“应用地球物理学”课程整合教学尝试

云美厚

河南理工大学 资源环境学院，河南 焦作 454000

“应用地球物理学”是我校资源勘查工程、地质工程、水文与水资源工程、地球信息科学与技术等非地球物理本科专业的专业基础课，是获得各专业研究所需地球探测信息的重要工具之一。本课程所涉及的地球物理勘探方法众多（包括重力勘探、磁法勘探、电法勘探以及地震勘探等），需要讲授的教学内容多，而教学学时十分有限，这使得学生对所学知识的理解和掌握受到极大限制，课堂效果一度不十分理想。

为此，如何在保证教学进度、完成教学内容的基础上，提高课堂教学效率和质量成为任课教师必须要面对的问题。过去我们一度采用传统的不同勘探方法单独教学的模式。然而，在教学实践中，我们发现不同勘探方法的教学内容之间存在着较多的交叉重复现象。为此，通过组织任课教师开展教学研究，集思广益，分析不同勘探方法的异同点，突破了不同勘探方法分割教学的思维模式，求同存异，积极开展整合教学尝试。对不同勘探方法中交叉和重复的内容进行大胆合并和精简，从而极大地缩减了教学内容，提升了课堂教学效率和教学质量，受到了学生的普遍好评。本文是对“应用地球物理学”课程实施整合教学的初步成果、具体做法和认识的归纳总结。

一、整合教学方法

整合(integration)一词，在英语中译为“使结合；使并入；使一体化”，实际含义可主要解释为综合、融合、集成、成为整体、一体化等[1]。因此，所谓整合教学，从教学内容来讲，实际上就是不同学科、不同课程以及同一课程方法相同或相近教学内容的合并、融合与集成；从教学手段来讲，实际上就是各种教学手段的综合应用；从教学资源来讲，实际上就是实现强强联合，资源共享。

教学工作并非个体行为。首先，教学本身就是“教”与“学”的融合，二者缺一不可。其次，尽管实际课堂教学通常是由1名教师来完成的，但是，充分发挥课程群组或教学团队的集体智慧，群策群力，集思广益同样是一个资源整合的问题。在此基础上，进一步实施教学内容和教学手段的整合才能更好地发挥整合教学法的作用。

需要指出的是，整合教学法并不排斥传统教学法，它是在传统教学法基础上对教学内容、教学手段和教学资源的优化与重组。整合的目的是为了精简教学内容、突出教学重点、提升课堂效率，因而更有利于学生对于所学知识的融会贯通，更有利于提高教学质量。

此外，整合教学也并非是将相同或相近内容的简单合并，而是在研究教学方法的基础上，结合教学内容特点，从批判思维的角度出发，认真思考不同教学模式的可行性、可操作性、有效性和兼容性，再对其进行归纳、整合，然后将其有机地融合在自己的课堂教学之中，形成符合自己教学实际的教学模式。

二、“应用地球物理学”课程实施整合教学的可行性

“应用地球物理学”利用物理学的方法原理来研究和揭示地球内部结构、构造，是寻找地下各种矿产资源、水资源分布以及进行环境监测等不可缺少的重要手段。由于不同的勘探方法均是以物理学原理为基础的，因此，具有理论基础的同源性、研究对象的一致性、研究方法的相似性等特点。以重力勘探与磁法勘探为例，由于重力场与地磁场均为位场，因而可以统一采用位场理论来分析研究问题，这使得两种勘探方法不论是在方法原理，还是在资料采集、处理和解释等各个环节均具有极大的相似性。同理，对于电法勘探和地震勘探而言，由于电法勘探所依赖的电磁场理论和地震勘探所依赖的弹性波理论均可以用波场理论来研究，这使得两种勘探方法也存在一定的相似性（直流电法等除外）。正是由于不同勘探方法所涉及教学内容的相似性使得传统的按照勘探方法单独教学的模式存在较多的内容交叉与重复，进而加剧了课堂教学负担，直接导致课堂教学效率低下的不良后果。当然，也正是由于不同勘探方法所涉及教学内容的相似性才使得实施整合教学成为可能。

三、整合教学初步应用

在“应用地球物理学”教学实践中，我们重点就以下几个方面尝试开展了整合教学研究。

1.整合课程内容体系，强化共性，突出个性

在课程内容体系整合过程中，我们主要采用“先综合后分解”的原则。鉴于“应用地球物理学”课程教学工作面临的主要问题是教学学时的有限性与本课程所涉及的地球物理勘探方法的多样性以及教学内容的繁杂性之间的矛盾。为此，从专业人才培养的全局出发，统筹兼顾各方面的需求，对本课程教学内容进行筛选与优化。制订了以地震勘探和电法勘探为主，以重、磁勘探方法为辅的教学内容取舍原则[2]。进一步，通过对不同地球物理勘探方法的普遍性与特殊性、共性与个性的研究，对教学内容体系进行了大幅度的调整，明确了各种勘探方法的共性，突出了个性，教学内容得以大幅度精简。在保证教学任务和教学目标实现的同时，较好地克服了学时有限造成的困扰。经过精简、调整、改进之后的课程内容体系主要由岩石物理基础、地球物理场基本特征、正演模拟方法、地震勘探、电法勘探以及重、磁勘探6个部分组成。其中，前3部分内容重在强化不同勘探方法的共性（即综合），而后3部分则突出表现不同勘探方法的个性（即分解）。这种编排方式，完全打破了传统的不同勘探方法分割单独教学的模式。

在课程体系整合过程中，考虑到本校学生的就业去向多以煤田单位为主，而煤田地球物理勘探又多以地震勘探和电法勘探为主的客观实际，进一步明确了本课程教学的重点是地震勘探与电法勘探。与此同时，考虑到金属矿以及其他资源和矿床勘探中，重、磁勘探反而是不可或缺的技术手段。从目前学生就业和考研等的多样性需求出发，我们并未简单地将重、磁勘探内容完全舍弃，而仅仅是将其置于从属地位。

2.整合教学内容，实现课程内容一体化

在教学内容整合过程中，我们采用“先分解后综合”的原则。即具体教学中先分别介绍不同勘探方法个性的内容，最后采用对比教学法，分析不同方法的异同点。这样不仅能够加深记忆，而且可以使学生避免所学内容的混淆，明确不同方法的差异性和相互联系，进而更有利于学生对所学内容的融会贯通。

以重力场和地磁场、重力异常和地磁异常教学为例。教学中先按照传统的分解教学方法，分别阐述重力场、重力异常以及地磁场和磁异常的基本概念、场的构成以及空间分布特点等，让学生对这些内容有一个基本的认知[3]。最后进行教学内容的综合，对比分析重力场与地磁场以及重力异常和磁异常的异同（见表1和表2）。通过这种对比分析，可以使学生进一步明确两种场的基本分布特征以及两种异常的基本概念。同时可以更准确地理解“重力场是强场，地磁场是弱场”以及“重力异常是弱异常，而磁异常是强异常”等论断。

表1 重力场与地磁场的异同

表2 重力异常与磁异常的异同

3.实施学科整合，实现专业知识的一体化

在实际教学中，我们发现，除了本课程中不同勘探方法教学内容的交叉与重复外，同一学科，不同课程之间教学内容也具有一定的交叉或重复。如“薄层”与“厚层”的概念,不论是在先修的“地质学”和“煤地质学”课程中，还是在“应用地球物理学”课程中均会遇到。然而由于不同课程中“薄层”与“厚层”概念定义的差异性往往导致学生理解上的困惑，应用上的混乱。2008年10月曾有人在阿果石油网的地质物探论坛内提出了类似的问题：“薄层与厚层有没有具体的划分界限？是多少？什么标准？”[4]期间大约有24人参与了讨论，但结论莫衷一是，争论一直持续。由此可见，教学中重视不同课程教学内容的相互融合不仅有利于学生更准确地理解和把握概念，而且有利于学生更好地实现专业知识的融会贯通。下面仅以“薄层”与“厚层”的概念教学案例来说明实施学科整合的重要性。

在地震勘探中，通常将厚度小于1/4地震波主波长的地层或岩层定义为薄层，反之，将厚度大于1/4地震波主波长的地层或岩层定义为厚层[5]。显然，这是一个相对量化的定义。该定义中“薄层”与“厚层”的分界线是由地震波主波长来决定的，而地震波主波长不仅与地层的速度有关，还与地层内传播的地震波的主频率有关，并非定值，这使得地震勘探中关于“薄层”和“厚层”的实际厚度分界线是动态的、相对变化的。这种相对性往往导致学生在概念理解上的混乱。

与此同时，为了让学生能够更好地理解不同课程中关于“薄层”和“厚层”的概念的差异性。我们通过启发教学，引导学生回顾在前期“地质学”和“煤地质学”中已经学过的“薄层”与“厚层”的概念，并与本课程概念进行对比分析，最后进行归纳总结。在“地质学”中，一般将0.1m视为“薄层”与“厚层”的分界线，即小于0.1m的岩层为“薄层”，反之，为“厚层”[6]。在“煤地质学”中，按照采煤方法的不同，“薄煤层”和“厚煤层”有两种划分标准。对于地下开采方式，通常将厚度小于1.3m的煤层称为薄煤层，反之为厚煤层；而对于露天开采方式，则以3.5m作为划分薄煤层和厚煤层的分界线[7]。由此可见，在地质学中，地质家普遍采用地层或岩层绝对厚度来划分“薄层”和“厚层”，而且不同的行业划分的标准也不尽相同。通过对比分析，学生理清了不同课程中“薄层”与“厚层”概念的共性（均是用来描述地层厚度的）和差异性（即相对厚度概念和绝对厚度概念的差异）。

在此基础上，为了加深理解，进一步阐明地震勘探中“薄层”和“厚层”概念相对性的内在本质实际上是由于地球物理方法本身的特性决定的。地球物理观测方法并非是对地下介质的直接测量，而是通过实测地球物理场（或现象）变化对地下介质的间接反映，因而概念是相对的。而所有地质观测均是针对地层岩石的直接测量，所以概念是绝对的。

4.整合教学手段，实现教学方式的互补

鉴于地球物理勘探方法实现过程的可视性。在教学中，我们充分利用野外工作现场录像、多媒体资料、视频材料、彩色图片、三维动画以及基于虚拟现实技术自行开发的虚拟地球物理仪器等多种教学手段，力求让学生建立起对应用地球物理学的直观的感性认识，较好地克服了传统的仅仅依靠板书或多媒体等单一形式教学模式的不足。不仅激发了学生的学习兴趣，而且极大地调动了学生的学习热情。

5.整合教师资源，群策群力查漏补缺

为了更好地提升教学质量，我们十分重视发挥课程群组和教学团队的作用，针对教学中存在的问题，实时地开展有针对性的教学研讨活动，群策群力，找差距、想办法，不断完善教学内容，革新教学方法，提高教学技巧，提升任课教师的教学水平。

通过课程群组教师相互听课、阶段教学总结研讨以及期中、期末考试试题和考试结果的分析研究等多种形式，不仅能够及时发现问题，查漏补缺，总结提高，而且通过讨论形成了统一的认识，可为下一年度本课程教学工作的顺利开展和高效运行提供指导和保障。

从2008年至今，通过整合教学的不断推进，“应用地球物理学”课程的教学效果得到了明显的改善和提高，受到了学生和教师的普遍好评。本课程任课教师在近年来的各类教学竞赛中先后获得河南理工大学校级教学竞赛三等奖1项，院级教学竞赛二等奖3项。学生网上评教均在良好以上，多数学生认为“本课程内容主次分明、条理清楚、通俗易懂；课程的目的、意义和要求明确；教学方法灵活，富有启发性，课堂气氛活跃；课程内容凝练，授课方式方法特点鲜明；教学中理论与实践相结合，深入浅出，易学易懂……。”但是，也有部分学生认为“课程内容枯燥、难度较大，讲解还不够深入，理解困难，缺乏学习激情，授课方法有待完善等。”

目前，“应用地球物理学”课程已被列为河南理工大学重点建设的本科生课程之一。我们相信，随着教学改革的不断深入，随着各任课教师教学水平的不断提高，“应用地球物理学”课程教学一定会唤起学生的潜能，激活学生的学习热情，不断提升学生的专业技能和未来择业的专业竞争力。

[1]朱云波，闫新红.“整合教学模式”在体育教学中的实验研究[J].中国市场，2010，（31）：159，162.

[2]云美厚，赵秋芳.基于战略思维的“应用地球物理学”教学实践[J].中国地质教育，2012，（1）：142-145.

[3]张胜业，潘玉玲.应用地球物理学原理[M].武汉：中国地质大学出版社，2004：51-68.

[4]咨询求助:薄层与厚层？[EB/OL].（2008-10-28）.http://www.agoil.cn/bbs/read.php?tid=182034&keyword=%B1%A1%B2%E3%D3%EB%BA%F1%B2%E3.

[5]云美厚，丁伟.地震分辨力新认识[J].石油地球物理勘探，2005，40(5)：603-608.

[6]韩运宴，罗刚，徐永齐.地质学基础[M].北京：地质出版社，2007：99-103.

[7]李增学，魏久传，余继峰，等.煤地质学[M].北京：地质出版社，2009：157-173.