工程與環(huán)境地球物理課程改革與實踐

易 兵，薛 建，王元新，朱 士

（吉林大學 地球探測科學與技術學院，吉林 長春 130026）

傳統(tǒng)的地球科學各專業(yè)教育關注的是本專業(yè)的專門知識和技能，這一教學模式具有很大的專業(yè)優(yōu)勢，但不利于學生從整體上把握科學知識體系的聯(lián)系，造成學科封閉和隔離，束縛了學生綜合能力的發(fā)展。而且，課程設置及內容往往落后于科學發(fā)展的速度，許多前沿知識難以走進課堂，學生缺乏對新方法、新技術的了解，從而影響了學生的科學素養(yǎng)的形成[1－4]。因此，我們嘗試在開設的“工程與環(huán)境物探”課中，引進和開發(fā)一系列國外用于工程與環(huán)境地質調查的新方法、新技術，形成地球物理、工程與環(huán)境交叉滲透，專業(yè)基礎與新方法、新技術相融合的課程體系。下面介紹我們就課程教學理念、教學內容、教學方法和教材實驗等進行改革與實踐的經驗與體會。

1 明確課程教學目標

作為綜合性研究型大學，其教學的核心目標是全面培養(yǎng)和提高大學生的科學素養(yǎng)。而現(xiàn)實情況是多數(shù)學生科學素養(yǎng)缺失和創(chuàng)新精神與實踐能力不足，這就啟發(fā)我們要著力培養(yǎng)學生對所獲得的知識能進行運用、解釋，并作出科學的推論。應注重將專業(yè)知識與應用技術結合，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力[5－7]。例如，我們講授的“城市地球物理”、“工程地質物探”和“水文工程物探”課程，分屬我校地學部的地探學院、建設工程學院和環(huán)境與資源學院，各學院學生基礎課、專業(yè)基礎課和專業(yè)課均有所不同，授課中不但要考慮學科體系的縱向關系，更要開拓學生視野，從有利于發(fā)展學生思維，培養(yǎng)學生創(chuàng)新和應變能力的橫向關系入手，將有關課程聯(lián)合成為功能互補、整體最佳的復合體。在授課中，由于這些課程包含了地球物理學的諸多分支，并有課程內容多、各分支獨立性強、理論與應用結合緊密、更新發(fā)展較快的特點，在學時有限的情況下，對各種方法采用對比式教學，找出相同點和不同點，結合所教專業(yè)（地球物理、水文與環(huán)境和工程地質）的特點，對課程內容、教學方法進行了研究和改革，努力培養(yǎng)學生應用與創(chuàng)新的能力。

2 創(chuàng)新課程教學體系

根據(jù)21世紀科技跨門類科學與技術整合化、科學與技術一體化發(fā)展的趨勢[8－10]，為了及時反映科學技術的前沿動態(tài)和熱點聚焦。我們及時將引進和開發(fā)的應用地球物理領域的一系列用于水文、工程與環(huán)境地質調查中的新方法、新技術編寫成教材，以滿足教學需要。近幾年，我們主編或參編出版了《工程與環(huán)境物探新方法新技術》、《環(huán)境地球物理教程》、《工程與環(huán)境地球物理》、《水文與工程物探》和《城市地球物理教程》等多部教材。為此，在教學中注重科學技術的新發(fā)展，以激發(fā)學生追求科學的熱情，滿足人才市場對學生的要求，讓學生與教師一起探究知識。面向社會實際，加強實踐環(huán)節(jié)，使學生在共同探究問題、解決問題的過程中形成知識的應用和創(chuàng)新的體驗。

我們正處于知識經濟時代的信息化社會中，地球物理信息在水文、工程與環(huán)境領域的地位和作用日益擴大，領地不斷拓展。然而，由于其研究內容與應用領域的特殊性，它始終面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。地球物理信息是一門受多種因素制約的綜合學科，它的發(fā)展既有很大難度，也有較大潛力。

3 改革課程教學方法

教學過程首先是學生的學習過程，教師在教學設計、課堂教學、實驗活動和綜合評價各環(huán)節(jié)中，都要努力喚起學生的學習興趣。改變以教師為中心的教學模式，采用研討啟發(fā)式教學法，師生互動，營造學生主動學習的氛圍[11]。

運用多媒體課件、視頻資料等立體化資源，延伸課堂教學。授課時教師從學生的角度想問題，講述自己的認識和理解，并且鼓勵學生提問題，調動其獨立思考、自覺學習的主動性。課堂內容要精選、靈活、動態(tài)和開放，以反映本學科的進步和發(fā)展。把學科發(fā)展的新成果作為主線，開設小專題供學生研究選擇。

4 強化課程教學實驗

工程與環(huán)境物探是近年來地球物理學發(fā)展的一個新的前沿領域，它強調地球物理方法、技術在生產實踐中的應用。因此，在教學中特別注意理論與工程實踐的聯(lián)系，盡可能將各種新方法、新技術和新儀器結合到教學中，以拓寬學生的知識面，開闊思路，及時了解科技前沿動態(tài)和發(fā)展方向。教學中運用討論式、現(xiàn)場教學和雙向教學等教學形式，以培養(yǎng)學生的實驗技能[12]。

在實驗教學中，我們以2010年評為國家級實驗教學示范中心的應用地球物理實驗教學中心（下稱中心）為依托，在提高教學質量和效果的前提下，探索和實踐以培養(yǎng)學生綜合素質、創(chuàng)新能力及工程應用能力為目標的研究型實驗教學模式。一方面鞏固和加強基礎型實驗，如直流電法的電剖面法和電測深法，另一方面開發(fā)設計性、綜合性和研究性的提高型實驗，如高密度電阻率法新方法技術、頻率域電磁法和探地雷達等，逐步由開放式教學向自助式、自主設計創(chuàng)新式實驗教學發(fā)展，以培養(yǎng)學生綜合實踐能力和創(chuàng)新思維[13]。

為保證工程與環(huán)境物探實驗教學能夠充分體現(xiàn)現(xiàn)代科學技術的發(fā)展趨勢，符合工程實驗的要求，有利于學生建立規(guī)范化實驗和測試的概念，中心將實驗儀器設備配置不斷更新升級，達到了國內領先水平。教學實驗設備研制和開發(fā)中與地質儀器廠和科研單位合作研發(fā)，十分注重實驗技術的先進性、標準化和適用性。例如，在高密度電阻率法和探地雷達實驗中，利用計算機進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及演示，即實現(xiàn)部分實驗設備的自動控制，開拓學生視野，激發(fā)學生實驗過程中儀器設備數(shù)字化應用的能動性。中心的實驗教學形成綜合性的實驗演示、測量、數(shù)據(jù)采集和控制為一體的自動化實驗教學平臺，使我中心實驗教學水平整體上了一個新臺階，大大提高了工程與環(huán)境物探實驗教學質量。

近幾年來，我們通過主編和參編教學和實驗類教材、教學軟件和實驗講義，發(fā)表科研和教改研究論文，研發(fā)實驗和生產的設備和裝置，經過多年的建設與實踐，使“工程與環(huán)境物探”教學和實驗形成了鮮明的特色，為提高“工程與環(huán)境地球物理”課程教學和實驗水平起到了良好的作用。

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