“應用地球物理學”課程整合教學嘗試

云美厚

河南理工大學 資源環境學院，河南 焦作 454000

“應用地球物理學”是我校資源勘查工程、地質工程、水文與水資源工程、地球信息科學與技術等非地球物理本科專業的專業基礎課，是獲得各專業研究所需地球探測信息的重要工具之一。本課程所涉及的地球物理勘探方法眾多（包括重力勘探、磁法勘探、電法勘探以及地震勘探等），需要講授的教學內容多，而教學學時十分有限，這使得學生對所學知識的理解和掌握受到極大限制，課堂效果一度不十分理想。

為此，如何在保證教學進度、完成教學內容的基礎上，提高課堂教學效率和質量成為任課教師必須要面對的問題。過去我們一度采用傳統的不同勘探方法單獨教學的模式。然而，在教學實踐中，我們發現不同勘探方法的教學內容之間存在著較多的交叉重復現象。為此，通過組織任課教師開展教學研究，集思廣益，分析不同勘探方法的異同點，突破了不同勘探方法分割教學的思維模式，求同存異，積極開展整合教學嘗試。對不同勘探方法中交叉和重復的內容進行大膽合并和精簡，從而極大地縮減了教學內容，提升了課堂教學效率和教學質量，受到了學生的普遍好評。本文是對“應用地球物理學”課程實施整合教學的初步成果、具體做法和認識的歸納總結。

一、整合教學方法

整合(integration)一詞，在英語中譯為“使結合；使并入；使一體化”，實際含義可主要解釋為綜合、融合、集成、成為整體、一體化等[1]。因此，所謂整合教學，從教學內容來講，實際上就是不同學科、不同課程以及同一課程方法相同或相近教學內容的合并、融合與集成；從教學手段來講，實際上就是各種教學手段的綜合應用；從教學資源來講，實際上就是實現強強聯合，資源共享。

教學工作并非個體行為。首先，教學本身就是“教”與“學”的融合，二者缺一不可。其次，盡管實際課堂教學通常是由1名教師來完成的，但是，充分發揮課程群組或教學團隊的集體智慧，群策群力，集思廣益同樣是一個資源整合的問題。在此基礎上，進一步實施教學內容和教學手段的整合才能更好地發揮整合教學法的作用。

需要指出的是，整合教學法并不排斥傳統教學法，它是在傳統教學法基礎上對教學內容、教學手段和教學資源的優化與重組。整合的目的是為了精簡教學內容、突出教學重點、提升課堂效率，因而更有利于學生對于所學知識的融會貫通，更有利于提高教學質量。

此外，整合教學也并非是將相同或相近內容的簡單合并，而是在研究教學方法的基礎上，結合教學內容特點，從批判思維的角度出發，認真思考不同教學模式的可行性、可操作性、有效性和兼容性，再對其進行歸納、整合，然后將其有機地融合在自己的課堂教學之中，形成符合自己教學實際的教學模式。

二、“應用地球物理學”課程實施整合教學的可行性

“應用地球物理學”利用物理學的方法原理來研究和揭示地球內部結構、構造，是尋找地下各種礦產資源、水資源分布以及進行環境監測等不可缺少的重要手段。由于不同的勘探方法均是以物理學原理為基礎的，因此，具有理論基礎的同源性、研究對象的一致性、研究方法的相似性等特點。以重力勘探與磁法勘探為例，由于重力場與地磁場均為位場，因而可以統一采用位場理論來分析研究問題，這使得兩種勘探方法不論是在方法原理，還是在資料采集、處理和解釋等各個環節均具有極大的相似性。同理，對于電法勘探和地震勘探而言，由于電法勘探所依賴的電磁場理論和地震勘探所依賴的彈性波理論均可以用波場理論來研究，這使得兩種勘探方法也存在一定的相似性（直流電法等除外）。正是由于不同勘探方法所涉及教學內容的相似性使得傳統的按照勘探方法單獨教學的模式存在較多的內容交叉與重復，進而加劇了課堂教學負擔，直接導致課堂教學效率低下的不良后果。當然，也正是由于不同勘探方法所涉及教學內容的相似性才使得實施整合教學成為可能。

三、整合教學初步應用

在“應用地球物理學”教學實踐中，我們重點就以下幾個方面嘗試開展了整合教學研究。

1.整合課程內容體系，強化共性，突出個性

在課程內容體系整合過程中，我們主要采用“先綜合后分解”的原則。鑒于“應用地球物理學”課程教學工作面臨的主要問題是教學學時的有限性與本課程所涉及的地球物理勘探方法的多樣性以及教學內容的繁雜性之間的矛盾。為此，從專業人才培養的全局出發，統籌兼顧各方面的需求，對本課程教學內容進行篩選與優化。制訂了以地震勘探和電法勘探為主，以重、磁勘探方法為輔的教學內容取舍原則[2]。進一步，通過對不同地球物理勘探方法的普遍性與特殊性、共性與個性的研究，對教學內容體系進行了大幅度的調整，明確了各種勘探方法的共性，突出了個性，教學內容得以大幅度精簡。在保證教學任務和教學目標實現的同時，較好地克服了學時有限造成的困擾。經過精簡、調整、改進之后的課程內容體系主要由巖石物理基礎、地球物理場基本特征、正演模擬方法、地震勘探、電法勘探以及重、磁勘探6個部分組成。其中，前3部分內容重在強化不同勘探方法的共性（即綜合），而后3部分則突出表現不同勘探方法的個性（即分解）。這種編排方式，完全打破了傳統的不同勘探方法分割單獨教學的模式。

在課程體系整合過程中，考慮到本校學生的就業去向多以煤田單位為主，而煤田地球物理勘探又多以地震勘探和電法勘探為主的客觀實際，進一步明確了本課程教學的重點是地震勘探與電法勘探。與此同時，考慮到金屬礦以及其他資源和礦床勘探中，重、磁勘探反而是不可或缺的技術手段。從目前學生就業和考研等的多樣性需求出發，我們并未簡單地將重、磁勘探內容完全舍棄，而僅僅是將其置于從屬地位。

2.整合教學內容，實現課程內容一體化

在教學內容整合過程中，我們采用“先分解后綜合”的原則。即具體教學中先分別介紹不同勘探方法個性的內容，最后采用對比教學法，分析不同方法的異同點。這樣不僅能夠加深記憶，而且可以使學生避免所學內容的混淆，明確不同方法的差異性和相互聯系，進而更有利于學生對所學內容的融會貫通。

以重力場和地磁場、重力異常和地磁異常教學為例。教學中先按照傳統的分解教學方法，分別闡述重力場、重力異常以及地磁場和磁異常的基本概念、場的構成以及空間分布特點等，讓學生對這些內容有一個基本的認知[3]。最后進行教學內容的綜合，對比分析重力場與地磁場以及重力異常和磁異常的異同（見表1和表2）。通過這種對比分析，可以使學生進一步明確兩種場的基本分布特征以及兩種異常的基本概念。同時可以更準確地理解“重力場是強場，地磁場是弱場”以及“重力異常是弱異常，而磁異常是強異常”等論斷。

表1 重力場與地磁場的異同

表2 重力異常與磁異常的異同

3.實施學科整合，實現專業知識的一體化

在實際教學中，我們發現，除了本課程中不同勘探方法教學內容的交叉與重復外，同一學科，不同課程之間教學內容也具有一定的交叉或重復。如“薄層”與“厚層”的概念,不論是在先修的“地質學”和“煤地質學”課程中，還是在“應用地球物理學”課程中均會遇到。然而由于不同課程中“薄層”與“厚層”概念定義的差異性往往導致學生理解上的困惑，應用上的混亂。2008年10月曾有人在阿果石油網的地質物探論壇內提出了類似的問題：“薄層與厚層有沒有具體的劃分界限？是多少？什么標準？”[4]期間大約有24人參與了討論，但結論莫衷一是，爭論一直持續。由此可見，教學中重視不同課程教學內容的相互融合不僅有利于學生更準確地理解和把握概念，而且有利于學生更好地實現專業知識的融會貫通。下面僅以“薄層”與“厚層”的概念教學案例來說明實施學科整合的重要性。

在地震勘探中，通常將厚度小于1/4地震波主波長的地層或巖層定義為薄層，反之，將厚度大于1/4地震波主波長的地層或巖層定義為厚層[5]。顯然，這是一個相對量化的定義。該定義中“薄層”與“厚層”的分界線是由地震波主波長來決定的，而地震波主波長不僅與地層的速度有關，還與地層內傳播的地震波的主頻率有關，并非定值，這使得地震勘探中關于“薄層”和“厚層”的實際厚度分界線是動態的、相對變化的。這種相對性往往導致學生在概念理解上的混亂。

與此同時，為了讓學生能夠更好地理解不同課程中關于“薄層”和“厚層”的概念的差異性。我們通過啟發教學，引導學生回顧在前期“地質學”和“煤地質學”中已經學過的“薄層”與“厚層”的概念，并與本課程概念進行對比分析，最后進行歸納總結。在“地質學”中，一般將0.1m視為“薄層”與“厚層”的分界線，即小于0.1m的巖層為“薄層”，反之，為“厚層”[6]。在“煤地質學”中，按照采煤方法的不同，“薄煤層”和“厚煤層”有兩種劃分標準。對于地下開采方式，通常將厚度小于1.3m的煤層稱為薄煤層，反之為厚煤層；而對于露天開采方式，則以3.5m作為劃分薄煤層和厚煤層的分界線[7]。由此可見，在地質學中，地質家普遍采用地層或巖層絕對厚度來劃分“薄層”和“厚層”，而且不同的行業劃分的標準也不盡相同。通過對比分析，學生理清了不同課程中“薄層”與“厚層”概念的共性（均是用來描述地層厚度的）和差異性（即相對厚度概念和絕對厚度概念的差異）。

在此基礎上，為了加深理解，進一步闡明地震勘探中“薄層”和“厚層”概念相對性的內在本質實際上是由于地球物理方法本身的特性決定的。地球物理觀測方法并非是對地下介質的直接測量，而是通過實測地球物理場（或現象）變化對地下介質的間接反映，因而概念是相對的。而所有地質觀測均是針對地層巖石的直接測量，所以概念是絕對的。

4.整合教學手段，實現教學方式的互補

鑒于地球物理勘探方法實現過程的可視性。在教學中，我們充分利用野外工作現場錄像、多媒體資料、視頻材料、彩色圖片、三維動畫以及基于虛擬現實技術自行開發的虛擬地球物理儀器等多種教學手段，力求讓學生建立起對應用地球物理學的直觀的感性認識，較好地克服了傳統的僅僅依靠板書或多媒體等單一形式教學模式的不足。不僅激發了學生的學習興趣，而且極大地調動了學生的學習熱情。

5.整合教師資源，群策群力查漏補缺

為了更好地提升教學質量，我們十分重視發揮課程群組和教學團隊的作用，針對教學中存在的問題，實時地開展有針對性的教學研討活動，群策群力，找差距、想辦法，不斷完善教學內容，革新教學方法，提高教學技巧，提升任課教師的教學水平。

通過課程群組教師相互聽課、階段教學總結研討以及期中、期末考試試題和考試結果的分析研究等多種形式，不僅能夠及時發現問題，查漏補缺，總結提高，而且通過討論形成了統一的認識，可為下一年度本課程教學工作的順利開展和高效運行提供指導和保障。

從2008年至今，通過整合教學的不斷推進，“應用地球物理學”課程的教學效果得到了明顯的改善和提高，受到了學生和教師的普遍好評。本課程任課教師在近年來的各類教學競賽中先后獲得河南理工大學校級教學競賽三等獎1項，院級教學競賽二等獎3項。學生網上評教均在良好以上，多數學生認為“本課程內容主次分明、條理清楚、通俗易懂；課程的目的、意義和要求明確；教學方法靈活，富有啟發性，課堂氣氛活躍；課程內容凝練，授課方式方法特點鮮明；教學中理論與實踐相結合，深入淺出，易學易懂……。”但是，也有部分學生認為“課程內容枯燥、難度較大，講解還不夠深入，理解困難，缺乏學習激情，授課方法有待完善等。”

目前，“應用地球物理學”課程已被列為河南理工大學重點建設的本科生課程之一。我們相信，隨著教學改革的不斷深入，隨著各任課教師教學水平的不斷提高，“應用地球物理學”課程教學一定會喚起學生的潛能，激活學生的學習熱情，不斷提升學生的專業技能和未來擇業的專業競爭力。

[1]朱云波，閆新紅.“整合教學模式”在體育教學中的實驗研究[J].中國市場，2010，（31）：159，162.

[2]云美厚，趙秋芳.基于戰略思維的“應用地球物理學”教學實踐[J].中國地質教育，2012，（1）：142-145.

[3]張勝業，潘玉玲.應用地球物理學原理[M].武漢：中國地質大學出版社，2004：51-68.

[4]咨詢求助:薄層與厚層？[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，丁偉.地震分辨力新認識[J].石油地球物理勘探，2005，40(5)：603-608.

[6]韓運宴，羅剛，徐永齊.地質學基礎[M].北京：地質出版社，2007：99-103.

[7]李增學，魏久傳，余繼峰，等.煤地質學[M].北京：地質出版社，2009：157-173.