應(yīng)用地球物理教學(xué)中理解思維的培養(yǎng)

張恒磊+胡祥云+張世暉

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理與空間信息學(xué)院，地球內(nèi)部多尺度成像湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074）

摘要：“磁法勘探”是地球物理相關(guān)專業(yè)一門重要的主干課程，其中數(shù)理公式復(fù)雜，如何讓學(xué)生充分掌握本課程中關(guān)鍵的知識(shí)點(diǎn)、理解主要概念是任課老師面臨的巨大挑戰(zhàn)。本項(xiàng)研究基于課堂教學(xué)實(shí)踐，研究理解思維的培養(yǎng)，提出運(yùn)用靈活的翻轉(zhuǎn)課堂模式激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，基于啟發(fā)式教學(xué)培養(yǎng)理解思維，充分結(jié)合課堂提問與實(shí)踐環(huán)節(jié)，深化對(duì)知識(shí)的理解。通過學(xué)生的積極參與，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)“灌輸式”講授到“自主性”學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，注重培養(yǎng)理解思維，以人為本提升教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用地球物理；磁法勘探；理解思維

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）21-0238-02

隨著高等教育的不斷推進(jìn)，研究教學(xué)方法與課程改革提高教學(xué)質(zhì)量是當(dāng)今學(xué)者探討的熱點(diǎn)課題，《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確提出“全面提高高等教育質(zhì)量”，指出“提高質(zhì)量是高等教育發(fā)展的核心任務(wù)，是建設(shè)高等教育強(qiáng)國(guó)的基本要求”。“磁法勘探”是地球物理相關(guān)專業(yè)（勘探地球物理、勘查技術(shù)與工程等）本科生學(xué)習(xí)的一門主干課程，旨在培養(yǎng)地球物理專業(yè)學(xué)生掌握磁法勘探實(shí)踐與科學(xué)研究所需的基本概念與基礎(chǔ)理論[1]。這門課程包羅了地球磁場(chǎng)的基本理論、觀測(cè)儀器、野外工作方法、數(shù)據(jù)整理與處理方法、以及資料應(yīng)用解釋的每個(gè)環(huán)節(jié)。教學(xué)大綱還包括一些基礎(chǔ)的正反演理論，需要講授的內(nèi)容十分豐富，而其中涉及的眾多數(shù)學(xué)公式更是增加了理解的難度。隨著近年來教學(xué)規(guī)模不斷擴(kuò)大，如何進(jìn)一步提高我校應(yīng)用地球物理專業(yè)的教學(xué)效果、增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力，一直是學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和教師們思考的主要問題和努力的方向。

至今，已有很多學(xué)者從地震學(xué)等視角探討了應(yīng)用地球物理學(xué)的教學(xué)方法[2，3]。本項(xiàng)研究針對(duì)“磁法勘探”課程，著重討論學(xué)生理解思維的培養(yǎng)，寓教于學(xué)，讓學(xué)生成為教學(xué)課堂的積極參與者，讓學(xué)生成為課程知識(shí)的積極探索者。

一、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情

應(yīng)用地球物理專業(yè)課程中需要講授很多基本的數(shù)學(xué)原理、推導(dǎo)一些關(guān)鍵數(shù)學(xué)公式的來龍去脈，難免會(huì)讓學(xué)生感覺到枯燥乏味，甚至厭學(xué)情緒，學(xué)習(xí)積極性不高。針對(duì)這個(gè)問題，根本是要激發(fā)學(xué)生自主的學(xué)習(xí)熱情，要求教師必須注重授課方式和形式，能夠?qū)?fù)雜晦澀的數(shù)學(xué)公式、理論概念糅合于生動(dòng)翔實(shí)的情節(jié)中，展現(xiàn)給學(xué)生的就不會(huì)是生冷的公式。古有詩(shī)云“書卷多情似故人，晨昏憂樂每相親”，當(dāng)學(xué)生對(duì)專業(yè)產(chǎn)生了興趣，有自主的學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)效果必將事半功倍。

在“磁法勘探”課程教學(xué)中，幾乎每一章節(jié)都有繁瑣的數(shù)學(xué)公式、晦澀難懂的基本概念，要求教師僅僅利用短促的課堂教學(xué)時(shí)間讓學(xué)生理解、接受，難于上青天。結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，將能起到事半功倍的效果。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式起源于美國(guó)，并為全球教育研究者關(guān)注[4]。它實(shí)際上是“課前預(yù)習(xí)-課堂學(xué)習(xí)-課后溫習(xí)”的深化，強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生主動(dòng)的學(xué)習(xí)和探索過程，在課下利用大量的時(shí)間分析問題、查資料解決問題，而課堂則扮演了老師與學(xué)生探討、互動(dòng)的平臺(tái)。結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，讓學(xué)生在自主探索、動(dòng)手學(xué)習(xí)的過程中體會(huì)到求知的樂趣，激發(fā)對(duì)本專業(yè)的學(xué)習(xí)熱情，這是學(xué)習(xí)任何一門知識(shí)的內(nèi)在源動(dòng)力，讓興趣成為引領(lǐng)學(xué)生前進(jìn)的導(dǎo)師。如果學(xué)生能夠以自我興趣為導(dǎo)向進(jìn)行學(xué)習(xí)，不僅有助于提升學(xué)習(xí)主動(dòng)性，而且便于實(shí)現(xiàn)從灌輸式教學(xué)到積極主動(dòng)獲取知識(shí)的轉(zhuǎn)變。

二、注重提問，開展啟發(fā)式教學(xué)，培養(yǎng)理解思維

被動(dòng)學(xué)習(xí)的感覺就是囫圇吞棗，缺乏細(xì)細(xì)品味。教師需要針對(duì)一些關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，提出問題，讓學(xué)生思考，才能深化理解。筆者講授“磁法勘探”課程有這樣一個(gè)經(jīng)歷，教學(xué)計(jì)劃安排了一個(gè)學(xué)時(shí)講解向上延拓的原理以及應(yīng)用，是本課程的一個(gè)要點(diǎn)。在課末展示一幅包含磁異常與其向上延拓的圖，提問了數(shù)位同學(xué)，竟然不能對(duì)號(hào)入座。這引發(fā)筆者更多的深思：對(duì)于學(xué)習(xí)中的本科生，專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)薄弱，理解思維還欠發(fā)達(dá)，教師需要充分結(jié)合問題引領(lǐng)學(xué)生去思考，“教”學(xué)生“學(xué)”會(huì)抽象理論知識(shí)的理解與消化。

啟發(fā)式教學(xué)以學(xué)生為中心，通過靈活設(shè)置課堂教學(xué)方式，有助于學(xué)生對(duì)問題的理解[5]。教師根據(jù)每堂課涉及到的知識(shí)點(diǎn)與問題，誘導(dǎo)學(xué)生思考，有針對(duì)性的進(jìn)行分析、推導(dǎo)，進(jìn)而得出結(jié)論，讓學(xué)生身臨其境。就磁法勘探而言，往往學(xué)生在掌握了基本概念以后，卻很難靈活應(yīng)用，這是在專業(yè)學(xué)習(xí)中普遍存在的現(xiàn)象。面對(duì)眾多的復(fù)雜的處理方法，教師可以啟發(fā)式提出問題，增加學(xué)生理解。比如：要突出研究區(qū)的宏觀異常特征，需要采用什么方法？引導(dǎo)學(xué)生往向上延拓、區(qū)域場(chǎng)分離等低通濾波方法思考；其次，想得到研究區(qū)的局部細(xì)節(jié)特征，又該采用那些方法？鼓勵(lì)學(xué)生思考向下延拓、方向?qū)?shù)等方法。同時(shí)，教師應(yīng)該適當(dāng)?shù)膶?duì)各種方法的數(shù)學(xué)、物理性質(zhì)與特點(diǎn)添枝加葉，豐富學(xué)生的理解。此外，課程講授中結(jié)合一些磁法勘探實(shí)例分析、讓學(xué)生動(dòng)手編程實(shí)現(xiàn)算法等，可以讓學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題，加強(qiáng)對(duì)方法理論的理解?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行”，通過學(xué)生自己動(dòng)手演練，理解結(jié)合實(shí)踐增強(qiáng)對(duì)知識(shí)的領(lǐng)悟。筆者在講授“磁法勘探”課程中，一個(gè)深刻的印象是關(guān)于磁異常垂向?qū)?shù)的知識(shí)點(diǎn)，其公式簡(jiǎn)潔、物理意義也不難理解，學(xué)生很容易接受。但是當(dāng)學(xué)生自己動(dòng)手編程實(shí)現(xiàn)該算法時(shí)，許多問題隨之而來，讓原本很“易懂”的問題帶上了很多問號(hào)：譬如，與水平方向?qū)?shù)不同，原始磁異常數(shù)據(jù)中找不到z變量，如何計(jì)算z方向的方向?qū)?shù)呢？——看似很簡(jiǎn)單的問題，但是對(duì)于初學(xué)者，它表示學(xué)生深入思考了，只有親臨現(xiàn)場(chǎng)解決了這個(gè)問題以后，才算是真正理解了垂向?qū)?shù)的意義。

三、結(jié)束語

數(shù)學(xué)物理公式復(fù)雜、實(shí)踐性強(qiáng)是應(yīng)用地球物理課程的鮮明特點(diǎn)，其教學(xué)效果的好壞直接影響到學(xué)生對(duì)專業(yè)的認(rèn)知程度，要求教師能夠掌控全局，采用針對(duì)性的教學(xué)方式，圍繞關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，獻(xiàn)身說法，最大程度的激發(fā)、培養(yǎng)和鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。本文結(jié)合“磁法勘探”課程，圍繞學(xué)生理解思維的培養(yǎng)，提出采用翻轉(zhuǎn)課堂啟發(fā)式教學(xué)，充分利用提問和實(shí)踐，以取得更好的教學(xué)效果，將我校地球物理專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)為能熟練從事地球物理勘探、具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]張恒磊，胡祥云，張世暉.“磁法勘探”理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法研究[J].教育教學(xué)論壇，2014，（51）：128-129.

[2]熊章強(qiáng)，朱德兵，嚴(yán)家斌，張大洲.提高地球物理學(xué)科野外實(shí)踐教學(xué)效果的探索與實(shí)踐[J].中國(guó)地質(zhì)教育，2012，（4）：132-134.

[3]孫魯平.“應(yīng)用地震學(xué)”課程改革與教學(xué)方法探討[J].中國(guó)地質(zhì)教育，2014，（1）：51-54.

[4]Strayer J. F..How learning in an inverted classroom influences cooperation，innovation and task orientation[J].Learning Environments Research，2012，15（2）：171-193.

[5]邱隆偉，楊勇強(qiáng)，王冠民，任擁軍.美國(guó)俄克拉荷馬州立大學(xué)地質(zhì)學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)機(jī)制調(diào)研[J].中國(guó)地質(zhì)教育，2014，（1）：89-92.

收稿日期：2016-11-16

基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）勘查技術(shù)與工程專業(yè)重磁類課程教學(xué)改革項(xiàng)目（2014A29）資助

作者簡(jiǎn)介：張恒磊（1984-），男（漢族），安徽明光人，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢），講師，博士，研究方向：位場(chǎng)理論與重磁勘探。