科研反哺教学在“磁法勘探”课程中的尝试

肖锋 徐驰

摘    要：科研与教学相辅相成，是大学倡导的重要教育理念。文章以“磁法勘探”课程为例，对科研在该课程中发挥的作用以及存在的问题进行了总结。从优选事例、课程思政、警示教育以及培养创新性思维等方面进行了探讨，探索进一步完善科研反哺教学的措施。

关键词：磁法勘探;科研反哺教学;教学改革;教学实践

中图分类号：G642.0          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2022）01-0047-02

19世纪，德国教育学家洪堡发现教师和学生都认为大学是师生共同追求知识或者科学的地方。他秉持“教学与研究统一”的思想创办了洪堡大学。洪堡的教育思想對现代大学的办学理念影响深远，目前多数高校都倡导“教研合一”。人才培养、科学研究、服务社会是现代大学的三大功能，其中教学是大学的核心工作，也是基本功能。科研是大学的重要职能，它对教学有一定的促进作用。教师通过科研，能为学生争取更多的学习资源和机会并提高教学质量。科研除了能完善教学内容外，还能激发学生的学习兴趣、提高学生的创新能力、促进师资队伍建设。尽管追求科研与教学相辅相成，但科研反哺教学在国内目前还存在着转变科研观念、优化教学内容、改进教学方式、开放硬件资源、完善激励机制、加强转化评价、完善保障工作等问题。

在科研反哺教学方面，前人也积累了一些经验，如采用“讲清必授知识+引导刨根问底+指导开放课题”式的教学方法;采用师生角色互换的“翻转课堂”模式;通过讲授科研故事、展示教师的科研进展、结合问题导向的教学方式，来激发学生学习兴趣、提高自主学习能力和培养科研思维能力;开拓“第二课堂”的实践平台;邀请国内外学者来校学术交流，开展校企合作，通过共建实验室、设立企业奖学金、举办学科竞赛等方式为学生的科研创新训练创造条件。

吉林大学的“磁法勘探”课程开设于1953年，国内知名教授如徐世浙、申宁华、张昌达、潘作枢等曾执教过此课。1987年的课程体系改革将“重力勘探”和“磁法勘探”两门课程合二为一，突出了两种勘探方法在理论基础和数据处理等方面的共性，避免了重复的内容。这种两课合并的方式一直沿用至今。为了坚持立德树人，形成三全育人的思想政治教育体系，同时也为了贯彻学校关于加快“双一流”人才培养的总体要求，为国家科技发展培养具有创造性思维的优秀人才，在2018年的本科培养方案中增设了“磁法勘探”荣誉课程。

荣誉课程的设置为科研反哺教学创造了有利条件。首先，考核方式多样化。期末考试成绩占比低于50%，过程考核更为重要。这样学生能摆脱应试教育的束缚，把更多的精力投入平时的学习过程中。其次，教学方法有创新。问题导向的教学方式、研讨方式、翻转课堂等多种方式均可实施。目的是激发学生的自主学习能力，培养学生的科研思维。最后，采用小班授课制。学生人数控制在20人以内，有利于开展师生互动，提升教学效果。荣誉课程同时对授课教师提出了更高的要求，包括围绕培养目标重新制定教学大纲、优化课程内容、活用教学手段，体现“重课程、重活动、重指导”的特色等。经过一学期的尝试，我们对“磁法勘探”这门课程也积累了一定经验，当然还存在不足。

一、优选教育事例

相对而言，理论知识比较枯燥，通过举例子、讲故事，可以把理论知识实用化、抽象过程具体化。结合课程内容，讲述本学科领域的人和事，更容易引起学生的“共情”。在人物选择方面，学生身边的人与学生的距离更近、更接地气，因此，我们通常以本学院的师生、校友为例。基于相同的道理，我们也多选择本地所发生的事件作重点阐述。

以“规则形体的磁异常正演”实验课程为例，在讲授编程风格的时候，展示了本学院孙运生教授在1995年用Fortran语言写的一段源代码。从函数定义、参数约定、代码注释、计算效率等多方面进行讲解，让学生体会他人的编程习惯或风格与自己的区别。在讲授国际地磁参考场的环节，在了解全球正常地磁场的大致情况之后，以吉林大学校园内的国际地磁参考场大小是多少为切入点，激发学生的求知欲。此题以课后作业的方式布置给学生。在后续的“磁力仪的认识与操作”实验课上，通过实测的地磁场与理论上计算的国际地磁参考场进行对比，引导学生分析引起两者差异的原因。这样一方面培养了学生解决问题的能力，另一方面也加深了他们对所处磁场环境的印象。

二、借助科研成果推进课程思政

课程思政是落实立德树人根本任务的基础工作。同样，在这门课程中，也需要融入思政内容。吉林大学历史悠久，教学成果丰硕，前辈取得的成就有助于提升师生的自豪感。

例如：在讲授“磁法勘探仪器”时，介绍了著名的地球物理探测仪器专家曾孝箴教授的科研成果。1955年，他从东北地质学院物探系毕业。20世纪50年代末，他就带领302仪器组发明了我国第一台“航空核子旋进磁力仪”，打破了美苏对我国的技术封锁，填补了国家航空磁测仪器的空白。20世纪60年代中期，他又研制了航空光泵磁力仪，填补了我国高精度磁测仪器的空白，将国内航磁测量精度提高了两个数量级。

当课程进展到“磁性界面反演”阶段，我们又介绍了黄大年教授以往的研究成果。他编写的界面反演程序能够处理单层界面、多层界面乃至纵向穿插的界面;不仅能处理物性参数为常数的情况，也能处理参数为变量的情况;能进行△T磁异常反演，也能进行全张量磁梯度反演;能实施重磁联合反演，还能添加多种约束条件反演等。尽管这是二十年前的成果，但在目前的商业软件中，很少有这么全面的磁性界面反演功能。

虽然这只是从硬件和软件两个方面列举了两位教授的科研成果，但他们将个人的发展与国家的需要结合在一起，为国家作出了突出的贡献。光荣的历史、优良的传统为师生带来的不仅是自豪感，更是一份发扬光大、继往开来的责任。榜样的力量是无穷的，在课堂上传递正能量，对学生树立正确的人生观和价值观会产生积极的影响，这也是“立德树人”的意义所在。

三、警示教育同样重要

看待事物要一分为二，科研中成功的经验固然值得分享，但失败的案例也同样值得应用于教学，起到警示作用。教学当中，我们多以自身为反面教材。一是自身体会最为深刻，对事件来龙去脉最为清楚。二是学生可以更加全面地评价教师或者看待科研，避免看待人和事物过于片面，在教学中培养其批判思维。

在磁法勘探教材中，提及要求磁力儀操作员严格去磁。一般意义上，“严格去磁”包括去除操作员穿戴物品上包含的铁器以及随身携带的电子产品。在上课过程中，为了加深学生对这一知识点的印象，以我们一次失败的案例进行了说明。一次科研项目中需要测定无人机的本底噪声，其中包含垂直磁梯度的测量。当时利用了不同高度的探头读数进行差分来近似计算垂直梯度。在野外施工过程中，我们在无人机的周围布设了方格测网，探头距离地表高度分别为20cm和65cm，进行了两次全覆盖测量。测试的结果表明，探头高度为65cm的读数比较稳定，观测误差较小。而高度为20cm的读数变化很大，观测误差也很大。究其原因，尽管磁力仪操作员的衣物已经严格去磁，但忽略了鞋面上的金属扣。由于探头离地面很近，因此鞋面上的金属配件对磁探头的干扰就不能忽略。排除干扰后重新进行测量，这不仅耽误了工期，也浪费了人力和物力。学生从这个失败的案例中明白了严格去磁是获得高精度磁测结果的重要前提保障。

四、借鉴科研对创造性思维的培养

通常科研项目以问题为导向，包括发现问题、调研现状、设计技术路线、论证可行性、解决问题等诸多环节。这与传统教育中的思维方式存在很大的不同，首先就体现在需要学生自主发现问题这一点。多数学生还不习惯提出问题，更不用说解决问题。对于这种局面，在课堂上多采用教师引导，学生补充的方式。例如：教材上提到一台日变站的控制半径约30km，引导学生去思考得出这一结论的原因是什么，有没有特例，陆地、海洋、海陆交界处的控制半径是否相同，不同高程获取的日变曲线是否一致，前人有没有做过不同日变站实测数据的对比？通过提问，激发学生去思考更多的问题，尽管有些问题学生暂时还没有条件去解决，但至少学会了多提问题，学会探索问题的深层次原因，这是培养创造性思维的关键一步。

经过一学期的教学实践，学生对这门课程的评教效果较好，达到了预期目标。但目前还面临一些问题，例如：科研用的仪器设备无法全部向学生开放、学生参与教师科研项目的时间不足等。未来，我们还将进一步完善科研与教学相结合的措施。

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[责任编辑  巴登其其克]

收稿日期：2021-02-01

作者简介：肖锋（1977—），男，四川仁寿人，吉林大学地球探测科学与技术学院副教授，博士，主要从事重磁勘探与古地磁学研究。