數(shù)學地質(zhì)課程教學探討

余燁 曹濤濤 王莉

摘 要：數(shù)學地質(zhì)是資源勘查工程專業(yè)本科生高年級的一門專業(yè)必修課，其介紹的數(shù)學方法較多，涉及的數(shù)學理論知識較深，應用的領(lǐng)域較廣。本文結(jié)合該課程特點，對教學內(nèi)容、授課方式和考核機制等方面進行探討分析，提出了培養(yǎng)學習興趣、強化專業(yè)認知、精選教學內(nèi)容、強化軟件操作以及優(yōu)化考核機制等措施，以期進一步提高教學質(zhì)量，實現(xiàn)教學目標，為學生將來從事數(shù)學地質(zhì)工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)學地質(zhì)；教學內(nèi)容；教學方法；考核方式

數(shù)學地質(zhì)屬地質(zhì)學的一個重要分支學科，是二十世紀六十年代以來形成的一門邊緣學科。它是地質(zhì)學與數(shù)學、計算機相結(jié)合的產(chǎn)物，目的是從量的方面研究、解決地質(zhì)學問題，反映地質(zhì)學從定性描述向定量研究發(fā)展的新趨勢。隨著科學技術(shù)的進步，分析測試手段及測試儀器的不斷改進、更新，地質(zhì)數(shù)據(jù)暴增，數(shù)值型地質(zhì)信息大量出現(xiàn)，伴隨數(shù)學和計算機等相關(guān)學科理論的發(fā)展，推動數(shù)學地質(zhì)不斷進步。數(shù)學地質(zhì)方法的應用幾乎滲透到地質(zhì)學的各個領(lǐng)域，在地礦、石油、冶金等領(lǐng)域得到廣泛應用，并形成了理論和方法體系。因此數(shù)學地質(zhì)在地質(zhì)院校資源勘查工程專業(yè)課程中的地位日益牢固，成為專業(yè)必修課程之一。數(shù)學地質(zhì)作為一門理論與應用相結(jié)合的課程，不僅涉及線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計中深奧的概念、煩瑣的推導和復雜的計算，還涉及對計算機軟件的有效利用和對地質(zhì)學基礎(chǔ)理論知識的熟練掌握，使得學生容易產(chǎn)生懼學、厭學的心理。針對該課程的特點和學生的實際情況，筆者結(jié)合多年的教學實踐和遇到的實際問題，對如何提高數(shù)學地質(zhì)的教學質(zhì)量進行了探討。

一、培養(yǎng)學習興趣，強化專業(yè)認知

興趣是最好的老師。學生有了學習興趣，就會主動探索知識。教師在教學中可以結(jié)合課程自身的特點，通過展示課程魅力培養(yǎng)學生的學習興趣。比如在講授緒論部分時，可以向?qū)W生介紹數(shù)學地質(zhì)的發(fā)展歷史和應用前景，并結(jié)合最近召開的國際國內(nèi)數(shù)學地質(zhì)大會等相關(guān)專業(yè)會議內(nèi)容，為學生展示本學科的前沿動態(tài)及發(fā)展趨勢，拓寬專業(yè)視野，強化學生的專業(yè)認知。同時還可以向?qū)W生介紹數(shù)學地質(zhì)方法在地礦、石油、冶金等相關(guān)地質(zhì)領(lǐng)域研究中取得的應用成果，讓學生感受學習數(shù)學地質(zhì)課程的價值，體會數(shù)學地質(zhì)方法在地球科學研究中的作用。此外還可以通過一些實際案例的具體分析，讓學生了解數(shù)學地質(zhì)方法能解決哪些具體問題，還可以讓學生了解數(shù)學地質(zhì)方法應用的深度和廣度，從而培養(yǎng)學生的學習興趣。另外還可以向?qū)W生介紹為數(shù)學地質(zhì)發(fā)展做出突出貢獻的國內(nèi)外杰出科學家，讓學生感受到數(shù)學地質(zhì)學家留給我們的不僅是理論的傳承和方法的應用，還有他們的探索精神和求知欲望。這些都將使學生對數(shù)學地質(zhì)課程的學習產(chǎn)生濃厚的興趣，強化專業(yè)認知，從而增強學生學好該課程的信心。

二、挑選合適教材，精選教學內(nèi)容

數(shù)學地質(zhì)教材有些偏重于實際方法的應用，理論知識講解比較少；有些教材則偏重于理論方面的講解，內(nèi)容大部分是數(shù)學公式復雜的推導過程，實際應用較少。我們選取教材時，要求教材既有適量的理論和嚴謹?shù)恼撌觯忠猩钊霚\出的方式闡述數(shù)學地質(zhì)的基本概念、數(shù)據(jù)處理方法和案例應用過程，而且還要注重理論方法與實際應用案例的相互融合，達到穿插教學的目的。經(jīng)過教學實踐和對比，發(fā)現(xiàn)石油工業(yè)出版社的《數(shù)學地質(zhì)方法及應用》比較合適，章節(jié)安排比較合理，并且把每種數(shù)學地質(zhì)方法的講解都融入科研項目實例當中，實現(xiàn)了理論教學與方法應用的相互穿插。該教材在第三章舉例用逐步回歸求儲量密度y與生、儲、蓋、圈、保5個因素的回歸關(guān)系式時，利用實際數(shù)據(jù)對理論公式的推導過程進行求解，使理論教學和方法應用相互融合，實現(xiàn)穿插教學。另外充分考慮數(shù)學地質(zhì)的課程特點和教學學時，以學生靈活應用數(shù)學地質(zhì)方法為主線，以掌握數(shù)學地質(zhì)基本理論為基礎(chǔ)，精選教學內(nèi)容。數(shù)學地質(zhì)課程共選擇五章，內(nèi)容包括緒論、地質(zhì)數(shù)據(jù)的表達方式及其特征、多變量相關(guān)分析、多變量分類分析和因子分析。而油氣資源定量評價、數(shù)學模型在地質(zhì)學中的應用這兩章涉及的學科專業(yè)知識比較深，留給學生繼續(xù)深造時學習。這樣就可以有充分的教學時間講授基本理論方法和實際應用過程，保證教學質(zhì)量的提高。

三、把握課程特點，多種授課方式并用

數(shù)學地質(zhì)是一門應用性很強的學科，在地礦、石油、冶金等地質(zhì)學領(lǐng)域得到了廣泛應用，是一門以數(shù)學理論為方法，以計算機技術(shù)為研究手段，對地質(zhì)問題進行定量研究的方法性學科。因此，數(shù)學地質(zhì)的授課方式有別于其他傳統(tǒng)的授課方式，既要充分考慮傳統(tǒng)理論教學（數(shù)學理論知識），又要考慮實踐操作教學（計算機技術(shù)操作），還要考慮實際應用教學（科研項目應用實際案例）。在數(shù)學地質(zhì)教學中，我們根據(jù)不同的教學環(huán)節(jié)，采取多種授課方式綜合應用的方法。比如在闡述數(shù)學理論方法時，可以采取啟發(fā)誘導式教學，由淺入深、由易到難、循序漸進地推導數(shù)學公式的簡單步驟。這樣便于實踐操作，有利于學生掌握知識點，加深學生對基本概念和公式定理的理解。而在實踐操作中，可以采取互動式教學，讓學生身臨其境，變被動學習為主動學習。如在講授回歸分析時，可先舉例說明國內(nèi)外學者應用回歸分析解決地質(zhì)問題的成功例子，然后結(jié)合學生所學的基礎(chǔ)專業(yè)課內(nèi)容，讓學生自己動手對生油門限時間和生油層溫度、埋藏深度進行回歸分析，讓學生在實踐中感受“有機質(zhì)向石油演化所需時間隨著地溫的升高和埋藏深度的加大而縮短，其中溫度對演化時間起主導作用”，從而調(diào)動學生數(shù)學地質(zhì)學習的積極性。同時，考慮到數(shù)學地質(zhì)應用性較強的特點，在教學中盡可能講授那些緊跟生產(chǎn)科研實踐趨勢、真實客觀和經(jīng)得起推敲琢磨的成功案例，特別是任課教師本人或教研室相關(guān)教師的最新科研成果。如在講授判別分析時，將《應用巖性統(tǒng)計方法判別珠江口盆地三角洲沉積相》的科研論文以案例講解的方式展示給學生；而在講授聚類分析和因子分析時，將《多元統(tǒng)計分析應用于惠州凹陷M層物源分析》的科研論文以案例講解的方式展示給學生，這樣可以賦予知識生動性、形象性和實踐性，從而培養(yǎng)學生處理數(shù)據(jù)、分析問題和解決問題的能力。

四、強化軟件操作，注重實踐教學

數(shù)學地質(zhì)從其出現(xiàn)就借助了計算機技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)軟件的應用。面對浩瀚的地質(zhì)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的研究方法很難處理、研究和分析它們，必須借助計算機和相關(guān)軟件才能完成。因此，掌握一定的計算機技術(shù)和相關(guān)軟件的操作非常重要，該課程要求熟練操作的軟件主要有SPSS、MATLAB和Surfer。在教學中，理論知識教學和軟件操作教學要同步進行，在講授完每種數(shù)學地質(zhì)方法的基本思想和原理后，馬上介紹相關(guān)軟件的操作過程和具體步驟，隨后安排上機實踐操作。上機操作內(nèi)容要由淺入深，首先由教師帶領(lǐng)學生按照實習指導書上已有詳細步驟和結(jié)果分析的案例進行操作；然后讓學生將軟件操作的結(jié)果與實習指導書上的結(jié)論進行對比，加深理解；最后，在時間允許的情況下，盡可能向?qū)W生提供一些實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，要求學生利用軟件進行分析操作，達到舉一反三、熟練操作的目的。當然在軟件操作教學中不能一味要求學生掌握這一操作流程，應該強調(diào)該課程的教學重點還是數(shù)學地質(zhì)方法的基本原理以及不同方法的科學選?。煌瑫r還要注重軟件輸出結(jié)果的地質(zhì)分析和相關(guān)解釋，以及是否符合地質(zhì)學的相關(guān)規(guī)律。因此，在熟練掌握軟件操作流程的基礎(chǔ)上，要求學生對輸出結(jié)果進行地質(zhì)分析，給出地質(zhì)解釋，并完成相應的上機實習報告，使理論知識與軟件學習有機結(jié)合，有效提高計算機軟件操作和數(shù)學地質(zhì)方法應用能力。

五、優(yōu)化考核機制，合理評定成績

考核機制是合理評定學生成績的依據(jù)，也是檢驗學生對該門課程掌握程度的標尺。數(shù)學地質(zhì)作為一門應用型學科，其考核機制必須堅持學以致用的原則，不僅要考慮學生對基本原理和方法的掌握程度，還要考慮學生對相關(guān)軟件的操作過程以及對輸出結(jié)果的地質(zhì)分析解釋能力，特別是數(shù)學地質(zhì)方法的綜合應用能力。根據(jù)課程特點，可以采取閉卷考試、上機操作考查和學科論文綜述相結(jié)合的考核機制，進而對學生的學習成績給予綜合評定。閉卷考試主要考核學生對各種數(shù)學地質(zhì)方法和理論知識的掌握程度；上機操作考查主要考核學生對相關(guān)軟件操作的熟練程度，以及對軟件輸出結(jié)果的地質(zhì)分析和地質(zhì)解釋的能力；學科論文綜述則是通過對數(shù)學地質(zhì)相關(guān)文獻資料的閱讀，把握學科前沿動態(tài)和發(fā)展趨勢，從而培養(yǎng)學生撰寫學術(shù)論文和綜合分析問題的能力。

六、結(jié)語

數(shù)學地質(zhì)是一門應用性很強的交叉學科，運用的數(shù)學方法較多，涉及的數(shù)學理論知識較深，應用的領(lǐng)域范圍較廣，對計算機技術(shù)和軟件操作的要求也比較專業(yè)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，大量數(shù)值型地質(zhì)信息出現(xiàn)，其越來越受到地質(zhì)學家的重視，并得到了廣泛應用?？傊瑪?shù)學地質(zhì)教學是一項復雜的系統(tǒng)工程，只有在教學中不斷歸納、總結(jié)、探索、創(chuàng)新和實踐，才能跟上時代步伐，提高該課程的教學質(zhì)量，實現(xiàn)教學目標，為學生將來從事數(shù)學地質(zhì)工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]趙鵬大，夏慶霖.中國學者在數(shù)學地質(zhì)學科發(fā)展中的成就與貢獻[J].地球科學，2009，34（2）：225-231.

[2]尹艷樹，尹太舉.數(shù)學地質(zhì)的教學思考[J].長江大學學報（自然科學版），2011（9）：123-124.

[3]趙鵬大.繼往開來，再接再厲，為發(fā)展我國數(shù)字地球科學做出更大努力[J].國土資源科技管理，2012，29（6）：4-7.

[4]譚元元，黃玲花.多元統(tǒng)計分析課程教學探討[J].廣西師范學院學報（自然科學版），2016，33（4）：152-155.

[5]劉靜.“數(shù)學地質(zhì)”課堂考核方式改革與實踐[J].重慶科技學院學報（社會科學版），2015（3）：119-121.

作者簡介：余燁（1983— ），博士，講師，研究方向：數(shù)學地質(zhì)教學與科研。