闡述了中國共產黨的發展歷程與未來規劃，對一些重要的國家政治制度和政黨組織做了詳細解說。不僅能夠更好地提高學生綜合素質，幫助留學生適應留學生活，提升自身綜合能力水平；還可以幫助留學生更加深入地了解中國國情和文化特色，學習其他國家先進的政治制度和政黨組織思想，加強對中國政治制度和政治意識形態的認識與了解。中國共產黨成立一百年來創造了光輝的歷史進程，創造并取得了許多偉大的奇跡與成就，成功走出了一條中國特色社會主義道路。新中國成立后，特別是改革開放以來，黨領導人民在前進道路上進行自我革命，不斷奪取新的勝利，取得了舉世矚目的成績，并且還正帶領著中國人民朝著實現民族獨立和國家富強的道路不斷邁進。思政教育要讓留學生在學習中意識到中國是崇尚艱苦奮斗的、堅持幸福是自己奮斗出來的，將中國最新的思想理念傳遞給來中國求學的留學生，與時俱進地與全世界各國友人交流學習。

一、思政教育對地球物理反演的重要性

留學生的交流學習不僅僅包括知識的學習交流，更應該包含穿插其中的思政教育，只有這樣才能讓留學生真正地體會中國文化、中國精神。這也是中外留學生在學習交流中應該具備的基本素質和精神。

思政教育的建設是一個多方面發展的過程。首先，教師和學生是課堂上的主要成員，要想讓學生對所學的地球物理反演課程產生濃厚興趣，教師要注重激發學生學習動機，以此讓學生主動地融入各個環節中，達到事半功倍的教學效果。［1］其次，我國有著悠久的歷史和燦爛的文明，是世界上唯一一個沒有中斷過文明歷史的國家，要想了解中國文化和中國精神，就要先了解中國歷史，了解中國古代有多少偉大的思想家、政治家、文學家、科學家，在他們所處的那個時代做出了多少非凡的貢獻。例如，儒家思想是中華民族發展繁榮的最基本也最重要的思想之一?！渡袝分小拔┮箬b，勤民修身”“惟楚有材，于斯為盛”很好地概括出了中華民族的精神內核。最后，在學習中國傳統文化知識時應注意其中包含的愛國精神和民族精神，這是中華民族的優秀品質。例如古有“以義制利”“人不為己，天誅地滅”這樣一種理念；《論語》中更是有“一個人可以在物質上貧窮清貧，但決不能在精神上貧乏無聊”的思想。這些都是對中華民族思想的最好闡釋。正是因為中國擁有這些悠久燦爛的歷史文化，才能沉淀出如此博大精深的民族精神和民族性格，成就了世界上唯一一個從未中斷過文明歷史并一直延續至今的民族。

文章基于地球物理反演來闡述包含在其中的思政教育形式。地球物理反演是在地球物理學中利用觀測到的物理現象反推地球內部介質的物理狀態的空間變化以及物性結構的一個地球物理學分支。一般情況下，地球物理學分為固體地球物理學和勘探地球物理學兩部分，核心問題是解決如何根據觀測信號推導地下與信號相關的物理狀態，如電導率、磁化率，密度和地震波速度等。該問題的求解需要借助地球物理反演來實現。通俗地說，地球物理反演研究是各種地球物理方法中反演問題所對應的共同數學物理性質以及解估計的構成和評價方法。歷史上早期對地球物理反演的研究可追溯到我國東漢，東漢科學家張衡是從事地球物理反演的先驅。西方受到物理學和地質學發展的推動，牛頓根據萬有引力定律推測地球密度，開爾文研究地球的彈性和熱傳導等都是對地球物理反演進行的初步研究。

二、思政教育與地球物理反演教學的融合

反演是一種相當普遍的手段， 貫穿于整個科學實踐中， 如醫學層析成像、圖像增強、曲線擬合、因子分析、衛星導航、利用干涉法測繪宇宙射電源、利用X射線衍射分析分子結構等。［2］地球物理反演的出發點是描述地球內部發生的物理現象所滿足的數學物理方程，比如偏微分方程、運動方程和場方程等。地球物理研究是對地球觀測數據、模型和約束條件做準確的數學描述，并根據數學物理方程推導出可以在計算機上快速實現的準確的、穩定的算法，進行某種物理不可實現過程的計算機“仿真”的研究。地球物理反演的研究不僅涉及地球物理學、應用數學，還與信息科學、計算機科學發展有關。反演問題是從已知結果及其一般原理或模型出發，確定表征問題特性的基本參數或模型參數的過程。反演問題則是相對正演問題而存在的，主要包括三個方面。［3］

1. 解的適定問題：包括解的存在性、唯一性和穩定性。

2. 反演問題的求解方法。

3. 反演問題的解的評價。

反演問題解的存在性、唯一性與反演問題的數學確定性有關，而反演問題解的穩定性與反演問題的物理確定性、求解方法有關。

反演問題的求解方法可以分為兩大類：線性問題和非線性問題。線性反演理論與方法以下幾種。

（一）反演問題線性化

常用的有兩種方法：包括參數代換法和Taylor級數展開法。

1. 參數代換法：通過參數代換，將非線性方程線性化；

2. Taylor級數展開法：將模型函數在m處按Taylor級數展開，取一階項，將方程轉化為線性方程：

（二）長度法

求解線性反演問題的最簡單方法是以長度的度量為基礎。測量長度可以用不同的度量，如引入矢量的模作為范數來度量，包括L1范數、L2范數和Lp范數，分別對應線性規劃、最小二乘法和P范圍分析。

（三）廣義反演法

基于廣義逆矩陣建立的線性反演法定義為廣義反演法。廣義矩陣是矩陣G在常規意義下的逆的推廣，用G-g表示，滿足Penros四個條件：

（四）B-G反演法

由G.Backus和F.Gilbert在20世紀60—70年代創建來討論連續介質的反演理論，包括以下兩部分。

1. 在連續介質情況下，處理數量有限且有誤差的觀測數據，即在一定的條件限制下求取一個解釋人員可以接受的最優解。

2. 在連續介質情況下，解決反演的唯一性，提取非唯一解中真實的模型信息，包括模型信息的平均值，平均函數以及分辨率。

考慮目標函數：

其中θ為折中參數，cosθ和sinθ分別表示分辨率和方差的加權因子。

大多數地球物理問題都是非線性問題，非線性反演問題可以有效地減少解的非唯一性，盡量避免在反演迭代過程中陷落目標函數的局部極小，因而可以提高分辨率和增強反演的地質效果。非線性反演方法主要包括梯度法、試湊法、蒙特卡路法、人工神經網絡法、模擬退火法（SA）、遺傳算法（GA）、多尺度反演法（MSI）、區間算法（IA）以及粒子群算法（PSO）等。

三、地球物理課程加強思想政治教育的重要作用

（一）加強思政教育對自身素質的指導作用

地球物理反演展現了科研工作者實事求是、慎小慎微以及堅持不懈的優秀品質。通過各種數學方法來獲得地下真實的地質模型；尋求各種辦法減小誤差，避免結果的非唯一性。這與中華民族的艱苦奮斗精神一拍即合。結合課堂知識，以地球物理反演工作為媒介，可以向留學生傳遞腳踏實地，胸懷全球的科研理念，發揚優秀中華傳統文化。

“以數學為工具，以全球的視野看問題”。在這個世界上有很多不同國家的人，來自各個民族、各個國家，由于文化上的差異，形成了各種各樣不同的表達方式。學會尊重、胸懷全球、理解不同。隨著全球化趨勢的加強，人類命運共同體的建設，未來會有更多關于國際事務和全球化發展的內容融入教學課堂，只有站在國際視野下，看待中國的發展，才能更好地把握這個世界的發展。加強對留學生的思政教育，應該包括對于學業規劃的教育；提高他們對自己留學目的國家、留學時間以及個人未來學習規劃的了解；給予他們在與人相處中尊重、鼓勵和支持，不僅是在幫助他們選擇適合自己的發展方向，更是為他們樹立起一個為之奮斗終身的目標和人生信仰。留學生是一個特殊群體，重視留學生學業規劃的思政教育，引領學生清楚自己將來要干什么以及未來想成為什么樣人，引導學生在與人相處時更多地關注別人所想、所做以及對他人有什么需求和貢獻，幫助學生更好地融入社會與學習知識同樣重要。這樣的思政教育可以宣傳和推廣中國文化中與留學生活體驗相關的內容，讓廣大留學生深入了解中國文化與歷史，理解中國精神。

（二）加強思政教育對國家發展的引領作用

“十三五”期間，我國全面實施深地探測、深海探測、深空探測戰略，在三深領域躋身世界先列，深地礦產能源開采、深海資源探測，深海裝備取得重大突破，為實施海洋強國戰略提供了堅實的科技支撐。地球物理問題的解決與這些戰略的發展息息相關，其中地球物理反演更是重中之重，培養和引進地球物理學領域的人才，成為一個亟須解決的嚴峻問題。推進思政教育建設，增強留學生對中國政策的了解和認同感，提升中國國際影響力，更好地促進中國未來發展。

現階段，中國科學家將繼續開展深地資源勘查開發戰略研究和技術儲備工作；建設一批國際領先的工程研究中心；建設一批國內領先的深海基地；積極參與國際深海前沿科學計劃；在地球系統多圈層相互作用等重大國際地區問題上發出中國聲音、提出中國方案。未來，我國將在深海海底區域部署一系列深空探測設備，推進一系列深空探測計劃，建立一個“深地”探測科學試驗體系。到2020年，我國將開展載人深空探測、月面無人探測器和地外天體著陸/著陸戰略（“天問一號”）三大工程的研制工作。目前我國正在研究的深空探測主要包括月球和火星探測器、載人登月、空間實驗室、北斗衛星導航系統、北斗三號全球組網等一系列工程項目。“天問一號”載人飛船預計2020年下半年發射升空。我國探索太陽系外太空環境下的生命跡象，開展行星形成動力學研究，在太陽系小天體系統及其空間環境方面取得重大突破。我國將通過發展高分辨率對地觀測系統（Landsat）、新一代中紅外空間目標與天文觀測設備以及空間科學衛星計劃等重大項目的實施，在未來十年使我國在深空探測領域取得實質性突破。我國還將大力推進月球與火星探測計劃的實施，以嫦娥四號月球探測器及深空探測實驗衛星為牽引，帶動月球空間站、火星飛行器以及其他深空探測設備裝備研制的全面突破。這些項目的重大突破，將使中國迎來深地資源開發的重大戰略機遇期和發展黃金期，建立國際領先的深地資源勘查開采技術體系和開發利用體系。而這背后一系列的地球物理問題的研究需要大量地球物理相關人才的加入。因此，為促進該領域發展，中國需要不斷招賢納士，遵循急需人才且善待人才的原則，從思政教育出發，讓留學生了解中國的國家政策和內核，提高留學生的學習動力和留學的認同感。

（三）加強思政教育對中國特色社會主義的弘揚作用

在進行地球物理反演的科研工作中，一個人可以走得很快但沒有一群人走得遠，團結協作才能擁有更加廣闊的天空，這也與中國特色社會主義中的集體主義內涵一致。中國共產黨的誕生、發展，以及中國特色社會主義制度在中國扎根、成長、壯大，都離不開集體思想的指導。共產主義是集體主義的核心。［4-5］這些理論學說在特定歷史條件下運用到中國社會，為中國革命和建設服務的思想。它是在對俄國社會主義革命實踐經驗進行深刻總結后形成的。將其帶入留學生思政教育中去，讓學生在地球物理反演的科研工作中，了解合作共贏的深刻內涵，了解每個人都是集體的一分子，集體的力量是無窮的，不能沒有團隊精神，一個人再強大也不能帶領整個團隊走向勝利，這也是中國特色社會主義所堅持的，有利于哲學社會科學的建設和社會主義的傳播。為在世界上高舉中國特色社會主義偉大旗幟，實現人類命運共同體打下堅實基礎。

四、結語

通過將思政教育同地球物理反演相結合，可以在傳授地球物理反演知識的同時，結合地球物理反演的特點給留學生傳遞中華民族團結合作，勤奮踏實和善良友愛的優良傳統，向世界傳遞中國的心聲。能夠有效傳播中國對地球科學的重視與期盼，推廣中國在深地、深空以及深海這“三深”戰略上給予的政策和厚望，讓留學生意識到自己所學專業未來前景倘然，提前規劃自己的求學之路，建立自己的人生目標，具備實現人生價值的動力與希望。通過思政教育了解中國的基本國策和社會主義法治精神，對完善留學生的人生觀、價值觀和世界觀具有一定幫助，對留學生以后在中國的發展具有指導性作用。

經過以上的教學實踐，結合文章提出的教育思政方法可以讓留學生更加清晰地認識到中國精神的內核，了解共產主義的信仰以及中國的發展趨勢和方向，進一步完善自己的中國求學規劃，傳播中國理念，中國精神以及中國態度，為進一步吸引優秀留學生奠定基礎。

參考文獻：

［1］ 李成. 地球物理反演課程教學中提高學生學習興趣的實踐［J］. 科學咨詢：教育科研，2022（06）：102-104.

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［3］ 王家映. 地球物理反演理論［M］. 長沙：中國地質大學出版社，2005：82.

［4］ 歐東新，李靜和. 《地球物理反演》課程教學中提高學生學習興趣的實踐［J］. 高教學刊，2018（08）：90-92.

［5］ 王占剛，苑春方，楊瑞召. 對改進地球物理課程實踐教學的探究［J］. 長春教育學院學報，2016，32（03）：45-47.

（責任編輯：邵秋露）

基金項目：湖南省科技創新計劃項目“地質資源與地質工程”（項目編號： 2021RC4055）。

作者簡介：任政勇（1983—），男，博士，中南大學地球科學與信息物理學院教授，研究方向為電磁勘探正演與反演；潘克家（1981—），男，博士，中南大學數學與統計學院副院長，教授，研究方向為偏微分方程數值解法及應用。