對分課堂和雨課堂模式下《地震反演理論與實踐》課程案例庫建設(shè)與教學(xué)研究

許永忠　董守華　黃亞平　胡明順 劉軍濤

摘 要：《地震反演理論與實踐》案例庫的建立有利于提高研究生的實踐和創(chuàng)新能力。本文詳細(xì)介紹了地震反演案例庫建設(shè)的意義、內(nèi)容和原則，并探討了將對分課堂、雨課堂、“3+1”和PBL運用于課堂的案例教學(xué)。通過不同于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，可以極大的調(diào)動學(xué)生的積極性和老師授課的有效性，對于研究生教育教學(xué)改革具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：地震反演 教學(xué)案例庫 對分課堂 雨課堂 PBL

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-1578（2018）11-0071-02

1 引言

《地震反演理論與實踐》作為地球物理學(xué)專業(yè)碩士研究生的專業(yè)選修課程，在地球物理學(xué)專業(yè)的研究生課程教學(xué)中有著舉足輕重的作用。隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源需求的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的以構(gòu)造勘探為主的研究生教育課程設(shè)置和授課內(nèi)容，已明顯不能適應(yīng)新形勢下地球物理學(xué)研究生的培養(yǎng)要求。由于地震反演具有內(nèi)容繁雜、理論性強的特點，對于地震反演理論掌握不好的同學(xué)來說比較難以掌握，如何做到深入淺出的教學(xué)和培養(yǎng)出高水平的反演人才是我們一直關(guān)注的問題。通過課程建設(shè)，完善課件材料，并增加相應(yīng)工程案例、實踐數(shù)據(jù)和材料，提高學(xué)生的實踐能力和水平。

2 地震反演案例庫建設(shè)的意義

案例教學(xué)是老師結(jié)合相應(yīng)的教學(xué)要求，以實際的案例問題出發(fā)，組織學(xué)生運用自身所學(xué)知識進(jìn)行研究討論的教學(xué)活動，它可以極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和解決實際問題的能力，對本課程的教學(xué)具有重要的意義。

（1）有利于構(gòu)建學(xué)生和老師的“學(xué)習(xí)共同體”，培養(yǎng)研究生的自主學(xué)習(xí)能力和科研能力。

外國學(xué)者于1995年提出了“學(xué)習(xí)共同體”的概念。它是由學(xué)習(xí)者與助學(xué)者（包括教師、專家、輔導(dǎo)者等）借助于一定的學(xué)習(xí)載體共同構(gòu)成的一種特殊的學(xué)習(xí)方法。案例庫建設(shè)以構(gòu)建“學(xué)習(xí)共同體”、“案例學(xué)習(xí)”、“研討式學(xué)習(xí)”為理念指導(dǎo)，本質(zhì)是將以知識為本位的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為本位的教學(xué)，使學(xué)生帶著一種認(rèn)同心理積極地參與和體驗快樂學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)、案例學(xué)習(xí)。

（2）有利于提高課程的廣度和深度，使我校與國內(nèi)外高水平科研院校接軌。

案例庫的建立旨在將行業(yè)當(dāng)前發(fā)展的新技術(shù)與方法引入研究生課程學(xué)習(xí)中。在當(dāng)前我國大力提倡頁巖氣勘探、開發(fā)的背景下，如何為我國三氣共采、頁巖氣勘探、開發(fā)提供高素質(zhì)的相關(guān)地球物理人才，是地球物理研究生教育責(zé)無旁貸責(zé)任。對此，我們制作包含當(dāng)前發(fā)展前沿的案例課件，結(jié)合我校對地震反演課程要求，使學(xué)生實時充分學(xué)習(xí)當(dāng)前國內(nèi)外反演先進(jìn)技術(shù)。

3 課程案例庫建設(shè)的內(nèi)容及案例的選取原則

地震反演案例庫的內(nèi)容是案例庫建設(shè)的重點，優(yōu)質(zhì)的內(nèi)容不僅能起到將目前地震反演理論的最新方法和技術(shù)介紹給研究生的作用，還能使其熟悉、并基本掌握其中 1～2 種地震反演方法，為將來從事實際勘探工作打好堅實基礎(chǔ)。對于案例庫內(nèi)容，主要有以下三個方面：

（1）地震反演的基本方法及預(yù)測。儲層與油氣、地應(yīng)力預(yù)測信息是油氣開采時所需要的主要數(shù)據(jù)之一，收集整理SEG、EAGE、CPS等國內(nèi)外行業(yè)協(xié)會中比較成熟的先進(jìn)反演方法及實際應(yīng)力預(yù)測數(shù)據(jù)或油氣儲層應(yīng)力預(yù)測樣例數(shù)據(jù)，用于開拓學(xué)生的視野和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（2）SMI反演技術(shù)預(yù)測地層巖性。近年來，地球物理反演結(jié)合機器學(xué)習(xí)及人工智能技術(shù)，成功地預(yù)測了多個“甜點”。本次研究以SMI等成功案例為基礎(chǔ)，結(jié)合其它非線性反演技術(shù)與理論，如波形指示等理論，收集巖性預(yù)測反演數(shù)據(jù)，制作典型案例。

（3）地震屬性、地震相結(jié)合CSSI預(yù)測地層巖性。地震屬性技術(shù)作為巖性地震勘探的重要方法，已在巖性地震勘探中獲得了大量的應(yīng)用。在油氣田儲層，其已被用來預(yù)測河道砂體的范圍、油氣分界面等多個方面。在能源勘探領(lǐng)域，其已被用來預(yù)測火成巖區(qū)、薄儲層分布范圍等多個方面。并結(jié)合相干/方差技術(shù)、譜分解技術(shù)、曲率技術(shù)、三瞬技術(shù)和 AVO 技術(shù)，收集相關(guān)數(shù)據(jù)各一套，制作火成巖CSSI反演的工區(qū)典型案例。

以上案例不能隨意選取，收集的時候應(yīng)該遵循以下原則：案例庫覆蓋的知識面與教材內(nèi)容的相關(guān)性及多樣性要一致；案例庫內(nèi)容理論深淺需要與教學(xué)要求吻合；案例庫要有系統(tǒng)性、系列化和整合性；案例庫的內(nèi)容應(yīng)具有真實性、客觀性、時效性和典型性。

4 案例的教學(xué)方式

收集好案例之后，如何有效的運用案例于課堂是最關(guān)鍵的問題。隨著時代的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)方式如講授法和討論法都單方面的強調(diào)了老師或者學(xué)生的權(quán)力，教學(xué)效果不盡人意，且互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展也對舊的教學(xué)模式產(chǎn)生了巨大的沖擊，因此我們需要改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)模式，使課堂教學(xué)更加有效。對于反演案例教學(xué)，主要采取以下四種方式：

（1）對分課堂（PAD）。PAD強調(diào)兩點：一方面是將教學(xué)時間對分，一半用于教師講授案例內(nèi)容，另一半則交由學(xué)生討論；另一方面要求將教師講授與學(xué)生討論的時間錯開，以便于學(xué)生有充足的時間吸收老師講授的知識。對分課堂具體可分為四個階段，首先是老師對反演案例進(jìn)行介紹，只講授基本內(nèi)容和重難點，起到引導(dǎo)的作用，其次是學(xué)生結(jié)合重難點和一些有爭議性的問題獨自學(xué)習(xí)，然后學(xué)生梳理好學(xué)習(xí)成果回到課堂上相互討論，最后是老師對討論不出的問題進(jìn)行答疑，并檢驗學(xué)習(xí)成果。同一內(nèi)容，經(jīng)過講授、獨學(xué)、討論、對話這四個階段，理解程度逐步加深，課堂的“對分”有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和溝通、合作及提出并解決問題的能力。

（2）雨課堂。雨課堂是由學(xué)堂在線與清華大學(xué)在線教育辦公室共同研發(fā)的智慧教學(xué)工具，旨在實現(xiàn)教學(xué)監(jiān)管、師生互動、豐富與拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)信息采集、量化學(xué)習(xí)效果等教學(xué)目的。它將復(fù)雜的信息技術(shù)融入到PowerPoint和微信中，課前可以直接向?qū)W生手機推送MOOC視頻、習(xí)題、語音的課前預(yù)習(xí)課件，實現(xiàn)師生課前及時、充分交流，這對于減輕教師教學(xué)負(fù)擔(dān)及提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣具有極大的促進(jìn)作用，而課上，實時答題、彈幕互動的功能更是克服了傳統(tǒng)課堂師生互動不足的缺點。雨課堂覆蓋了課上課下的每個教學(xué)環(huán)節(jié)，它生成各種精確的數(shù)據(jù)報表等個性化功能使得教與學(xué)不再盲目，極大地推動了教學(xué)改革。