跨學(xué)科思維在地球物理測(cè)井課程中教學(xué)方式探索

謝偉彪 殷秋麗 張盼 馮程

摘要：為了培養(yǎng)高校學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技能，許多教育工作者在探索不同的教學(xué)改革方法，以便更好地適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求和學(xué)生的需要。文章討論了運(yùn)用跨學(xué)科思維進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)在地球物理測(cè)井課程教學(xué)的重要意義，通過整合教學(xué)內(nèi)容、數(shù)理推導(dǎo)訓(xùn)練、跨學(xué)科融合思維訓(xùn)練、開放研討訓(xùn)練和成果應(yīng)用導(dǎo)向訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維，提高其解決實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科思維；地球物理測(cè)井；教學(xué)應(yīng)用；教學(xué)方式

一、引言

許多學(xué)者通過探索翻轉(zhuǎn)課堂、合作學(xué)習(xí)理念、情境教學(xué)、案例教學(xué)等教學(xué)模式和教學(xué)方法，來提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)參與度、創(chuàng)新實(shí)踐能力、批判思維及綜合能力，并取得了較好的教學(xué)效果。然而，不同學(xué)科、不同課程面臨的教學(xué)問題均不相同，需要不同的解決方案。

地球物理測(cè)井是地球物理學(xué)、地球科學(xué)和石油工程領(lǐng)域中一項(xiàng)重要的技術(shù)手段。地球物理測(cè)井課程作為地球物理、資源勘查和石油工程專業(yè)的一門核心課程，對(duì)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐能力培養(yǎng)具有重要意義。該課程教學(xué)探索主要集中在課程共享平臺(tái)建設(shè)、教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化、三維混合教學(xué)等方面。

然而，地球物理測(cè)井課程知識(shí)內(nèi)容與其他學(xué)科交叉融合，如何將不同學(xué)科的知識(shí)融會(huì)貫通是教學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)，這就要求教師在教學(xué)中注重跨學(xué)科思維培養(yǎng)。目前，越來越多的學(xué)者和教育工作者認(rèn)識(shí)到跨學(xué)科思維在教育中的重要性，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問題的能力，他們引入更多的跨學(xué)科元素來嘗試教學(xué)改革。但是，在地球物理測(cè)井課程中尚且沒有學(xué)者提出具體的跨學(xué)科思維教學(xué)方式，所以探索跨學(xué)科思維的課程教學(xué)方式對(duì)提高地球物理測(cè)井課程的教學(xué)效果具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文研究了運(yùn)用跨學(xué)科思維進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)在地球物理測(cè)井課程教學(xué)中的重要意義，并在此基礎(chǔ)上，論述了課程改革的總體思路，以及整合教學(xué)內(nèi)容、數(shù)理推導(dǎo)訓(xùn)練、跨學(xué)科融合思維訓(xùn)練、開放研討訓(xùn)練和成果應(yīng)用導(dǎo)向訓(xùn)練等教學(xué)方式，總結(jié)了跨學(xué)科思維在地球物理測(cè)井課程教學(xué)中的有效性和局限性，為其他類似課程教學(xué)改進(jìn)提供了新思路和新方法。

二、跨學(xué)科思維在地球物理測(cè)井課程教學(xué)中的重要性

隨著科技的發(fā)展，各學(xué)科之間的交叉融合已成為教學(xué)創(chuàng)新的源泉。培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維能夠幫助學(xué)生理解復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題，發(fā)現(xiàn)不同學(xué)科之間的聯(lián)系，并運(yùn)用多學(xué)科的知識(shí)和方法解決問題。

地球物理測(cè)井是在井眼中探測(cè)和了解地下情況的技術(shù)，涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，包括地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、鉆井工程和巖石物理學(xué)等。在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，這些學(xué)科知識(shí)往往被割裂開來，導(dǎo)致學(xué)生難以形成系統(tǒng)的知識(shí)體系和跨學(xué)科的綜合思維能力。因此，教師在地球物理測(cè)井課程教學(xué)中引入跨學(xué)科思維的教學(xué)方式，有助于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

首先，地球物理測(cè)井課程知識(shí)涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，跨學(xué)科思維的教學(xué)理念有助于學(xué)生準(zhǔn)確理解不同學(xué)科知識(shí)在地球物理測(cè)井課程中的作用和關(guān)系，能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，如圖1所示。其次，在運(yùn)用跨學(xué)科思維的過程中，教師需要不斷探索新的知識(shí)領(lǐng)域，不斷更新知識(shí)結(jié)構(gòu)。再次，通過將不同學(xué)科的知識(shí)融合在一起，教師可以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同學(xué)科之間的聯(lián)系，調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。最后，在地球物理測(cè)井課程教學(xué)中，教師運(yùn)用跨學(xué)科思維的教學(xué)方式能提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)造力，從而成長(zhǎng)為具備跨學(xué)科思維的創(chuàng)新型人才。總而言之，教師在地球物理測(cè)井課程教學(xué)過程中采用跨學(xué)科思維的理念，對(duì)課程教學(xué)和人才培養(yǎng)具有重要意義。

三、地球物理測(cè)井課程中跨學(xué)科思維的教學(xué)方式

課堂教學(xué)是教學(xué)改革的主體，任何的教學(xué)改革最終都需要落到課堂教學(xué)具體內(nèi)容中。由于地球物理測(cè)井方法課程內(nèi)容具有交叉學(xué)科多、涉及內(nèi)容廣且深的特點(diǎn)，在明確學(xué)科之間的交叉融合方式和內(nèi)容下，教師采用跨學(xué)科思維優(yōu)化課堂教學(xué)內(nèi)容設(shè)置和結(jié)構(gòu)，注重交叉學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的投放，帶動(dòng)學(xué)生主動(dòng)思考和探索，能培養(yǎng)學(xué)生多維度思維模式，從而多角度地分析、思考問題，養(yǎng)成跨學(xué)科思維和實(shí)踐處理能力。

課堂教學(xué)的總體思路包括五個(gè)方面。

第一，整體性。課堂教學(xué)要求學(xué)生能基本掌握和運(yùn)用本專業(yè)的各種測(cè)井方法（電法測(cè)井、聲波測(cè)井、核測(cè)井），不能只注重某一方面。

第二，全面性。課堂教學(xué)既要面向勘查技術(shù)與工程專業(yè)總體教學(xué)方案，又要面向地球物理測(cè)井方向?qū)θ瞬诺男枨蟆?/p>

第三，重個(gè)性。由于學(xué)生本人的素質(zhì)差異和興趣愛好不同，在創(chuàng)新性意識(shí)和綜合運(yùn)用能力方面具有靈活性。

第四，強(qiáng)能力。全面提高每個(gè)學(xué)生對(duì)地球物理測(cè)井學(xué)科的整體認(rèn)知和實(shí)踐能力。

第五，求創(chuàng)新。課程教學(xué)改革的創(chuàng)新是專業(yè)教學(xué)的基礎(chǔ)組成部分，創(chuàng)新課程教學(xué)方式是改善教學(xué)質(zhì)量的有效手段。

在總體思路基礎(chǔ)上，主要教學(xué)方式包括五個(gè)方面。

第一，整合教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)設(shè)計(jì)需要明確不同的課程內(nèi)容中學(xué)科之間的交叉融合方式，明確學(xué)科融合的課程內(nèi)容深度，及相應(yīng)內(nèi)容的交叉學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)。例如，在設(shè)計(jì)測(cè)井響應(yīng)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，教師可以從物理學(xué)的角度解釋各種測(cè)井方法的原理，如電法測(cè)井、聲波測(cè)井等，然后結(jié)合地質(zhì)學(xué)的知識(shí)，解釋這些原理在地層探測(cè)中的應(yīng)用。

第二，數(shù)理推導(dǎo)訓(xùn)練。地球物理測(cè)井方法課程屬于地球物理學(xué)科的基礎(chǔ)原理課程，涉及大量數(shù)學(xué)、物理的原理推導(dǎo)和推理。在教學(xué)過程中，教師要注重學(xué)生數(shù)理推導(dǎo)能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。例如，在講解測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的處理流程時(shí)，教師通過數(shù)學(xué)模型描述地層性質(zhì)，然后利用工程學(xué)的知識(shí)，介紹如何通過算法對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取地層信息。

第三，跨學(xué)科融合思維訓(xùn)練。課程學(xué)習(xí)中需要各交叉學(xué)科融合，既要拓展學(xué)生各學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，又不能偏離課程的主線。在教學(xué)過程中，教師將科研項(xiàng)目引入課堂教學(xué)，讓學(xué)生參與實(shí)際的科研工作，解決實(shí)際問題。例如，在講解油氣藏測(cè)井評(píng)估時(shí)，教師可以將巖石物理中多孔介質(zhì)特點(diǎn)和地質(zhì)學(xué)中的沉積知識(shí)結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生探索利用實(shí)際測(cè)井理解油氣藏在地下形成和分布的特點(diǎn)。

第四，開放研討訓(xùn)練。地球物理測(cè)井方法課程具有范圍寬、難度大的特點(diǎn)，如果教師只靠課堂教學(xué)，那么教學(xué)效果不太理想。設(shè)計(jì)針對(duì)性的開放研討教學(xué)內(nèi)容是激發(fā)學(xué)生興趣和自主學(xué)習(xí)的較好的方式，針對(duì)一些難度較大的知識(shí)點(diǎn)，教師可以安排開發(fā)研討課程教學(xué)，讓學(xué)生以理論知識(shí)為基礎(chǔ)，自主調(diào)研學(xué)科方向的前沿文獻(xiàn)，發(fā)揮自身特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造性開展研討教學(xué)所設(shè)置的問題，徹底激活學(xué)生在測(cè)井學(xué)科方向的跨學(xué)科思維模型。開放研討訓(xùn)練既可以培養(yǎng)學(xué)生調(diào)研文獻(xiàn)解決問題的能力，又能激發(fā)學(xué)生興趣，加深對(duì)基礎(chǔ)課程知識(shí)的理解。例如，教師可以提供一些實(shí)際的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，讓學(xué)生利用物理學(xué)、數(shù)學(xué)和工程學(xué)的知識(shí)處理和分析這些數(shù)據(jù)，提取地層信息，判斷地層的性質(zhì)。

第五，成果應(yīng)用導(dǎo)向訓(xùn)練。地球物理測(cè)井課程隸屬于工科課程，工科通常以培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型學(xué)生為目標(biāo)，因此本課程教學(xué)方法以成果應(yīng)用為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力，從而達(dá)到專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。例如，在講授測(cè)井測(cè)量方式時(shí)，教師通過網(wǎng)絡(luò)媒體、視頻等方式，讓學(xué)生直觀了解測(cè)井施工現(xiàn)場(chǎng)，理解課堂知識(shí)如何應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)工作。

四、跨學(xué)科思維在地球物理測(cè)井課程教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)

跨學(xué)科思維在地球物理測(cè)井課程教學(xué)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它可以更好地整合不同學(xué)科的知識(shí)，幫助學(xué)生建立全面的知識(shí)體系，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，使他們能夠更好地理解和應(yīng)用地球物理測(cè)井技術(shù)，提高解決實(shí)際問題的能力。

盡管基于跨學(xué)科思維的地球物理測(cè)井課程教學(xué)改革取得了一些進(jìn)展，但仍存在一些挑戰(zhàn)。

第一，跨學(xué)科思維要求教師具備廣泛的知識(shí)背景，但在某些特定領(lǐng)域。

第二，地球物理測(cè)井課程需要學(xué)生具備較為扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)。對(duì)一些基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生來說，跨學(xué)科思維導(dǎo)致他們難以理解和掌握課程內(nèi)容。

第三，跨學(xué)科思維需要教師充分考慮不同學(xué)科知識(shí)的融合。這增加了課程設(shè)計(jì)的難度，需要教師具備較高的教學(xué)能力和經(jīng)驗(yàn)。

五、結(jié)論

由于地球物理測(cè)井課程知識(shí)內(nèi)容的特殊性和復(fù)雜性，教師在地球物理測(cè)井課程教學(xué)過程中采用跨學(xué)科思維進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)，對(duì)課程教學(xué)和人才培養(yǎng)具有重要意義。

教師在地球物理測(cè)井課程中采用跨學(xué)科思維的教學(xué)方式，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和創(chuàng)新能力。通過整合教學(xué)內(nèi)容、數(shù)理推導(dǎo)訓(xùn)練、跨學(xué)科融合思維訓(xùn)練、開放研討訓(xùn)練和成果應(yīng)用導(dǎo)向訓(xùn)練等，教師可以培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。在未來的教育中，教師應(yīng)進(jìn)一步推廣跨學(xué)科思維的教學(xué)方式，以培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才。

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基金項(xiàng)目：中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)教改項(xiàng)目課題“分形與跨學(xué)科思維的勘查專業(yè)核心課程‘地球物理測(cè)井方法教學(xué)實(shí)踐研究”，項(xiàng)目編號(hào)：JG2023011；中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)教改項(xiàng)目課題“基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的《油氣地球物理測(cè)井工程》課程教改探索”，項(xiàng)目編號(hào)：JG2023017；新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金“多分量隨鉆電磁波測(cè)井智能遠(yuǎn)探測(cè)方法研究”，項(xiàng)目編號(hào)：2022D01B140；新疆維吾爾自治區(qū)天池英才人才項(xiàng)目“致密砂巖低飽和度油層成因機(jī)理及儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法研究”。

（作者單位：中國(guó)石油大學(xué)<北京>克拉瑪依校區(qū)）