浅谈地球物理学专业基础理论课教学改革策略——以场论课程为例

杨海燕， 邓居智， 汤洪志， 方根显

（东华理工大学核工程与地球物理学院，江西抚州 344000）

地球物理勘探专业的专业课程学习多建立在扎实的先修理论课程基础上，专业课程主要介绍方法原理、技术流程和资料处理与解释方法等，而无论方法原理还是资料解释都要对地球物理场理论充分理解并能熟练应用。因此，地球物理场理论（简称“场论”）课程在该专业课程体系中的重要性不言而喻。场论课程运用数学和物理学方法来研究客观的引力场、稳定电场、稳定磁场和时变电磁场的性质、规律和计算方法，提高运用数学和物理知识分析、研究相关地球物理问题的能力。理论课程教学往往与枯燥乏味相伴，一味地注重教学内容本身而忽略该类课程教学方法和教学手段的改革和创新，势必会削弱学生的学习积极性和学习兴趣，难以达到课程的教学目标。因此，在恪守教学大纲的前提下，坚持与时俱进的思维模式，在教学方法和教学手段方面进行改革和创新，对提高教学质量和教学效果均具有重要意义。

1 基础理论课程教学现状及存在问题

场论课程是一门重要的专业理论基础课，根据教学大纲要求，通过本课程的学习应使学生掌握稳定场和时变场的基本性质、典型分析方法等，能运用数学和物理方法分析和处理一些典型场的边值问题，并对稳定场和时变场的整体理论有比较完整的认识，为学习后续专业课程及地球物理方法实践打下基础。场论课程为全理论教学，在整学期课堂教学中，除概念描述和例题分析外，公式推导占据了课堂的大部分时间。多数公式推导过程都是必要的，如稳定场有源无旋证明，偶极子场解析解推导与分析，以及由麦克斯韦方程组推导波动方程的过程等［1－3］。这类推导除展示矢量场公式的使用外，主要还是教授学生地球物理场具体问题的分析方法以及解的特征，进而启发其进行抽象思维和逻辑推理的能力。

实现拟定的教学目标除与教师的课前准备和课堂教学能力有关外，还与学生是否具有浓厚的学习兴趣相关，尤其以教师和学生之间建立的有效互动以及教与学之间的同步性最为重要。教学过程中常常遇到的问题，主要有以下几方面。

（1）学习积极性有待提高。教师在讲授场论课程前细致的准备工作是必需的，不仅要对各个繁琐公式的推导过程十分理解，还要对各个公式之间的联系、公式的数学与物理意义、以及将来在相应专业课程中的应用环节充分掌握，还需要对课堂的讲解过程进行合理安排。学生则需要做到课前预习，课堂上保持注意力集中，课后复习。因此，任课教师与学生都需要保持教学与学习的积极性。

（2）理论知识点与专业课程的联系有待加强。场论课程为后期开设的专业课程服务，该课程开设于专业课程之前。部分课程内容与专业课知识联系紧密，结合专业课知识讲授该部分内容势必产生较好的教学效果，但大多数学生对专业理论知之甚少，因而无法产生预期共鸣。

（3）学生成绩差异有待缩短。学习场论课程需要先修的课程主要有高等数学、矢场分析、大学物理以及数学物理方程等，学生对先修课程的掌握程度直接关系到场论课程的学习效果，进而也会影响到其后专业课程的学习。部分学生对高等数学、数学物理方程等难度较高的课程掌握程度不足，进而在场论课程学习中力不能及，因此在教学过程中对相应内容的深度讲解，在关键问题分析中复习先修课程的相应知识点都会对该课程教学产生积极效果。

（4）课堂氛围有待调整。教与学的课堂互动是检验多数课程课堂教学效果的标准之一，场论这门纯理论课程也不例外，但互动效果有待提高。其原因主要与该课程的知识内容有关，课程的概念讲解、公式推导与分析占据了大量的教学时间，从公式本身开展互动难以取得较好的效果，若以思维发散方式互动反而较好，如由稳定电场的性质推测或比较稳定磁场的性质等知识点上进行互动。

2 课程教学改革

2．1 多媒体的合理使用

多媒体是现代化教学的必备手段，也是丰富教学内容、提高教学效果的优选策略之一，但在基础理论课程教学中则需要合理使用。多数基础理论课程内容涉及的公式推导、概念表述等以板书方式为佳，采用多媒体教学反而不能起到印象深刻、逻辑合理的教学目的。在场论课程若干教学内容中可适当穿插多媒体以提高教学效果，举例如下。

在时变电磁场一章中，在完成偶极子辐射场远区解和近区解公式推导后，对偶极子场特征的分析过程即可采用多媒体方式。用多媒体课件或flash动画展示偶极子各参数变化时电场和磁场随时间的变化曲线，分析观察点位于偶极子中心、轴线上和平面上不同位置时的电磁场曲线特征，进而由此阐述地球物理方法发射—接收装置的物理特点与接收信息的响应特征［4］。此外，对远区场和近区场特征的比较以及与其对应的远区和近区地球物理资料的适用范围等均可纳入讨论。由此建立起单一的数学公式与丰富的图片信息以及专业内容之间的联系，加深学生对偶极子场的理解，提高其学习兴趣。

2．2 科学研究与基础理论课程的有效结合

基础研究类科研项目（如国家自然科学基金、省自然科学基金等）涉及大量的理论研究内容，地球电磁学或勘探地球物理学领域的科研内容多着眼于对原有理论成果的发展和创新，或以原有成果为基础对方法技术和观测成像系统的改进和建立。创新性的科研成果多为大量基础理论内容的发展，其研究过程势必涉及相应学科的基本理论与性质，由此便可建立复杂的科研内容与相应的基础理论课程之间的联系，进而为学生参与科研创造契机。

鼓励和邀请学生积极参与科学研究的主要目的不是为了获得创新性的研究成果，而是使学生在参与科研的过程中惊讶于简单电磁场理论的复杂应用和单一电磁场问题的综合分析，进而拓展学生的理论知识视野，建立理论基础课程的学习信心，提高学习积极性［5］。以作者单位为例，现有的多个国家自然科学基金项目中的三个项目的研究内容均与电磁场理论相关，其研究过程必然涉及麦克斯韦方程组和电磁波在导电介质中的辐射与传播，而该部分内容正是场论课程的知识核心。因此，可在场论教学过程中结合本部分科学研究内容，鼓励学生以自修形式学习和探索该内容的后续发展，培养学生的科研思维，实现基础理论课程与科学研究内容的结合。

2．3 课堂形式的适当调整

教学方法、教学内容及教学手段的改革与创新均以由其产生的教学效果为衡量标准，因此学生的知识获取程度是教学内容的核心与教学改革的出发点。在教学大纲的指导下灵活调整课堂形式，使学生在每节课中学到更多的知识也是教学内容的重要组成部分。

传统的理论课课堂教学以教师讲述为主，其间偶尔进行提问式互动，这种互动对课堂秩序能产生一定效果，但对全体学生的学习热情和学习积极性帮助有限。基于此，考虑将学生讲学纳入课堂教学范围，即在90或100分钟的教学过程中分配20至30分钟由学生上台讲述，所讲述内容在前一次或前几次课中提前安排，随着课程进展由学生预习并熟练该部分内容，以便在规定时间内完成授课，学生授课完成后由任课教师补充。为调动学生学习积极性，参与授课的学生兼顾优良中差，且以鼓励成绩差的学生授课为主。这样，被动学习与主动学习结合，理论教学与课堂互动结合，教师授课与学生授课结合，改变了理论课程教学的沉闷，提高了学生学习的积极性，使不同成绩的学生分别有了展示学习成果的舞台，也使学生有了教学体验，拉近了教师与学生的距离。

3 预期改革成果

通过教学改革一系列措施的执行，期待实现如下主要成果:

（1）改变理论课程课堂气氛，使理论课程富有知识性、趣味性、探索性;

（2）提高学生学习信心与学习积极性，变被动接受为主动学习;

（3）实现传统教学手段与现代化教学手段的有效结合，探索以多媒体教学为辅、板书教学为主的理论课程综合教学方法;

（4）探索教师授课与学生讲解相结合的新式理论课课堂教学形式，构建氛围浓郁、可接受性强的师生公共讲台;

（5）追求理论课程与科学研究相结合的启发式、探索式教学模式，在基础科学研究环境下实现理论课程的内容延拓和理论与实践相结合的教学理念。

4 结论

物探专业理论课程在专业体系中具有承前启后的作用，理论课程的改革措施以学生主动性学习直至对理论内容的深刻理解为依据。将现代化教学设备合理地融入传统教学形式中，并在理论课堂中实现严肃与活泼的统一、主动与被动的结合是理论课程教学改革的重要环节。而结合科学研究充分延拓理论课程内容则增强了学生学习的主动性与积极性。部分改革措施属探索性方法，改革过程严格遵守教学大纲和教学规范，教师对教学计划的完成程度，学生对课程内容的理解程度均是检验探索成败的标准。

［1］莫憾，邓居智．场论［M］．北京:原子能出版社，2006．

［2］邓居智，莫憾．场论解题指南［M］．北京:原子能出版社，2007．

［3］薛琴访．场论［M］．北京:地质出版社，1978．

［4］乔松，周锰钰，白朗．勘探电磁场论［M］．徐州:中国矿业大学出版社，1991．

［5］饶黄云．“电磁场与电磁波”课程的教学研究［J］．东华理工大学学报:社会科学版，2010（1）:71-73．