地震資料數(shù)字處理課程教學(xué)改革探索

李生杰，陳小宏（中國石油大學(xué)（北京） 地球物理與信息工程學(xué)院，北京 102249）

地震資料數(shù)字處理課程教學(xué)改革探索

李生杰，陳小宏
（中國石油大學(xué)（北京） 地球物理與信息工程學(xué)院，北京 102249）

地震資料數(shù)字處理課程是勘查技術(shù)與工程本科專業(yè)的重要專業(yè)課程. 針對地震資料數(shù)字處理課程特點(diǎn)及教學(xué)過程中存在的問題，從教學(xué)內(nèi)容、方法以及考評內(nèi)容等方面進(jìn)行了教學(xué)改革，實(shí)踐結(jié)果表明，教師在課程教學(xué)中應(yīng)該成為教學(xué)改革的先行者和實(shí)踐者，積極處理好教學(xué)、科研與人才培養(yǎng)三方面的關(guān)系，不斷增加科研的實(shí)力，改變教學(xué)觀念，探索學(xué)習(xí)一些行之有效的教學(xué)方式. 通過這些措施，可有效地提高教學(xué)工作的質(zhì)量.

地震資料數(shù)字處理； 課程改革； 教學(xué)模式創(chuàng)新； 外延式教學(xué)； 實(shí)踐環(huán)節(jié)

引言

地震資料數(shù)字處理課程是勘查技術(shù)與工程本科專業(yè)的重要專業(yè)課程之一，也是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的專業(yè)基礎(chǔ)課. 本課程主要教學(xué)任務(wù)包括通過各種教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生了解地震資料處理的基本理論及方法原理，掌握地震資料處理的各個(gè)環(huán)節(jié)和工作流程，了解地震資料處理中存在的主要問題，學(xué)習(xí)目前地震資料數(shù)字處理領(lǐng)域的最新熱點(diǎn)問題和發(fā)展方向，為學(xué)生以后學(xué)習(xí)和從事地震資料數(shù)據(jù)處理相關(guān)研究工作奠定良好基礎(chǔ)[1］.

地震資料數(shù)字處理是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程涉及面廣，內(nèi)容豐富. 國內(nèi)許多石油及地質(zhì)類高校均開設(shè)了這門課程，但不同學(xué)校的課程內(nèi)容、課時(shí)安排、教學(xué)參考書不盡相同. 中國石油大學(xué)是一所石油特色鮮明、以工為主、多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的教育部直屬重點(diǎn)大學(xué)，學(xué)校堅(jiān)持把科學(xué)研究作為強(qiáng)校之路，同時(shí)堅(jiān)持走產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的辦學(xué)道路. 從辦學(xué)定位看，學(xué)校的人才培養(yǎng)方向是力爭讓學(xué)生在研究能力與實(shí)踐應(yīng)用能力方面取得雙贏——既要培養(yǎng)石油行業(yè)的高端人才，特別是能夠走向世界的研究型人才，同時(shí)也要為國內(nèi)各大油田及相關(guān)企業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才. 因此，本課程的教學(xué)目標(biāo)為既要講授與地震數(shù)據(jù)處理相關(guān)的一些基本理論和方法，更要幫助學(xué)生吃透所學(xué)的知識，熟練掌握各種理論方法的應(yīng)用途徑、實(shí)現(xiàn)過程以及適應(yīng)范圍，針對不同地震資料特點(diǎn)，能夠合理選擇處理方法、建立有效處理流程.

1 地震資料數(shù)字處理課程的教學(xué)特點(diǎn)

地震資料數(shù)字處理課程具有較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)與實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合的特點(diǎn). 本課程涉及信號分析、波動(dòng)力學(xué)、數(shù)學(xué)變換以及現(xiàn)代代數(shù)等理論和方法. 同時(shí)，將這些理論方法與多次覆蓋地震信號相結(jié)合，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，使得學(xué)生感到課程內(nèi)容抽象、難懂和枯燥. 教學(xué)過程中有時(shí)需要將地震數(shù)據(jù)及其特征用一系列數(shù)學(xué)工具進(jìn)行描述和分析，學(xué)生對地震數(shù)據(jù)處理的結(jié)果不能完全理解. 這些課程特點(diǎn)對教學(xué)工作提出了更高要求.

在信息技術(shù)發(fā)展日新月異的背景下，本課程中存在的一些具體問題表現(xiàn)得尤其明顯： ①教學(xué)模式不夠合理，單向灌輸式教學(xué)方法有時(shí)仍占據(jù)主導(dǎo)地位，課堂上學(xué)生參與和討論較少，導(dǎo)致大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)動(dòng)力不足. ②教學(xué)內(nèi)容中的理論知識與實(shí)際應(yīng)用沒有找到較好的結(jié)合點(diǎn)，學(xué)生實(shí)際參與的知識應(yīng)用與實(shí)踐的環(huán)節(jié)相對較少，亟需提高學(xué)生的應(yīng)用能力. ③教學(xué)評價(jià)方式相對陳舊單一，學(xué)生僅靠期末一次考試確定成績，難以對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果做出全面評估.

2 教學(xué)方法的改進(jìn)措施

從國際背景看，注重學(xué)生創(chuàng)造性能力培養(yǎng)的研究型大學(xué)與注重學(xué)生設(shè)計(jì)與動(dòng)手能力培養(yǎng)的工程型或者應(yīng)用型大學(xué)發(fā)展并行不悖[2］. 盡管美國、加拿大等發(fā)達(dá)國家的相關(guān)專業(yè)教學(xué)各有特點(diǎn)，但也有一些共性，就是打破學(xué)科間界限，圍繞問題設(shè)計(jì)綜合課題，運(yùn)用討論法進(jìn)行教學(xué)，增加學(xué)生參與教學(xué)過程的機(jī)會，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)他們自主獲取知識的能力，進(jìn)而獲得科學(xué)的思維方法. 以美國為例，一些著名的研究型大學(xué)為低年級本科學(xué)生開設(shè)了大量討論課，學(xué)生從單純的知識被動(dòng)接受者，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)吸收知識和探索知識者[3］. 不難看出，目前國內(nèi)本課程的教學(xué)狀況與我們理想的教學(xué)目標(biāo)存在相當(dāng)?shù)木嚯x，同時(shí)與國際一些高校教學(xué)方法相比更是存在較大差距[4］. 因此，我們的教學(xué)改革既任重道遠(yuǎn)又迫在眉睫.

為了幫助學(xué)生克服在學(xué)習(xí)本課程中遇到的困難，我們借鑒國內(nèi)外高校同類課程教學(xué)內(nèi)容和方法，在教學(xué)實(shí)踐中不斷摸索改進(jìn)，并根據(jù)學(xué)生反饋意見，完善教學(xué)方法，對本課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方案設(shè)計(jì)、學(xué)生綜合評價(jià)內(nèi)容和方式都進(jìn)行了系列改進(jìn)，取得明顯效果.

2.1 精細(xì)教學(xué)設(shè)計(jì)

（1） 教學(xué)內(nèi)容的壓縮與補(bǔ)充

在深入分析教學(xué)大綱的基礎(chǔ)上，根據(jù)課程內(nèi)容的自學(xué)難易程度，適當(dāng)對教材進(jìn)行再處理. 講授時(shí)適當(dāng)調(diào)整詳略，或者壓縮或者補(bǔ)充，對一些較為重要的問題進(jìn)行必要的延伸，對課時(shí)計(jì)劃中某些教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)壓縮. 針對一些較易理解、學(xué)生通過自學(xué)基本能夠了解的內(nèi)容，布置學(xué)生預(yù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，講課時(shí)提綱挈領(lǐng)地略講其要點(diǎn)，騰出時(shí)間放在教學(xué)重點(diǎn)上.

教學(xué)過程中適當(dāng)補(bǔ)充實(shí)例. 教材中部分較為抽象的內(nèi)容，學(xué)生感到陌生，接受起來有困難. 如果在教學(xué)中照本宣科，難免會使學(xué)生似懂非懂，適當(dāng)補(bǔ)充一些處理實(shí)例結(jié)果，特別是具有典型效果的地震剖面等實(shí)際地震數(shù)據(jù)，盡可能讓學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容融會貫通.

（2） 教學(xué)方法的設(shè)計(jì)

在充分考慮教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生接受能力等多種因素基礎(chǔ)上，靈活設(shè)計(jì)多種教學(xué)方法，并根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)方式的調(diào)整與選擇，同時(shí)選用適當(dāng)?shù)拿襟w配合，以便取得較好的效果.

實(shí)踐證明，教師一個(gè)人站在講臺上填鴨式的講授法，或者自顧自地推導(dǎo)公式，難以取得較好的教學(xué)效果. 這種教學(xué)方式無法調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心與學(xué)習(xí)積極性. 在教學(xué)實(shí)踐中，我們依據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)用教學(xué)方法，設(shè)計(jì)出幾種教學(xué)方法，并根據(jù)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化選擇. 例如，針對部分信號變換與數(shù)字濾波等學(xué)生有些了解的教學(xué)內(nèi)容，采用啟發(fā)式教學(xué)方法； 對地震速度分析、偏移歸位等有一定難度的教學(xué)內(nèi)容，則采用探索式教學(xué)方法，引起學(xué)生的求知欲； 有些偏重理論基礎(chǔ)、學(xué)生可自學(xué)或者預(yù)習(xí)的內(nèi)容，采用課堂提問或者師生對話式的教學(xué)方式. 教學(xué)方法選擇的立足點(diǎn)在于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，讓他們樹立學(xué)習(xí)的信心，從而主動(dòng)獲取知識，培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力.

2.2 外延式教學(xué)促進(jìn)課內(nèi)外的結(jié)合

地震資料數(shù)字處理課程中許多理論和實(shí)現(xiàn)方法是通過數(shù)學(xué)物理原理推導(dǎo)得到，許多學(xué)生過于注重公式推導(dǎo)或證明，而對各種方法的實(shí)質(zhì)以及處理效果不理解，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性. 因此，如何幫助學(xué)生在掌握基本概念、原理和計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)學(xué)生對處理方法和效果的理解能力，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，是我們在教學(xué)過程中需要解決的問題之一. 解決這個(gè)問題的途徑之一就是適時(shí)增加地震資料處理實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生對各種地震數(shù)據(jù)處理方法獲得感性認(rèn)識. 盡管本課程已設(shè)置64學(xué)時(shí)，但本課程理論基礎(chǔ)內(nèi)容多，教學(xué)過程中未安排實(shí)踐環(huán)節(jié). 因此，我們在教學(xué)過程中，采用外延式教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)改革，取得了較好的效果.

首先，為了增強(qiáng)學(xué)生對本課程的興趣，我們?yōu)閷W(xué)生準(zhǔn)備了一套標(biāo)準(zhǔn)格式的地震數(shù)據(jù)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式讀寫代碼，鼓勵(lì)學(xué)生利用課外時(shí)間，自行編寫程序，進(jìn)行地震數(shù)據(jù)讀寫、顯示等操作.

在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生將部分信號數(shù)字處理的方法正確地應(yīng)用于地震數(shù)據(jù)處理中. 例如，如何對有限長、離散地震數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，以便進(jìn)行頻譜計(jì)算和分析等. 這些分析工作與本課程教學(xué)內(nèi)容是一致的，增加這些環(huán)節(jié)，一方面讓學(xué)生熟悉實(shí)際地震數(shù)據(jù)是什么樣的，地震資料處理的對象（地震數(shù)據(jù)）有什么特點(diǎn)，另一方面能夠使學(xué)生利用課外時(shí)間多思考相關(guān)教學(xué)內(nèi)容以及這些基礎(chǔ)知識延伸的方法. 例如，用數(shù)字信號分析中褶積概念，討論地震信號的形成及其物理意義，學(xué)生通過自己編寫褶積運(yùn)算程序，數(shù)值模擬地震記錄，使學(xué)生對地震信號中地層界面信息、地震子波概念以及分辨率等物理意義了解更加深刻. 在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生思考反褶積運(yùn)算的意義和實(shí)現(xiàn)途徑等，達(dá)到教學(xué)內(nèi)容、基礎(chǔ)知識自主學(xué)習(xí)的延伸.

這類外延式教學(xué)方式能讓學(xué)生更多地參與到教學(xué)過程之中. 在課外地震數(shù)據(jù)處理實(shí)踐過程中，學(xué)生的基礎(chǔ)理論與實(shí)踐能力受到雙重考驗(yàn)，使他們課堂上所學(xué)內(nèi)容真正地活起來，有了用武之地，大大地促進(jìn)了他們的學(xué)習(xí)興趣，也越來越多地樂于參與到各種課堂活動(dòng)之中. 從教師角度而言，這種外延式的教學(xué)方式，雖然增加了教師的工作量，但教師能從中獲得課堂單向講授時(shí)所沒有的體驗(yàn)——增進(jìn)了對學(xué)生思維、學(xué)習(xí)甚至生活狀態(tài)的理解，從而能得到更多的教學(xué)反饋，便于更好地改進(jìn)日后的教學(xué).

2.3 優(yōu)化課程考評內(nèi)容

課程考評成績直接與學(xué)生的切身利益密切相關(guān)，考評內(nèi)容對學(xué)生學(xué)習(xí)的目標(biāo)具有重要引領(lǐng)作用，同時(shí)對教學(xué)工作、人才培養(yǎng)等至關(guān)重要[5］. 為了改變學(xué)生習(xí)慣的死記硬背應(yīng)付考試、期末考試定最終成績的考評方式，我們將課程成績考評貫穿于整個(gè)教學(xué)過程，采用多環(huán)節(jié)綜合考評模式. 即學(xué)生的綜合考評成績由平時(shí)成績（課堂紀(jì)律）、課堂討論表現(xiàn)、作業(yè)完成情況以及期末成績等組成. 鼓勵(lì)學(xué)生積極參加外延實(shí)踐活動(dòng)，并將參加實(shí)踐活動(dòng)的表現(xiàn)作為加分的依據(jù).

3 效果與認(rèn)識

通過上述教學(xué)改革措施，教學(xué)工作取得了明顯的效果. 學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性得到了提高，課程考試的及格率大幅提高，優(yōu)良率超過了70%. 從近年考研專業(yè)課筆試及面試成績來看，學(xué)生的基礎(chǔ)知識比較扎實(shí).

教學(xué)改革的實(shí)踐說明，教師的引導(dǎo)作用在專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)過程中具有重要作用. 例如，為了鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)他們自主獲取知識的能力，可采用研討法進(jìn)行教學(xué)，合理設(shè)計(jì)綜合課題，通過課題討論，使學(xué)生獲得科學(xué)的思維方法. 這種研究型教學(xué)工作能夠?qū)我坏恼n堂教學(xué)，轉(zhuǎn)化為多形式的互動(dòng)交流，將學(xué)習(xí)與研討融為一體，形成積極的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)課堂活力，克服傳統(tǒng)教學(xué)方式的缺點(diǎn).

教師在課程教學(xué)中傳授給學(xué)生先進(jìn)的理論和方法，教師本身應(yīng)該具備獲取新知識的能力，應(yīng)該成為教學(xué)內(nèi)容的先行者和實(shí)驗(yàn)者，同時(shí)，積極處理好教學(xué)、科研與人才培養(yǎng)三方面的關(guān)系，力爭讓三者有機(jī)結(jié)合起來. 如果做到這一點(diǎn)，教師自身首先要不斷增加自己的實(shí)力，改變自己的教學(xué)觀念，并不斷探索學(xué)習(xí)新的行之有效的教學(xué)方式. 我們的教學(xué)實(shí)踐也說明，延伸式教學(xué)方法對學(xué)生有推動(dòng)作用，他們在學(xué)習(xí)興趣提高之后，更樂于與教師交流，也更樂于參與課堂討論，從而形成了一種良性互動(dòng)關(guān)系，有助于教師及時(shí)了解教學(xué)效果，在教學(xué)過程中不斷調(diào)整教學(xué)方法、改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容.

[1]李生杰. 改革專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)，促進(jìn)應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)——以地震資料數(shù)字處理課程教學(xué)為例[J[. 云夢學(xué)刊，2012（6）： 124～126

[2]李 正. 基于工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的課程體系改革[J[. 中國大學(xué)教學(xué)，2012（3）： 12～14

[3]張德江. 人才培養(yǎng)質(zhì)量的影響因素與對策探析[J[. 中國大學(xué)教學(xué)，2012（2）： 11～13

[4]張保軍. 學(xué)術(shù)性—研究型大學(xué)的立身之本[J[. 中國高教研究，2001（9）： 3～5

[5]李貞剛，陳 強(qiáng). 完善中國高校內(nèi)部教學(xué)評估機(jī)制的對策[J[. 中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2014（30）： 94～99

A Teaching Innovation for the Curriculum of Seismic Data Processing

LI Sheng-jie，CHEN Xiao-hong
（College of Geophysics and Information Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

Seismic Data Processing is one of the most important professional basic courses for students specialized in prospecting technology and engineering. Aiming at the characteristics of the course of Seismic Data Processing and some problem in the teaching process，teaching reform has been carried out in course content，teaching methods and evaluation scheme. Practical results showed that teachers should become the pioneers and practitioners of teaching reform in the teaching process，actively deal with the relationship among teaching practices，scientific research and personnel training，increase the strength of scientific research，change the concept of teaching，explore and learn some effective teaching methods. The effectiveness of teaching activity can be improved through these measures.

seismic data processing，curriculum reform，innovation of teaching mode，extension of teaching，the practice

G642

A

1672-5298（2016）02-0074-03

2016-03-18

李生杰（1962- ），男，甘肅酒泉人，博士，中國石油大學(xué)（北京）地球物理與信息工程學(xué)院副教授. 主要研究方向： 地球物理勘探

陳小宏（1962- ），男，江蘇高淳人，博士，中國石油大學(xué)（北京）地球物理與信息工程學(xué)院教授. 主要研究方向： 地球物理勘探