地球物理學(xué)與空間物理學(xué)教學(xué)融合的探討

劉國其

摘要：對空間物理學(xué)、地球物理學(xué)的學(xué)科概況進(jìn)行初步介紹，對我系地球物理學(xué)和空間物理學(xué)教學(xué)內(nèi)容、課程體系、培養(yǎng)方案進(jìn)行分析和討論，最后對兩者如何進(jìn)一步融合給出建議。

關(guān)鍵詞：空間物理學(xué);地球物理學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）52-0164-02

一、學(xué)科簡介

地球物理學(xué)是用物理學(xué)的原理和方法，對地球的各種物理場分布及其變化進(jìn)行觀測，探索地球本體及近地空間的介質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、形成和演化，研究與其相關(guān)的各種自然現(xiàn)象及其變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，為探測地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、尋找能源、資源和環(huán)境監(jiān)測提供理論、方法和技術(shù)，為災(zāi)害預(yù)報提供重要依據(jù)。研究范圍包括地球的地殼、地幔、地核和大氣層。

地球物理學(xué)的研究、教育專業(yè)的開設(shè)以及各層次學(xué)生的培養(yǎng)，有助于增進(jìn)人類對地球及其周圍空間環(huán)境的科學(xué)認(rèn)識，并在勘探和開發(fā)利用石油與天然氣、煤田與地?zé)豳Y源、金屬與非金屬礦藏，對地震、火山、滑坡及巖爆等自然災(zāi)害的防震減災(zāi)應(yīng)用，保護(hù)與監(jiān)測地球生態(tài)環(huán)境，保障日地空間環(huán)境中航天飛行安全等方面起到重要作用。

空間物理學(xué)是在人造衛(wèi)星發(fā)射成功后迅速發(fā)展起來的一門學(xué)科，是有關(guān)宇宙空間、太陽、地球環(huán)境變化與研究的學(xué)科，是綜合應(yīng)用天基、地基監(jiān)測，結(jié)合理論研究與模型模擬應(yīng)用開展的基礎(chǔ)學(xué)科。空間物理學(xué)科的教育開展與科學(xué)研究，極大地開闊人類認(rèn)識宇宙的視野，對了解宇宙、地球空間環(huán)境和行星空間環(huán)境的起源與演化過程有重大的科學(xué)意義;對航天活動安全、人類開發(fā)利用空間、天基各類航天器的應(yīng)用、通信導(dǎo)航、定位運(yùn)行等起到重要保障作用。

二、學(xué)科分類

廣義的地球物理學(xué)除研究地球固體部分外，還研究氣象、水文、海洋、大氣層和電離層的物理過程。從學(xué)科性質(zhì)上講，地球物理學(xué)包括研究固體地球的固體地球物理學(xué)、研究固體地球整體及其內(nèi)部運(yùn)動動力過程的地球動力學(xué)、研究地面形狀的大地測量學(xué)、研究海洋運(yùn)動的海洋物理學(xué)、研究低空氣象學(xué)和大氣物理學(xué)以及高空乃至星際空間和太陽大氣的空間物理學(xué)等。目前，地球物理學(xué)主要分為固體地球物理學(xué)、地震學(xué)、深部地球物理學(xué)、地球動力學(xué)等研究方向，在教育部的專業(yè)分類里是一級專業(yè)學(xué)科。空間物理主要包括太陽物理學(xué)、日球?qū)游锢怼⒋艑游锢怼㈦婋x層物理、中高層大氣物理、太空環(huán)境與探測等分支學(xué)科，在教育部專業(yè)分類里是下屬于地球物理學(xué)的二級專業(yè)學(xué)科。因此，從學(xué)科分類上看，空間物理學(xué)是地球物理學(xué)下設(shè)的一個分支學(xué)科，與固體地球物理學(xué)性質(zhì)類似。因此，空間物理的學(xué)科教學(xué)應(yīng)和地球物理學(xué)的教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容、學(xué)科體系上有較緊密的聯(lián)系。

我們在與國內(nèi)各高校和科研院所就本科生、碩士生、博士生的招生與人才培養(yǎng)方面開展多層次的交流中發(fā)現(xiàn)，本科為地球物理專業(yè)的學(xué)生是空間物理專業(yè)在碩士生、博士生招生中最受歡迎的一類。多個負(fù)責(zé)招生的教師表示，地球物理學(xué)的學(xué)生比較適合在空間物理專業(yè)中繼續(xù)深造，其在碩博學(xué)習(xí)中能較快適應(yīng)空間物理專業(yè)研究生和博士生的課程教育，能快速進(jìn)入空間物理科學(xué)研究領(lǐng)域，在教與學(xué)的環(huán)節(jié)上，不存在明顯的專業(yè)不適應(yīng)問題。但在授課體系中則存在一些問題，這些問題一定程度上阻礙兩個專業(yè)的互通流向，至少對人才的交叉培養(yǎng)有一定的影響。

三、存在的問題

（一）專業(yè)核心課程的差異

目前，在國內(nèi)開設(shè)地球物理學(xué)和空間物理專業(yè)的高校、科研院所等單位的教學(xué)課程設(shè)置中，空間物理的專業(yè)課程有流體力學(xué)、磁流體力學(xué)、等離子體物理、高層大氣和電離層物理、行星際空間和磁層物理、數(shù)字信號處理、太陽物理、空間粒子輻射探測、空間環(huán)探測技術(shù)等;地球物理專業(yè)課程有力學(xué)（含彈性力學(xué)、流體力學(xué)等）、熱學(xué)、電磁學(xué)、數(shù)字信號處理、地震學(xué)、地磁學(xué)、地點(diǎn)學(xué)、地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、野外地質(zhì)學(xué)、重力與固體潮、應(yīng)用地球物理學(xué)、地震勘探引論、普通地球化學(xué)等。從課程內(nèi)容上不難發(fā)現(xiàn)，地球物理學(xué)的課程相對豐富，空間物理學(xué)則相對集中，且兩個專業(yè)在課程內(nèi)容的相似度上較低。在國內(nèi)開設(shè)空間物理學(xué)本科專業(yè)院校較少的情況下（主要為北京大學(xué)、中國科技大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)），空間物理學(xué)專業(yè)在研究生招生方面，一般主要從物理學(xué)專業(yè)或者地球物理學(xué)專業(yè)中錄取。地球物理由于專業(yè)屬性問題，相對更受歡迎。目前，空間物理學(xué)方向的課程，其授課多以科研內(nèi)容為主，基礎(chǔ)理論知識為輔。對于專業(yè)學(xué)習(xí)方面，僅僅在專業(yè)引導(dǎo)課程（概論課或者導(dǎo)論課）安排和講授，涉及空間物理方面的更多專業(yè)知識，包括空間探測、空間環(huán)境、地球上層空間等的開設(shè)和講授則存在明顯不足，這對同時擁有固體地球物理學(xué)和空間物理學(xué)的碩士學(xué)位點(diǎn)而言，是需要改進(jìn)的。

（二）教學(xué)方式的差異

地球物理方向（偏向固體地球物理）的教學(xué)與科研具有較悠久的歷史，是一門成熟的學(xué)科，因此，在理論講授、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、野外實(shí)習(xí)等方面都具有豐富的經(jīng)驗(yàn)與完善的平臺，理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)的各類地學(xué)地質(zhì)相關(guān)儀器、實(shí)驗(yàn)室等配備設(shè)施種類較多，既有完備的理論教學(xué)體系，也有齊全的實(shí)驗(yàn)設(shè)備輔助實(shí)踐教學(xué)，符合理科教學(xué)的設(shè)置要求。空間物理學(xué)由于其目前更偏向科研的學(xué)科性質(zhì)，它的數(shù)據(jù)更多的是關(guān)于地球高空、日地環(huán)境、外太空等領(lǐng)域的觀測與理論研究成果，在實(shí)踐教學(xué)中，儀器設(shè)備除了與天基運(yùn)行儀器（主要是衛(wèi)星）有關(guān)的地基監(jiān)測平臺，其他的則相對較少。偏科研性質(zhì)的理論教學(xué)又有些類似科研講座，更多的是介紹部分基礎(chǔ)數(shù)理知識和理論，再加上由科研結(jié)果組成的碎片化知識體系，這要求學(xué)生具有一定的科研基礎(chǔ)，有一定量的文獻(xiàn)調(diào)研，了解該方向的一些基本科研知識。總而言之，地球物理學(xué)的教學(xué)是理論和實(shí)踐相結(jié)合，較為全面;空間物理則明顯偏向理論與科研領(lǐng)域，更有難度。

四、總結(jié)與建議

空間物理學(xué)是地球物理學(xué)專業(yè)下的二級學(xué)科，但擁有相對獨(dú)立而完善的科研教學(xué)體系，兩者既有交叉點(diǎn)，又互有側(cè)重面。考慮到地球物理學(xué)本科作為空間物理研究生主要且優(yōu)質(zhì)生源之一，在分析本科生培養(yǎng)方案中的課程體系后，結(jié)合本系研究生培養(yǎng)同時擁有固體地球物理和空間物理碩士點(diǎn)的情況，筆者認(rèn)為，在課程教學(xué)與方式上，可以進(jìn)行以下改進(jìn)。

1.適當(dāng)增加與空間物理有關(guān)的課程開設(shè)。根據(jù)普通高等學(xué)校本科專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)方案的設(shè)置有一定的學(xué)分范圍要求，對于一個已經(jīng)成熟的教學(xué)課程體系，做較大的改動是不合理的，也不切實(shí)際。因此，可在專業(yè)核心課程中適當(dāng)增加一兩門與空間物理學(xué)有關(guān)的課程，如空間物理學(xué)基礎(chǔ)等。同時，在專業(yè)選修課上，增加多門與空間物理學(xué)有關(guān)的課程，如空間環(huán)境與預(yù)報、空間天氣學(xué)、空間探測技術(shù)、日地空間物理等，供學(xué)生選修與學(xué)習(xí)。這不僅可以增加部分對空間物理感興趣的學(xué)生的知識面，還能為將來選擇空間物理學(xué)作為研究生專業(yè)的學(xué)生打下知識基礎(chǔ)。

2.增加與空間物理學(xué)高校、科研院所的教學(xué)交流與合作。在高年級的教學(xué)中，選擇合適的方式，如暑期交流、夏令營等，將學(xué)生派送到國內(nèi)地球物理學(xué)、空間物理學(xué)專業(yè)頂尖的院校開展交流學(xué)習(xí)。學(xué)生有機(jī)會更進(jìn)一步了解空間物理學(xué)的歷史和發(fā)展、最新技術(shù)與成果，增加個人見識的同時，切身感受空間物理學(xué)的魅力。

3.以科研帶動教學(xué)。由于空間物理相對更偏科研性質(zhì)，可考慮增加科研講座報告的頻次。通過最新科研動態(tài)、科技發(fā)展不斷改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)手段。同時，邀請國內(nèi)著名地球物理學(xué)、空間物理學(xué)專家學(xué)者來本系開展科研與教學(xué)的交流、合作，以了解最新科研資訊與科研成果、科學(xué)技術(shù)。通過啟發(fā)學(xué)生科研思維，提升科研素養(yǎng)，增強(qiáng)科研榮譽(yù)感等，切實(shí)將空間物理學(xué)深度融合到地球物理學(xué)的教育教學(xué)工作中。

由于前沿科學(xué)研究中地球物理與空間物理教學(xué)需求的變化和技術(shù)革新的更新，我們要不斷完善現(xiàn)有人才培養(yǎng)方案中的課程體系，將最新理論與技術(shù)所形成的教育教學(xué)要求融入地球物理學(xué)本科人才培養(yǎng)，以更完備的地球物理知識體系，在較多的空間物理學(xué)理論知識與技術(shù)加持下，為地球物理學(xué)與空間物理學(xué)領(lǐng)域培養(yǎng)更加全面的人才。

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