应用地球物理教学中理解思维的培养

张恒磊+胡祥云+张世晖

（中国地质大学（武汉）地球物理与空间信息学院，地球内部多尺度成像湖北省重点实验室，湖北 武汉 430074）

摘要：“磁法勘探”是地球物理相关专业一门重要的主干课程，其中数理公式复杂，如何让学生充分掌握本课程中关键的知识点、理解主要概念是任课老师面临的巨大挑战。本项研究基于课堂教学实践，研究理解思维的培养，提出运用灵活的翻转课堂模式激发学习热情，基于启发式教学培养理解思维，充分结合课堂提问与实践环节，深化对知识的理解。通过学生的积极参与，实现从传统“灌输式”讲授到“自主性”学习的转变，注重培养理解思维，以人为本提升教学效果。

关键词：应用地球物理；磁法勘探；理解思维

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）21-0238-02

随着高等教育的不断推进，研究教学方法与课程改革提高教学质量是当今学者探讨的热点课题，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》明确提出“全面提高高等教育质量”，指出“提高质量是高等教育发展的核心任务，是建设高等教育强国的基本要求”。“磁法勘探”是地球物理相关专业（勘探地球物理、勘查技术与工程等）本科生学习的一门主干课程，旨在培养地球物理专业学生掌握磁法勘探实践与科学研究所需的基本概念与基础理论[1]。这门课程包罗了地球磁场的基本理论、观测仪器、野外工作方法、数据整理与处理方法、以及资料应用解释的每个环节。教学大纲还包括一些基础的正反演理论，需要讲授的内容十分丰富，而其中涉及的众多数学公式更是增加了理解的难度。随着近年来教学规模不断扩大，如何进一步提高我校应用地球物理专业的教学效果、增强学生对知识的应用能力，一直是学院领导和教师们思考的主要问题和努力的方向。

至今，已有很多学者从地震学等视角探讨了应用地球物理学的教学方法[2，3]。本项研究针对“磁法勘探”课程，着重讨论学生理解思维的培养，寓教于学，让学生成为教学课堂的积极参与者，让学生成为课程知识的积极探索者。

一、翻转课堂教学，激发学习热情

应用地球物理专业课程中需要讲授很多基本的数学原理、推导一些关键数学公式的来龙去脉，难免会让学生感觉到枯燥乏味，甚至厌学情绪，学习积极性不高。针对这个问题，根本是要激发学生自主的学习热情，要求教师必须注重授课方式和形式，能够将复杂晦涩的数学公式、理论概念糅合于生动翔实的情节中，展现给学生的就不会是生冷的公式。古有诗云“书卷多情似故人，晨昏忧乐每相亲”，当学生对专业产生了兴趣，有自主的学习热情，教学效果必将事半功倍。

在“磁法勘探”课程教学中，几乎每一章节都有繁琐的数学公式、晦涩难懂的基本概念，要求教师仅仅利用短促的课堂教学时间让学生理解、接受，难于上青天。结合翻转课堂教学模式，充分调动学生学习的主动性与积极性，将能起到事半功倍的效果。翻转课堂教学模式起源于美国，并为全球教育研究者关注[4]。它实际上是“课前预习-课堂学习-课后温习”的深化，强调的是学生主动的学习和探索过程，在课下利用大量的时间分析问题、查资料解决问题，而课堂则扮演了老师与学生探讨、互动的平台。结合翻转课堂教学，让学生在自主探索、动手学习的过程中体会到求知的乐趣，激发对本专业的学习热情，这是学习任何一门知识的内在源动力，让兴趣成为引领学生前进的导师。如果学生能够以自我兴趣为导向进行学习，不仅有助于提升学习主动性，而且便于实现从灌输式教学到积极主动获取知识的转变。

二、注重提问，开展启发式教学，培养理解思維

被动学习的感觉就是囫囵吞枣，缺乏细细品味。教师需要针对一些关键的节点，提出问题，让学生思考，才能深化理解。笔者讲授“磁法勘探”课程有这样一个经历，教学计划安排了一个学时讲解向上延拓的原理以及应用，是本课程的一个要点。在课末展示一幅包含磁异常与其向上延拓的图，提问了数位同学，竟然不能对号入座。这引发笔者更多的深思：对于学习中的本科生，专业知识基础薄弱，理解思维还欠发达，教师需要充分结合问题引领学生去思考，“教”学生“学”会抽象理论知识的理解与消化。

启发式教学以学生为中心，通过灵活设置课堂教学方式，有助于学生对问题的理解[5]。教师根据每堂课涉及到的知识点与问题，诱导学生思考，有针对性的进行分析、推导，进而得出结论，让学生身临其境。就磁法勘探而言，往往学生在掌握了基本概念以后，却很难灵活应用，这是在专业学习中普遍存在的现象。面对众多的复杂的处理方法，教师可以启发式提出问题，增加学生理解。比如：要突出研究区的宏观异常特征，需要采用什么方法？引导学生往向上延拓、区域场分离等低通滤波方法思考；其次，想得到研究区的局部细节特征，又该采用那些方法？鼓励学生思考向下延拓、方向导数等方法。同时，教师应该适当的对各种方法的数学、物理性质与特点添枝加叶，丰富学生的理解。此外，课程讲授中结合一些磁法勘探实例分析、让学生动手编程实现算法等，可以让学生在实践中发现问题，加强对方法理论的理解。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，通过学生自己动手演练，理解结合实践增强对知识的领悟。笔者在讲授“磁法勘探”课程中，一个深刻的印象是关于磁异常垂向导数的知识点，其公式简洁、物理意义也不难理解，学生很容易接受。但是当学生自己动手编程实现该算法时，许多问题随之而来，让原本很“易懂”的问题带上了很多问号：譬如，与水平方向导数不同，原始磁异常数据中找不到z变量，如何计算z方向的方向导数呢？——看似很简单的问题，但是对于初学者，它表示学生深入思考了，只有亲临现场解决了这个问题以后，才算是真正理解了垂向导数的意义。

三、结束语

数学物理公式复杂、实践性强是应用地球物理课程的鲜明特点，其教学效果的好坏直接影响到学生对专业的认知程度，要求教师能够掌控全局，采用针对性的教学方式，围绕关键知识点，献身说法，最大程度的激发、培养和巩固学生的学习热情。本文结合“磁法勘探”课程，围绕学生理解思维的培养，提出采用翻转课堂启发式教学，充分利用提问和实践，以取得更好的教学效果，将我校地球物理专业学生培养为能熟练从事地球物理勘探、具有创新精神和实践能力的高级专门人才。

参考文献：

[1]张恒磊，胡祥云，张世晖.“磁法勘探”理论与实践相结合的教学方法研究[J].教育教学论坛，2014，（51）：128-129.

[2]熊章强，朱德兵，严家斌，张大洲.提高地球物理学科野外实践教学效果的探索与实践[J].中国地质教育，2012，（4）：132-134.

[3]孙鲁平.“应用地震学”课程改革与教学方法探讨[J].中国地质教育，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]邱隆伟，杨勇强，王冠民，任拥军.美国俄克拉荷马州立大学地质学专业人才培养机制调研[J].中国地质教育，2014，（1）：89-92.

收稿日期：2016-11-16

基金项目：中国地质大学（武汉）勘查技术与工程专业重磁类课程教学改革项目（2014A29）资助

作者简介：张恒磊（1984-），男（汉族），安徽明光人，中国地质大学（武汉），讲师，博士，研究方向：位场理论与重磁勘探。