地質(zhì)-地球物理復(fù)合專業(yè)測(cè)井教學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)與探索

譚茂金，鄒長(zhǎng)春，徐敬領(lǐng)，景建恩

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球物理與信息技術(shù)學(xué)院，北京　100083

地質(zhì)-地球物理復(fù)合專業(yè)測(cè)井教學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)與探索

譚茂金，鄒長(zhǎng)春，徐敬領(lǐng)，景建恩

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球物理與信息技術(shù)學(xué)院，北京100083

摘 要：近年來(lái)，針對(duì)復(fù)合專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，一些地質(zhì)高校開辟了地質(zhì)-地球物理復(fù)合專業(yè)。由于學(xué)時(shí)少，內(nèi)容多，如何有效地開展測(cè)井教學(xué)是一個(gè)值得研究的課題。該課題以地質(zhì)-地球物理復(fù)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)需求為準(zhǔn)則，合理安排教學(xué)內(nèi)容和設(shè)置教學(xué)計(jì)劃，開展教學(xué)方法和教學(xué)技術(shù)的探索。研究了比較、類比、導(dǎo)入與歸納等教學(xué)方法和“黑板演繹+多媒體+儀器與圖件+實(shí)例探究”的“多合一”教學(xué)技術(shù)。通過(guò)課上發(fā)問(wèn)、課后作業(yè)、期末考試來(lái)檢查教學(xué)效果，最終形成一套面向復(fù)合專業(yè)學(xué)生的知識(shí)面寬、聯(lián)系有機(jī)、特色鮮明、富有張力的課程教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)課程的教學(xué)互動(dòng)與教學(xué)相長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)-地球物理復(fù)合專業(yè)；教學(xué)方法；教學(xué)效果

針對(duì)國(guó)家對(duì)復(fù)合型地學(xué)人才培養(yǎng)的迫切需求，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)等地質(zhì)院校近年來(lái)設(shè)立了地質(zhì)-地球物理復(fù)合專業(yè)，旨在培養(yǎng)利用地球物理理論與技術(shù)開展地質(zhì)理論研究、礦產(chǎn)勘查以及地球深部探測(cè)等跨學(xué)科科學(xué)研究的創(chuàng)新人才[1]。

地球物理測(cè)井是應(yīng)用地球物理的一門重要學(xué)科，也是井中地球物理中不可或缺的重要勘探手段[2]。為此，“地球物理測(cè)井”一直是地球物理學(xué)(勘查技術(shù)與工程）、礦產(chǎn)普查與勘探以及石油工程專業(yè)的必修課程，其教學(xué)內(nèi)容包括測(cè)井方法理論、儀器、解釋理論與應(yīng)用[3]。所有石油院校均開設(shè)測(cè)井原理、測(cè)井儀器、測(cè)井解釋等三門課程，地質(zhì)院校開設(shè)測(cè)井原理、測(cè)井處理與解釋，有的院校將“測(cè)井原理與解釋”合并為一門課程。然而，這些課程的教學(xué)主要面向油氣能源的需求，圍繞油氣測(cè)井和儲(chǔ)層解釋應(yīng)用。新設(shè)立的地質(zhì)-地球物理復(fù)合專業(yè)不僅要面向針對(duì)油氣資源的勘探和其他礦產(chǎn)資源勘探(如金屬和非金屬測(cè)井），而且要面向其他領(lǐng)域科學(xué)研究的需要，如大陸科學(xué)鉆探測(cè)井工程、地震科學(xué)鉆探測(cè)井工程以及針對(duì)氣候、環(huán)境、海洋等的科學(xué)鉆探等，這些領(lǐng)域的科學(xué)研究需求對(duì)于測(cè)井教學(xué)與研究提出了很大的挑戰(zhàn)[4]。而且，由于課時(shí)少，內(nèi)容多，照搬原有的、針對(duì)石油勘探開發(fā)的測(cè)井教學(xué)方法已經(jīng)不能滿足需要。

為此，迫切需要對(duì)復(fù)合專業(yè)的“地球物理測(cè)井”教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)技術(shù)開展設(shè)計(jì)、整合與優(yōu)化。通過(guò)此項(xiàng)研究，教學(xué)內(nèi)容要圍繞上述需求和特點(diǎn)合理設(shè)計(jì)，教學(xué)方法和教學(xué)技術(shù)要能夠滿足課程內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少、范圍寬的教學(xué)工作，能夠有效地提高教學(xué)質(zhì)量。當(dāng)然，這個(gè)教學(xué)研究對(duì)于拓展測(cè)井學(xué)科的應(yīng)用領(lǐng)域，培養(yǎng)地質(zhì)-地球物理復(fù)合型人才更好地服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各項(xiàng)事業(yè)具有重要意義。

一、 課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

地球物理測(cè)井是在鉆孔中進(jìn)行的各種地球物理勘探方法的總稱。測(cè)井的研究對(duì)象是井眼周圍的地層，通過(guò)測(cè)量?jī)x器直接獲取地層原位的電學(xué)、聲學(xué)、放射性等信息，達(dá)到巖性識(shí)別、儲(chǔ)層劃分、物性參數(shù)計(jì)算的目的。因此，測(cè)井技術(shù)被譽(yù)為是深入地下的”顯微鏡”[5]。測(cè)井的基礎(chǔ)理論是物理學(xué)，其工作方法是數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，通過(guò)分析獲取的地球物理信息，可廣泛地應(yīng)用于石油天然氣、煤田、金屬等資源的勘探和古環(huán)境、古氣候、古應(yīng)力等井中其他地球物理研究。

針對(duì)地質(zhì)-地球物理復(fù)合專業(yè)學(xué)生的專業(yè)需求、培養(yǎng)目標(biāo)以及該課程的基本理論與體系，安排一門課程，稱之為“地球物理測(cè)井教程”，教學(xué)學(xué)時(shí)32學(xué)時(shí)。如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)盡快使學(xué)生掌握理論知識(shí)與基本應(yīng)用是該課程教學(xué)的一大難點(diǎn)，為此，必須合理設(shè)計(jì)和安排教學(xué)內(nèi)容。

課程的主要教學(xué)內(nèi)容包括測(cè)井方法原理與測(cè)井解釋應(yīng)用兩部分。測(cè)井方法分為三大類：電測(cè)井、聲波測(cè)井與核測(cè)井，分別講述其依賴的物理基礎(chǔ)、測(cè)量原理和基本應(yīng)用。而且，其教學(xué)內(nèi)容既要包括主要測(cè)井方法及其基本理論，又要緊密結(jié)合礦產(chǎn)勘探和科學(xué)鉆探測(cè)井應(yīng)用問(wèn)題。為此需要理清知識(shí)結(jié)構(gòu)，刪減過(guò)時(shí)的方法與技術(shù)，補(bǔ)充當(dāng)前的研究進(jìn)展和需求。因此，分別針對(duì)石油等資源勘探測(cè)井和科學(xué)鉆探等專題，利用大量的實(shí)例開展教學(xué)探索，鞏固所講述的測(cè)井原理，教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和課時(shí)分布如表1。表中不僅清楚地展示了教學(xué)內(nèi)容，并規(guī)定了“了解”“掌握”“理解”等不同的教學(xué)要求，這樣在教學(xué)過(guò)程中能夠抓住教學(xué)重點(diǎn)，便于有的放矢。

二、課程教學(xué)方法研究

教學(xué)內(nèi)容確定后，采用什么樣的教學(xué)方法，能夠把苦澀難懂的原理和琳瑯滿目、復(fù)雜多樣的測(cè)井圖件講述清楚，是此門課程的一大挑戰(zhàn)。為此，必須在教學(xué)方法上下工夫。針對(duì)測(cè)井方法多樣化的特點(diǎn)，開展類比、比較、導(dǎo)入與歸納等教學(xué)方法的應(yīng)用研究，通過(guò)講述各種測(cè)井方法的區(qū)別聯(lián)系，加深理解每種方法的理論精粹和方法優(yōu)點(diǎn)，讓學(xué)生不僅能夠掌握知識(shí)，更重要的引導(dǎo)學(xué)生如何根據(jù)新需求靈活和綜合運(yùn)用測(cè)井資料。

表1　教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)分布與教學(xué)要求

1．比較式教學(xué)法

針對(duì)測(cè)井方法的多樣性, 筆者在講述每一類測(cè)井方法時(shí)特別注意要講述該種測(cè)井方法發(fā)明的背景，要解決什么問(wèn)題，基于物理學(xué)中什么原理。儀器是如何激發(fā)和接收的?與別的測(cè)井方法做了哪些改進(jìn)等?總之,通過(guò)總結(jié)與對(duì)比使學(xué)生能夠從全局上把握各種測(cè)井方法在測(cè)井學(xué)中的位置和作用,以及各種測(cè)井方法之間的關(guān)系,便于理解和掌握。為此，作為老師，采用對(duì)比的方法設(shè)計(jì)各種表格進(jìn)行講述，提高了教學(xué)效果，也便于學(xué)生理解與掌握。例如，對(duì)于電法測(cè)井這一部分講完后，與學(xué)生一起比較了側(cè)向測(cè)井與感應(yīng)測(cè)井的異同。不同之處：從原理上看，前者是歐姆定律，后者是電磁感應(yīng)；從激勵(lì)源上看，前者是直流電(似穩(wěn)態(tài)電流），后者是交流電；從儀器結(jié)構(gòu)上看，前者是供電電極-測(cè)量電極，后者是發(fā)射-接收線圈；從測(cè)量結(jié)果上看，前者是視電阻率，后者是視電導(dǎo)率；從適用條件上看，前者適用于中低阻地層或鹽水泥漿鉆井條件，后者適用于高阻地層或淡水泥漿鉆井條件。相同之處就是從資料可以研究地層的電性差異，劃分地層、識(shí)別巖性、識(shí)別流體與計(jì)算飽和度。測(cè)井理論講述完后，為了使學(xué)生很清楚地了解各種測(cè)井方法之間的區(qū)別與聯(lián)系，我們舉了一個(gè)例子：在大陸科學(xué)鉆探中，進(jìn)行測(cè)井系列設(shè)計(jì)時(shí)，由于地層堅(jiān)硬，電阻率高，感應(yīng)測(cè)井已經(jīng)不再適用，必須采用側(cè)向測(cè)井才能準(zhǔn)確測(cè)量地層的視電阻率。

2．類比式教學(xué)法

測(cè)井所涉及的物理方法很多，有的學(xué)生沒有學(xué)過(guò)近代物理學(xué)，某些物理學(xué)原理和概念不是很清楚，有關(guān)測(cè)井方法原理更是難以理解。為此，我們必須拿大家熟知的內(nèi)容進(jìn)行類比。例如，在緒論的講述過(guò)程中，我們把所有的測(cè)井方法類比為醫(yī)院中的各種檢測(cè)手段，比如，電法測(cè)井——心電圖檢測(cè)，聲波成像測(cè)井——B超，核磁共振測(cè)井——磁共振成像（MRI）井等。醫(yī)生通過(guò)分析心電圖，B超、磁共振成像等資料診斷病癥，而測(cè)井分析家則是通過(guò)電法測(cè)井、聲波成像、核磁測(cè)井來(lái)確定儲(chǔ)層，識(shí)別流體并計(jì)算儲(chǔ)層參數(shù)。因此，通過(guò)與醫(yī)學(xué)檢測(cè)技術(shù)的類比就能夠了解測(cè)井這個(gè)技術(shù)體系，以及在解決地質(zhì)問(wèn)題中的地位和作用。具體到某種測(cè)井方法中，再做詳細(xì)的類比。例如，在講授聲波成像測(cè)井時(shí)，我們可以拿新生體檢中的B超檢查作類比：在進(jìn)行腹部檢查過(guò)程中，醫(yī)生就是利用超聲波在腹部某一部位的反射亮度來(lái)推測(cè)是否病變，而聲波成像測(cè)井也是利用井壁上裂縫和地層的波阻抗差異來(lái)探測(cè)裂縫的。通過(guò)多種形式的類比，能夠把復(fù)雜的原理講述的深入淺出，達(dá)到了我們的教學(xué)目的，受到學(xué)生的歡迎。

3．導(dǎo)入與歸納式教學(xué)法

地球物理測(cè)井方法多，依據(jù)的測(cè)井原理也很多，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)通常容易搞混，甚至是不懂為什么設(shè)計(jì)或者研發(fā)如此多的測(cè)井技術(shù)。為此，在講述之前如何針對(duì)一種或者新一類測(cè)井方法進(jìn)行必要的“導(dǎo)入”設(shè)計(jì)是很重要的。比如，在講述“密度測(cè)井”時(shí)，要講述巖石的密度是地層的一個(gè)重要屬性，它的用途有哪些，尤其是它的特殊用途是什么，通過(guò)這樣的介紹就能夠知道為什么要發(fā)明“密度測(cè)井”，也就知道將來(lái)如何用密度測(cè)井解決什么問(wèn)題了。

此外，由于地球物理測(cè)井既有不同類的測(cè)井方法，在同一類方法中又有多種測(cè)井技術(shù)，如果不及時(shí)地幫助學(xué)生總結(jié)歸納，學(xué)生容易混淆。為此，我們?cè)跍y(cè)井方法原理部分講述完成后，針對(duì)所講述的測(cè)井方法從原理、儀器結(jié)構(gòu)、測(cè)量結(jié)果、應(yīng)用進(jìn)行歸納總結(jié)表格。表2為我們?cè)谡n堂上進(jìn)行的歸納總結(jié)。這個(gè)總結(jié)與歸納用了比較的方法，使學(xué)生從總體上明確了各種測(cè)井技術(shù)的原理、儀器結(jié)構(gòu)和主要應(yīng)用，測(cè)井方法知識(shí)結(jié)構(gòu)變得很清晰。這個(gè)教學(xué)方法受到學(xué)生歡迎與贊許。

三、教學(xué)技術(shù)研究

該門課程的教學(xué)內(nèi)容，既包括復(fù)雜的理論與公式推導(dǎo)，又要認(rèn)識(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)井圖，還要針對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解釋。因此，在短時(shí)間如何把復(fù)雜晦澀的原理和不同的知識(shí)傳授清楚，把如此大量的知識(shí)準(zhǔn)確地傳達(dá)給每一個(gè)學(xué)生，這確實(shí)是擺在老師面前的一個(gè)重要課題[6-7]。顯然，原有的板書已經(jīng)不能適用，必須借助于現(xiàn)代教學(xué)手段和多媒體技術(shù)。為此，必須開展教學(xué)技術(shù)的革新與探索。

在教學(xué)手段上,傳統(tǒng)的教學(xué)板書利于理論剖析、公式推導(dǎo)，黑板演繹的方式能使學(xué)生的注意力始終跟著老師的邏輯思維走，有利于學(xué)生對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容的有效掌握。但是，其效率較低，傳授知識(shí)的信息量較小。而多媒體教學(xué)可以生動(dòng)的展示各種圖像與音效，其提供的信息量大，形象生動(dòng)地展現(xiàn)抽象的知識(shí)點(diǎn)，便于學(xué)生接受，但是該技術(shù)不利于公式的推導(dǎo)與演算，老師講授時(shí)也不生動(dòng)，學(xué)生學(xué)得不扎實(shí)。而且，為了使學(xué)生能夠了解多種儀器，我們可以向?qū)W生展示一些測(cè)井儀器和測(cè)井圖件，讓學(xué)生切實(shí)感受到測(cè)井原理、儀器和圖件的關(guān)系。此外，該門課程是應(yīng)用性極強(qiáng)的一門課程，在講述方法原理和測(cè)井應(yīng)用時(shí)需要展示大量的案例，展示不同地層的測(cè)井響應(yīng)特征和解釋應(yīng)用成果，這樣才能使理論與實(shí)際相結(jié)合。因此，需要把傳統(tǒng)板書教學(xué)手段與多媒體教學(xué)、實(shí)物教學(xué)以及案例分析有機(jī)結(jié)合起來(lái)，即形成了“黑板演繹+多媒體+儀器與圖件+實(shí)例探究”的“多合一”教學(xué)技術(shù)。例如，在講授泥質(zhì)砂巖測(cè)井解釋原理時(shí)，常采用多媒體展示地層巖石物理模型，生動(dòng)形象，效果好，節(jié)約了老師在黑板上畫模型的時(shí)間；在講述孔隙度計(jì)算時(shí)，需要在黑板上進(jìn)行公式推導(dǎo)，使學(xué)生緊跟老師思路；其計(jì)算過(guò)程我們用某個(gè)測(cè)井解釋軟件或者Excel表格來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示。為了展示不同孔隙度計(jì)算方法的效果，通常舉個(gè)測(cè)井實(shí)例來(lái)展示聲波孔隙度、中子孔隙度、密度孔隙度的計(jì)算效果和與巖心分析的差異，便于學(xué)生理解其原理差異與適用條件。

表2　主要測(cè)井方法歸納

可以看出，這種 “多合一”的授課方式使學(xué)生通過(guò)密切注意板書有效地掌握理論知識(shí)，用生動(dòng)直觀的多媒體和儀器便于理解測(cè)井原理和響應(yīng)特征，實(shí)際的測(cè)井實(shí)例可以有效地展示測(cè)井應(yīng)用成果。實(shí)踐證明，這種多樣化的教學(xué)方式能夠有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性, 保證教學(xué)質(zhì)量。

四、教學(xué)效果檢查與考核方法

為了保證教師“教”和學(xué)生“學(xué)”的質(zhì)量，我們通過(guò)課上發(fā)問(wèn)、課后作業(yè)、期末考試來(lái)檢查教學(xué)效果。

課上發(fā)問(wèn)。在教學(xué)過(guò)程中，為了清楚地闡述一種新測(cè)井方法的原理，通常要與以前講過(guò)的測(cè)井方法進(jìn)行比較，通常在課堂上進(jìn)行發(fā)問(wèn)。比如，在講到感應(yīng)測(cè)井時(shí)，發(fā)射線圈與接收線圈分別是其激勵(lì)源與接收裝置，這時(shí)候就問(wèn)大家：側(cè)向測(cè)井的儀器結(jié)構(gòu)是什么？其激勵(lì)源與測(cè)量裝置是什么？通過(guò)發(fā)問(wèn)引導(dǎo)學(xué)生思考，并讓某個(gè)同學(xué)回答，這樣不僅能夠起到活躍課堂氣氛的作用，同時(shí)也能起到鞏固和檢查以前知識(shí)的目的。

課后作業(yè)。為了鞏固所學(xué)知識(shí)，了解教學(xué)效果，通常在每一章或者每一種測(cè)井方法教學(xué)完成后要布置適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)。比如，在聲波測(cè)井完成后，我們通常布置作業(yè)如下：用圖示和公式推導(dǎo)的方法說(shuō)明雙發(fā)雙收補(bǔ)償測(cè)井的“補(bǔ)償”原理。從學(xué)生所做的作業(yè)來(lái)看，大部分同學(xué)都掌握了這一“補(bǔ)償”原理，也就理解了聲波測(cè)井的核心。通過(guò)做作業(yè)，學(xué)生加深了對(duì)原理的理解，也鍛煉了邏輯推導(dǎo)能力。

期末考試?？己朔椒ㄖ饕ㄟ^(guò)考試內(nèi)容安排、題型設(shè)計(jì)來(lái)檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在“緒論”和平時(shí)課堂教學(xué)中，把這種考核方法告訴學(xué)生，這樣學(xué)生能夠留意課程中的重要概念、術(shù)語(yǔ)、條目。為了能夠有效地考查絕大多數(shù)知識(shí)點(diǎn)，準(zhǔn)確地了解同學(xué)們的學(xué)習(xí)效果以及成績(jī)的差異性，我們?cè)O(shè)置了不同的考試題型，主要有：試卷題型填空題(12分）、簡(jiǎn)答題(54分）、分析題(16分）和計(jì)算題(18分）。這種題型的設(shè)計(jì)不僅便于考核不同的知識(shí)點(diǎn)，訓(xùn)練不同的分析技能，而且成績(jī)的區(qū)分度好。如果僅僅是設(shè)置一些問(wèn)答題，老師閱卷時(shí)不好把握分?jǐn)?shù)，學(xué)生的成績(jī)反映不出學(xué)生掌握的程度差異。在2013年春季學(xué)期，本科目的考試情況為：及格率92.3%，其中優(yōu)秀率為30.8%，良好率34.6%，詳細(xì)情況如圖3。這個(gè)成績(jī)的分布說(shuō)明教學(xué)效果還是不錯(cuò)的。

圖3　學(xué)生考試成績(jī)情況

五、結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)地質(zhì)-地球物理復(fù)合專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，設(shè)計(jì)了豐富合理、聯(lián)系有機(jī)的教學(xué)內(nèi)容，研究的比較、類比、導(dǎo)入與歸納等教學(xué)方法便于地質(zhì)學(xué)與地球物理專業(yè)學(xué)生的融會(huì)貫通與靈活運(yùn)用，采用傳統(tǒng)的板書教學(xué)手段，綜合運(yùn)用現(xiàn)代多媒體技術(shù)、儀器與測(cè)井圖實(shí)物以及豐富的案例分析形成了有效的“多合一”教學(xué)技術(shù)，顯著地提高了教學(xué)質(zhì)量。通過(guò)課上發(fā)問(wèn)、課后作業(yè)、期末考試來(lái)檢查教學(xué)效果，并能改進(jìn)、提高教學(xué)工作，最終實(shí)現(xiàn)課程的教學(xué)互動(dòng)、教學(xué)相長(zhǎng)。期末考試表明，大部分學(xué)生能夠掌握測(cè)井的基本原理，并能夠準(zhǔn)確解決一些實(shí)際問(wèn)題。當(dāng)然，針對(duì)地質(zhì)地球物理專業(yè)的測(cè)井授課實(shí)踐還需要進(jìn)一步探索和改進(jìn)，今后還有很長(zhǎng)的路要走。

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中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-9372 （2013）04-0078-05

收稿日期：2013-09-20。

基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）2011年教學(xué)研究與教學(xué)改革項(xiàng)目（JGYB-201124）資助。

作者簡(jiǎn)介：譚茂金，男，副教授，主要從事地球物理測(cè)井理論、巖石物理及解釋應(yīng)用的教學(xué)和研究工作。

Optimized Design and Exploration of Well Logging Teaching for Compound Major of Geology and Geophysics

TAN Mao-jin, ZOU Chang-chun, XU Jing-ling, JING Jian-en
China University of Geosciences, Beijing 100083, China

Abstract：In recent years, for cultivation of compound talents, many universities set up the composite major of Geology and Geophysics. Because of short teaching period and more teaching contents, how to teach effectively is worth studying. Based on training objectives of the composite major and professional requirements, teaching contents are designed and arranged reasonably, and the teaching plan in each class is also set up in detail. Furthermore, the teaching methods and teaching techniques are probed and studied, including comparison, analogy, guiding and summary, as well as “blackboard deducing + multimedia showing + actual tools and logs+ case study" teaching technique. Through asking questions in class, assigning homework and fi nal exam, the effects of teaching and learning can be checked and the teaching can be improved in time. Finally, a curriculum teaching oriented professional students is formed with broad aspect of knowledge, unique characteristics and full of tension. The interaction between teaching and learning is realized successfully and the teaching and learning quality is accordingly improved.

Key words：composite major of geology and geophysics; teaching technique; teaching effects