測繪類專業“地球科學概論”理論教學的若干思考

劉 洋，許才軍，溫揚茂

(1. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079； 2. 武漢大學地球空間環境與大地測量教育部重點實驗室，湖北 武漢 430079； 3. 地球空間信息技術協同創新中心，湖北 武漢 430079)

?

測繪類專業“地球科學概論”理論教學的若干思考

劉 洋1,2,3，許才軍1,2,3，溫揚茂1,2,3

(1. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079； 2. 武漢大學地球空間環境與大地測量教育部重點實驗室，湖北 武漢 430079； 3. 地球空間信息技術協同創新中心，湖北 武漢 430079)

以“地球科學概論”課程角色及測繪類專業特征為基礎，分析并給出了測繪類專業發展能夠拓展“地球科學概論”教學內容的3個實例，進而對測繪類專業“地球科學概論”課程的理論教學進行了一些思考，能夠為相關專業開展該課程教學提供參考。

測繪類專業；地球科學概論；理論教學

作為地球科學各分支專業學生的一門基礎課，“地球科學概論”通常被安排在大學一年級階段進行講授。其教學目的是講授地球科學的基礎知識，培養學生的唯物自然觀和宇宙觀，激發學生的探索精神和創新思維，促進人與地球和諧發展，為后續專業課程的學習奠定扎實基礎[1-3]。

測繪類專業研究地球空間信息科學與技術的基礎理論與方法，解決與地理空間分布有關的各種幾何、物理、人文及其隨時間變化的信息采集、處理、管理、更新和利用的科學問題,以培養厚基礎、寬口徑、強能力和高素質的人才為目標[4-6]。目前，該類專業對應于測繪科學與技術一級學科，涉及大地測量學與測量工程、攝影測量與遙感、地圖制圖學與地理信息工程3個二級學科，其課程教學均以講授專業基礎理論、培養工程實踐能力并重[6-7]。

測繪類專業具有開展“地球科學概論”課程教學的優良傳統，已建立起科學合理的教學目的、教學內容、教學方法。譬如，武漢大學在“測繪工程”專業開設了“地球科學概論”必修課，并在全校范圍內開設了相應的公共選修課。隨著地球系統科學及測繪科學與技術的縱深發展，如對地觀測、深空探測等技術及應用，測繪類專業越來越多地服務于全球環境變化、自然災害等科學問題的解決上。為此，在講授“地球科學概論”時，有必要考慮其基礎性、綜合性、前沿性，從而為學生創造一個提高綜合素質的課程平臺。針對該問題，筆者對測繪類專業開展“地球科學概論”理論教學進行了一些思考。

1 “地球科學概論”的課程角色

“地球科學概論”是地球科學相關專業的啟蒙課程，是地學專業知識的基礎，需要學生認真學習[1]。其主要講授內容如下[8]：宇宙中的行星地球、宇宙和地球的起源與演化、地球的物理性質和圈層結構、地球及各圈層的物質組成、巖石圈板塊運動與地質作用、大氣圈、水圈、土壤圈、生物圈、地表形態、地球環境及其變遷、自然資源及其利用、自然災害與減災對策(如圖1所示)。其內容涵蓋廣，能夠使學生全面了解地球科學的主要成就和基本知識，幫助學生建立正確的地球觀和時空觀，為今后的學習和工作打下良好基礎。

圖1 “地球科學概論”課程的主要講授內容

“地球科學概論”不屬于任何一個分支學科，有其獨特的課程特色[1]。對地質類專業而言，該課程所講授的大多數內容會在后續課程中系統學習，例如，為什么大多數礦物由晶體所組成并具有不同的結構特征？為什么硬脆巖石可以發生褶皺并出露于地球表面？為什么相鄰地層間會形成多種類型的不整合關系？這些問題會在“礦物學”“構造地質學”“地層學”等課程中專門講解。對測繪類專業而言，這些問題通常不會有后續課程進行專門講解。由此，在測繪類專業講授該課程時，教師需要注意這一課程的結構特征。

2 測繪類專業發展能夠拓展“地球科學概論”的教學內容

測繪類專業的發展能夠為“地球科學概論”課程拓展教學內容，能夠將一些地學現象從定性描述發展為定性、定量綜合描述。以全球環境變化、行星地質學、自然災害3個現象為例，本文給出測繪類專業發展在拓展“地球科學概論”課程教學內容方面的一些思考。

全球環境變化是由人類活動和自然過程相互交織的系統驅動所造成的一系列陸地、海洋與大氣的生物物理變化。其通常會給人類帶來巨大威脅，對人類安全和社會進步形成新的挑戰，與其相關的研究對發展地球科學、促進全球可持續發展具有重要的理論和實踐價值[9]。在對地觀測技術之前，人類對全球環境變化的理解相對較少。以全球定位技術、遙感技術為代表的對地觀測技術能夠對地球進行整體、連續、協調觀測，革新了人類對全球環境變化的認識[10]。由此，對地觀測技術的進步顯著拓展了“地球科學概論”課程教學中全球環境變化的講授內容、認知層次。

行星地質學指的是應用地質學原理研究行星和大天然衛星的物質組成、結構、起源和演化的一門自然學科。其依賴的觀測數據主要為基于測繪遙感獲得的電磁波、光波、影像等直接勘察的數據及取回的樣品[11]。在深空探測技術出現之前，人類較少獲取相關數據。自20世紀60年代美國實施阿波羅登月計劃以來，國際深空探測、中國月球探測等計劃相繼開展，人類已獲得包括月球、水星、金星、火星等的探測數據，對其表面及以下的成分、結構、形成演化過程進行了一定研究。鑒于太陽系的形成與演化歷史，相關研究工作為理解和認識地球提供了新的、更全面的視野。由此，深空探測技術的進步拓寬了“地球科學概論”課程中與宇宙中的行星地球相關的教學內容，對其系統性、完整性具有一定的補充。

自然災害是指由于自然異常變化造成的人員傷亡、財產損失、資源破壞等現象，主要包括氣象災害、地質災害、海洋災害及生物災害等。對地觀測技術，如全球定位系統、合成孔徑雷達、衛星測高等，可以提供大范圍、多時相、高分辨率的海量數據，由此可以建立定量的災害預測預報模型，能夠在自然災害的監測與評估中發揮巨大作用[12]。然而，在對地觀測技術出現之前，“地球科學概論”課程教學中對諸類自然災害的講解大多局限于定性描述。對地觀測技術的進步使得“地球科學概論”教學能夠對典型自然災害的時空物理模型進行一定介紹，實現了定性描述到定性、定量綜合描述的發展。

3 測繪類專業“地球科學概論”課程的理論教學

“地球科學概論”課程的理論教學主要講授地球科學的基本概念、原理及現象，培養學生的唯物自然觀和宇宙觀，激發學生的探索精神和創新思維，為后續專業課程的學習奠定扎實基礎。借鑒已有成果[1-3]，本文給出對測繪類專業開展“地球科學概論”理論教學的一些思考。

(1) 熟練講授地球科學中的基本概念、原理，展示地球科學中涉及的多種現象，解釋典型現象的產生機理，由淺入深，由表及里，以期學生有較強的感性、理性認知。在測繪類專業講授該課程時，教師可以在參考地質類專業講授該課程的基礎上，堅持“少而精”原則對若干基本概念、基本現象、基本理論進行闡述和解釋，以避免學生在畢業后對常見地球科學現象混淆不清，如地震。教師可以多媒體形式向學生展示歷史、現今地震在地表產生的破裂現象，以現象入手講述地震斷層的來源及合理近似性，進而展示依據地震斷層模擬的海嘯波，將其與近些年海嘯波觀測數據進行比較，表明現階段人類對地震機理認識的正確性，同時能夠將地震現象與其他地球科學現象關聯起來。此舉可完善學生的知識結構，使得對相關現象認識清晰。類似可講授的現象有地球環境變遷、水動力作用、內動力作用等。

(2) 培養學生發現、分析與地球科學現象相關的測繪類專業問題的能力，并嘗試作合理解釋，注重引導。如在合成孔徑雷達影像遙感解譯中，對某一極化方式，雷達回波強度、結構特征與地物表面粗糙度、介電常數等相關。針對該問題，教師至少可以引導學生發現、分析如下兩個問題：①地物表面粗糙度與地形形態及組合等相關，而地形形態及組合又與巖石成分、結構、構造運動等相關；②介電常數與水含量相關，而水含量又與地形形態及組合等相關。由此可逐步培養學生利用地球科學現象分析測繪類專業問題的能力。此外，可以要求學生在授課階段至少提出2個問題、回答4個問題，可以給學生安排課后思考問題，調動學生的主動性，增強學生發現、解決問題的能力。

(3) 培養學生宏觀與微觀相結合的思考模式，由此及彼，引導學生推廣至測繪類專業領域。如對于某一巖石標本，若利用放大鏡進行觀測，通常會發現與肉眼觀測不一致的結構、構造、顏色特征等，此時需要抓住關注的主要問題——宏觀特征還是微觀特征，同時應顧及二者的相互指示意義。將該思維模式應用到測繪類專業領域，如利用多時間、空間分辨率的對地觀測數據可以獲得隨時間、空間變化的多尺度信號，借鑒宏觀與微觀相結合的思考模式，應將所研究信號的宏觀因素與微觀因素區別開來，抓住某一因素的主要特征，同時綜合考慮另一因素產生的相關現象，從而更全面地進行后續研究。

(4) 激發學生創新能力，突出科學性。以海底擴張學說為例，“地質詩人”赫斯在獲取到海底并非古老、海底成分主要為玄武巖、海底有洋中脊和裂谷、裂谷被一系列橫向斷層所錯開等科學現象后，創造性地提出了海底擴張學說。由此，在理論教學階段，應引導學生在學習接觸到相關地球科學現象后，系統整理相關現象，創造性分析它們的特征、差異、變化及聯系，綜合運用對比、發散、聚焦思維等，抓住日常學習、生活中的靈感，大膽假設并合理解釋、推理，不斷激發學生的創新能力。

(5) 加強學生的素質教育，堅持“以學生為中心”的教學理論，讓學生在教學過程中處于中心地位，提高學生的參與度。“地球科學概論”教學過程中，涉及的地球科學現象、知識點相對較多，若全部采取教師講授的方式，效果可能達不到最佳，可以適當采取小組和學生講授的方式。為了講解某一地球科學現象需要查閱大量參考文獻和資料以追蹤學術前沿，為了形象演示某一地球科學過程需要制作相關多媒體演示，為了在課堂上生動、準確、清晰地講解需要鍛煉演講與口才能力，同時需要規范文字寫作與表達能力。為此，小組成員之間需要根據具體工作進行任務分工，工作完成后需要分享自己在完成所負責任務中的經驗和感受，也可能需要分享準備過程中的其他收獲。此外，準備過程中由于工作強度大、任務重等可能會出現其他問題而需要學生之間相互照顧學習、生活等。諸事項均能夠鍛煉學生的團隊協作、人文關懷、道德修養等素質。綜合素質的提高一直是任何專業學生所迫切需要的。

4 結束語

為培養適應測繪類專業發展的高素質人才，在講授“地球科學概論”時有必要考慮其基礎性、綜合性、前沿性。本文簡要給出了“地球科學概論”的課程角色，以全球環境變化、行星地質學、自然災害為例，對測繪類專業發展能夠拓展其教學內容進行了分析，進而給出了測繪類專業開展該課程理論教學的一些思考。本文能夠為相關專業開展該課程的理論教學提供一個有益參考。

[1] 萬天豐. 關于“地球科學概論”的教學指導思想[J]. 中國地質教育，2006，15(2)：47-52.

[2] 許延浪，楊友運，袁炳強，等. “地球科學概論”課教學規律探析[J]. 中國地質教育，2006，15(4)：98-101.

[3] 王雅寧. 綜合性大學非地學專業開設“地球科學概論”公選課的探討[J]. 教育教學論壇，2014(52)：213-214.

[4] 寧津生，王儂，翟翊主. 測繪高等教育教學改革研究[M]. 北京：測繪出版社，2005.

[5] 許才軍. 測繪工程專業課程創新體系初探[J]. 測繪通報，2007(11)：74-77.

[6] 許才軍，秦詠梅. 測繪工程本科專業創新人才培養方案解析[J]. 測繪通報，2014(6)：124-127.

[7] 吳云，方興. 測繪工程專業教學實施環節中的幾點思考[J]. 測繪通報，2014(7)：128-130.

[8] 劉本培，蔡運龍. 地球科學導論[M]. 北京：高等教育出版社，2003.

[9] 劉燕華，葛全勝，方修琦，等. 全球環境變化與中國國家安全[J]. 地球科學進展，2006，21(4)：346-351.

[10] 陳俊勇. 全球變化與對地觀測系統[J]. 科學中國人，1995(1)：7-9.

[11] 肖龍，GREELEY R，曾佐勛，等. 比較行星地質學的研究方法、現狀和展望[J]. 地質科技情報，2008,27(3)：1-13.

[12] 岳煥印，郭華東，劉浩，等. 對地觀測技術在重大自然災害監測與評估中的應用實例分析[J]. 自然災害學報，2001,10(4)：123-129.

Some Thoughts on the Theoretical Teaching of the “Introduction to Earth Science” for Surveying and Mapping Majors

LIU Yang1,2,3，XU Caijun1,2,3，WEN Yangmao1,2,3

(1. School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan 430079, China； 2. Key Laboratory of Geospace Environment and Geodesy, Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan 430079, China； 3. Collaborative Innovation Center for Geospatial Technology, Wuhan 430079, China)

In this paper, based on the curriculum role of the “Introduction to Earth Science” and the feature of the Surveying and Mapping majors, three cases are analyzed and presented, which are related to the extension of the teaching content of the “Introduction to Earth Science” due to the development of the surveying and mapping majors. Furthermore, some thoughts on the theoretical teaching of the “Introduction to Earth Science” for the surveying and mapping majors are proposed. The result can provide a reference for the related majors to carry out the teaching of this course.

surveying and mapping majors; Introduction to Earth Science; theoretical teaching

劉洋，許才軍，溫揚茂.測繪類專業“地球科學概論”理論教學的若干思考[J].測繪通報，2017(6)：146-148.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0210.

2016-06-08；

2016-10-25

武漢大學教學研究項目(JG201455)；國家自然科學基金(41404007)

劉 洋(1984—)，男，博士，講師，主要從事InSAR數據處理與地學解釋的教學與科研工作。E-mail：Yang.Liu@sgg.whu.edu.cn

G64

A

0494-0911(2017)06-0146-03