摘要:“重力與固體潮”是防災(zāi)科技學(xué)院面向地球物理學(xué)專業(yè)開設(shè)的一門特色專業(yè)課程。根據(jù)國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo),本研究對(duì)課程教學(xué)中存在的挑戰(zhàn)進(jìn)行了分析,從專業(yè)特色教材、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、專業(yè)內(nèi)涵和創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式四個(gè)方面對(duì)“重力與固體潮”課程進(jìn)行了建設(shè),實(shí)現(xiàn)了該課程教學(xué)在深度和廣度上的提升。借以推動(dòng)防災(zāi)科技學(xué)院地球物理學(xué)專業(yè)國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)的建設(shè),培養(yǎng)防震減災(zāi)優(yōu)秀人才。
關(guān)鍵詞:一流本科專業(yè);地球物理學(xué);重力與固體潮
加快一流大學(xué)建設(shè),實(shí)現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展,培養(yǎng)高素質(zhì)專門人才,是統(tǒng)籌推進(jìn)“五位一體”總體布局和協(xié)調(diào)推進(jìn)“四個(gè)全面”戰(zhàn)略布局,建成社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó),實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的根本保障[12]。加強(qiáng)專業(yè)建設(shè),是適應(yīng)新時(shí)代對(duì)人才的多樣化需求,提升高校辦學(xué)質(zhì)量的必然路徑。防災(zāi)科技學(xué)院地球科學(xué)學(xué)院地球物理學(xué)專業(yè)成立于1975年,是學(xué)校首創(chuàng)專業(yè),而且是全國(guó)唯一培養(yǎng)從事地震監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用型高級(jí)專門人才的專業(yè)。2022年,地球物理學(xué)專業(yè)獲批國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)。為推進(jìn)一流專業(yè)建設(shè),必須全面貫徹黨的教育方針,落實(shí)立德樹人根本任務(wù),并圍繞完善育人機(jī)制和嚴(yán)格教育教學(xué)過程管理,加強(qiáng)應(yīng)急管理特色專業(yè)群建設(shè)的探索與實(shí)踐,提升專業(yè)內(nèi)涵,以特色發(fā)展為引領(lǐng),構(gòu)建一流的人才培養(yǎng)體系。
一流專業(yè)建設(shè)發(fā)力點(diǎn)在課程建設(shè),革新課程建設(shè)理念、推進(jìn)課程改革創(chuàng)新勢(shì)在必行。因此,在課程建設(shè)中必須堅(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量要求,著力打造一批具有行業(yè)特色、能夠引領(lǐng)專業(yè)發(fā)展、滿足學(xué)生個(gè)性化需求的課程。重力學(xué)是地球物理學(xué)的重要分支之一,該學(xué)科是根據(jù)觀測(cè)地球重力的變化來研究地球內(nèi)部構(gòu)造,尋找資源,并在地震前兆分析、災(zāi)害預(yù)測(cè)治理方面發(fā)揮著重要作用。“重力與固體潮”是基于我校防災(zāi)減災(zāi)行業(yè)背景和行業(yè)特色開設(shè)的一門面向地球物理學(xué)專業(yè)本科生的專業(yè)核心課程。不同于其他院校開設(shè)的重力勘探方向上的課程,“重力與固體潮”是目前國(guó)內(nèi)僅有的講授重力在地震監(jiān)測(cè)方向應(yīng)用的課程。該課程立足于行業(yè)特色人才教學(xué)體系,將重力、固體潮及其在地震監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用相結(jié)合。通過該課程的學(xué)習(xí),不僅使學(xué)生掌握重力學(xué)基本理論,并在此基礎(chǔ)上掌握固體潮基本理論、重力固體潮觀測(cè)技術(shù)和分析方法,從而使學(xué)生具備應(yīng)用重力觀測(cè)資料分析解釋有關(guān)地質(zhì)現(xiàn)象、地球形狀與地殼結(jié)構(gòu)、地震監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)等能力。該課程立足應(yīng)急管理事業(yè)發(fā)展,為培養(yǎng)具備從事地震監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)、預(yù)警、區(qū)域地震安全性評(píng)價(jià)和地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等工作能力的高級(jí)應(yīng)用型人才做出了重要的貢獻(xiàn)。
以學(xué)生為主體、以產(chǎn)出為導(dǎo)向是國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)的潮流和基本要求。同時(shí),高等教育的最根本任務(wù)是立德樹人,如何利用好高校課程主戰(zhàn)場(chǎng)、課堂教學(xué)主陣地,實(shí)現(xiàn)全員、全程、全方位“三全育人”大格局,是高等教育面臨的新課題。在此背景下,我們以“重力與固體潮”課程為對(duì)象,通過專業(yè)特色教材建設(shè)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)以及創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式建設(shè)四種呈現(xiàn)方式,對(duì)課程建設(shè)進(jìn)行了積極的研究和探索。
一、專業(yè)特色教材建設(shè)
教材建設(shè)是事關(guān)“兩個(gè)大計(jì)”的戰(zhàn)略工程、基礎(chǔ)工程。黨的二十大報(bào)告指出,要加強(qiáng)教材建設(shè)和管理,加快建設(shè)高質(zhì)量教育體系,全面提高人才自主培養(yǎng)質(zhì)量。教材是體現(xiàn)國(guó)家意志和國(guó)家價(jià)值、傳播社會(huì)主義核心價(jià)值觀、傳承中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的重要載體,具有鮮明的政治導(dǎo)向和意識(shí)形態(tài)屬性[3]。因此,建設(shè)契合國(guó)家教學(xué)大綱并且體現(xiàn)專業(yè)特色的教材,是高質(zhì)量開展國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)的重要基礎(chǔ)。
盡管目前已有許多圍繞重力學(xué)的經(jīng)典教材,如曾華霖教師編著的《重力場(chǎng)與重力勘探》[4]、吳慶鵬教師編著的《重力學(xué)與固體潮》[5]等。但在“重力與固體潮”課程關(guān)于固體潮尤其是地震重力測(cè)量部分的教學(xué)過程中,我們發(fā)現(xiàn)暫無適用于本專業(yè)、面向重力學(xué)在地震監(jiān)測(cè)方向應(yīng)用的參考教材。這對(duì)學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)“重力與固體潮”課程時(shí)造成了諸多的不便。因此,課程組教師以我校地球物理專業(yè)人才培養(yǎng)方案為基礎(chǔ),以培養(yǎng)地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)高級(jí)應(yīng)用型人才為目的,綜合前人經(jīng)典教材,出版了突出專業(yè)特色的防災(zāi)減災(zāi)特色教材《地震重力測(cè)量》[6]。
《地震重力測(cè)量》教材從地球重力場(chǎng)的基本理論和重力異常概念出發(fā),一方面介紹了現(xiàn)階段常用的重力測(cè)量?jī)x器及重力測(cè)量方法;另一方面,還將內(nèi)容延伸至地球固體潮的研究,重點(diǎn)介紹了地震重力測(cè)量的兩種方法——流動(dòng)重力測(cè)量與臺(tái)站重力測(cè)量,并且詳細(xì)地論述了地震重力觀測(cè)技術(shù)及觀測(cè)資料的處理與分析方法,探討重力測(cè)量方法在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。新教材的編寫將重力學(xué)領(lǐng)域最新的理論和方法納入其中,提高了課程教學(xué)的規(guī)范性和統(tǒng)一性,使“重力與固體潮”課程教學(xué)內(nèi)容更加豐富與系統(tǒng)。
二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)
臺(tái)站重力測(cè)量是我國(guó)重要的地震前兆監(jiān)測(cè)手段,也是“重力與固體潮”課程的重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容之一。臺(tái)站重力測(cè)量是通過在選定觀測(cè)點(diǎn)上對(duì)重力加速度的定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè),來得到重力隨時(shí)間的變化量。觀測(cè)數(shù)據(jù)不僅包括反映彈性地球?qū)θ赵乱憫?yīng)的重力固體潮汐變化,還包含了構(gòu)造應(yīng)力變化、巖石彈性變化、地下密度變化及物質(zhì)遷移引起與地震孕育有關(guān)的非潮汐變化。因此,臺(tái)站重力測(cè)量可為研究地殼、地殼運(yùn)動(dòng)及其與地震孕育發(fā)生的關(guān)系提供重要的數(shù)據(jù)來源[7]。
盡管組織學(xué)生前往地震臺(tái)站參觀學(xué)習(xí)是最理想、最直觀地了解臺(tái)站重力測(cè)量的方法,但是,一方面,地震重力觀測(cè)臺(tái)站使用的重力儀屬于精密貴重儀器,不適合教學(xué)拆解、安裝、調(diào)試;另一方面,地震重力觀測(cè)環(huán)境對(duì)溫差、氣壓、濕度、振動(dòng)有嚴(yán)格的行業(yè)規(guī)范,教學(xué)活動(dòng)極易對(duì)臺(tái)站重力數(shù)據(jù)的觀測(cè)產(chǎn)生干擾。為了讓學(xué)生能夠更好地對(duì)地震重力觀測(cè)場(chǎng)地選址建設(shè)與觀測(cè)環(huán)境維護(hù)、重力儀工作原理、重力儀標(biāo)定等有較為真實(shí)的感受,使理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠有機(jī)地融合,本專業(yè)于2021年建設(shè)了“地震重力觀測(cè)站虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”。
該平臺(tái)著重從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景三個(gè)方面提高仿真度,力求讓學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中獲得真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作體驗(yàn)。首先,地震重力臺(tái)站選址建設(shè)、觀測(cè)山洞等建模素材原型來自天津薊縣地震臺(tái);其次,在實(shí)驗(yàn)操作上,強(qiáng)調(diào)以儀器實(shí)物建模,從外觀到配件規(guī)格最大程度地接近真實(shí)儀器,在儀器操作、考核方面嚴(yán)格遵循行業(yè)規(guī)范;最后,虛擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也全部來自實(shí)體地震臺(tái)站的長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)并經(jīng)過模型優(yōu)化。
“地震重力觀測(cè)站虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”通過虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用,能真實(shí)再現(xiàn)地震重力觀測(cè)山洞場(chǎng)景,動(dòng)畫模擬重力儀測(cè)量原理、重力儀的標(biāo)定,并通過地震前兆重力臺(tái)站選址建設(shè),重力儀設(shè)備的安裝、調(diào)試、重力數(shù)據(jù)日常處理的互動(dòng)教學(xué),使學(xué)生掌握地震重力觀測(cè)環(huán)境、重力儀工作原理、地震重力觀測(cè)數(shù)據(jù)處理等核心問題。再結(jié)合原有的重力儀操作和重力數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)課程,使學(xué)生從實(shí)體實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真兩個(gè)維度系統(tǒng)學(xué)習(xí),提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。
三、專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)
隨著國(guó)家全面實(shí)施高等教育“四新建設(shè)”和“雙萬計(jì)劃”,各高校不斷開展專業(yè)建設(shè)內(nèi)涵式發(fā)展路徑的探索與研究。2012年,教育部頒布的《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》中指出“牢固確立人才培養(yǎng)的中心地位,堅(jiān)持穩(wěn)定規(guī)模、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、注重創(chuàng)新,走以質(zhì)量提升為核心的內(nèi)涵式發(fā)展道路”。之后,黨的十八大首次把“內(nèi)涵式發(fā)展”寫進(jìn)了黨的報(bào)告,提出“推動(dòng)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展”的要求。同時(shí),在2017年黨的十九大報(bào)告也強(qiáng)調(diào)了“實(shí)現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展”,這為我國(guó)高等教育的發(fā)展以及建設(shè)高等教育強(qiáng)國(guó)樹立了明確的方向[8]。
“重力與固體潮”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)緊緊圍繞立德樹人根本任務(wù),提高人才培養(yǎng)質(zhì)量,提升社會(huì)與行業(yè)服務(wù)質(zhì)量,堅(jiān)持中國(guó)特色,實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀文化的傳承。在教學(xué)過程中,我們積極實(shí)現(xiàn)全過程育人,正確塑造學(xué)生的人生觀、世界觀和價(jià)值觀,推動(dòng)學(xué)生全方位發(fā)展。同時(shí),我們還結(jié)合當(dāng)今國(guó)情,堅(jiān)持改革創(chuàng)新與時(shí)俱進(jìn),將課程內(nèi)容及時(shí)更新,不斷適應(yīng)國(guó)家的新時(shí)代新要求。例如,重力學(xué)在我國(guó)發(fā)展的最初目的是為了大規(guī)模進(jìn)行石油、礦產(chǎn)等資源的勘探與開發(fā),滿足國(guó)家發(fā)展的需要。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,我國(guó)重力勘探的先驅(qū)者在觀測(cè)方法、儀器裝備、工作規(guī)程和數(shù)據(jù)處理及解釋等方面取得的進(jìn)展,形成了具有我國(guó)特色的重力勘探系統(tǒng),取得了巨大成就。這種“以獻(xiàn)身地質(zhì)事業(yè)為榮,以艱苦奮斗為榮,以找礦立功為榮”的“三光榮”精神是地質(zhì)勘查工作者長(zhǎng)期艱苦奮斗的結(jié)晶,更是鼓舞和影響踏入地球物理專業(yè)的學(xué)子們的精神支柱與力量源泉。另一方面,近年來倡導(dǎo)的“綠水青山就是金山銀山”是習(xí)近平總書記統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)作出的重要論斷,為我們?cè)谛聲r(shí)代營(yíng)造綠水青山、建設(shè)美麗中國(guó),轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)提供了有力思想指引。因此,在學(xué)習(xí)開展重力測(cè)量、進(jìn)行礦產(chǎn)能源開發(fā)的同時(shí),我們積極引導(dǎo)學(xué)生要注意自然生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù),提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性,以提升生態(tài)效益為主要目標(biāo),同時(shí)兼顧社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生。
基于上述實(shí)例,我們將“重力與固體潮”課程中推進(jìn)專業(yè)內(nèi)涵發(fā)展,使學(xué)生不僅掌握了課程的知識(shí)點(diǎn)及其應(yīng)用,而且讓學(xué)生感受到作為新一代地球物理人的責(zé)任感和使命感,將價(jià)值塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)融為一體,激發(fā)學(xué)生愛國(guó)情和科學(xué)探索精神。
四、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式建設(shè)
專業(yè)建設(shè)與人才培養(yǎng)在教育實(shí)踐中交融統(tǒng)一的實(shí)踐之路本質(zhì)上就是科研創(chuàng)新與教學(xué)的統(tǒng)一,兩者互促互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)專業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的快速提升[9]。而一流專業(yè)建設(shè)更是需要堅(jiān)持以學(xué)生為本的核心理念,深入推進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革、重教學(xué)強(qiáng)科研,深化創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式建設(shè)[10]。如何培養(yǎng)不僅具有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí),更具有較強(qiáng)的科研創(chuàng)新能力,以滿足高等院校、科研院所以及企事業(yè)單位需求的“精英人才”,已經(jīng)成為高等教育人才培養(yǎng)的首要任務(wù)。
我校地球物理學(xué)專業(yè)本科生在大一和大二階段通常先學(xué)習(xí)通識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)課程,直至大三才開始學(xué)習(xí)“重力與固體潮”等專業(yè)核心課程。其中,主要集中于大三的專業(yè)課程不僅是學(xué)生對(duì)本科專業(yè)理論知識(shí)內(nèi)容具體而深入吸收的重要學(xué)習(xí)階段,更是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的基礎(chǔ)和依據(jù)。然而,一方面,我校地球物理學(xué)專業(yè)本科生在大三的專業(yè)課程學(xué)習(xí)任務(wù)較重,課余時(shí)間緊,學(xué)生沒有足夠的時(shí)間去了解獲悉學(xué)科前沿知識(shí),從而導(dǎo)致其對(duì)科研創(chuàng)新認(rèn)識(shí)不足;另一方面,科研工作需消耗較多的時(shí)間和精力,若將科研成果以論文、專利等形式產(chǎn)出,更是需要較長(zhǎng)周期,而本科生在大三階段忙于專業(yè)課程,大四階段的主要精力又集中在考研、就職和畢業(yè)論文上,即使有指導(dǎo)教師的幫助,可能也無法及時(shí)完成科研成果的產(chǎn)出。針對(duì)上述問題,我們從課堂教學(xué)、項(xiàng)目參與和科研成果產(chǎn)出三方面進(jìn)行了建設(shè)。
首先,在“重力與固體潮”等專業(yè)課程的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中,選取部分課程內(nèi)容融入最新的科研成果實(shí)例,向?qū)W生展示地球物理學(xué)的魅力,并使學(xué)生從思想上產(chǎn)生對(duì)地球物理學(xué)專業(yè)課程的渴望,提高科研創(chuàng)新的積極性。另外,在授課時(shí)利用問題導(dǎo)向式教學(xué)方式,使學(xué)生在尋求解決問題的方法過程中,開展自主學(xué)習(xí),組織興趣小組共同討論,培養(yǎng)學(xué)生通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料獲取解決問題的能力。同時(shí),在課堂中融入學(xué)生小組成果匯報(bào)環(huán)節(jié),鍛煉學(xué)生PPT制作和匯報(bào)能力,從而增強(qiáng)學(xué)生對(duì)本專業(yè)的自信心,提高學(xué)生科研創(chuàng)新的意愿。
其次,我們還依托本專業(yè)學(xué)生社團(tuán)“地球物理理論與實(shí)踐協(xié)會(huì)”,充分利用線下和線上資源,定期組織開展地球物理學(xué)前沿知識(shí)講座,并組織交流學(xué)習(xí)活動(dòng)。這樣,學(xué)生感受到了科研創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)所帶來的樂趣,從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),引導(dǎo)學(xué)生萌生參與科研創(chuàng)新活動(dòng)的想法。鼓勵(lì)學(xué)生申請(qǐng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目或參與教師的科研項(xiàng)目,建立拔尖學(xué)生的科研訓(xùn)練體系。
最后,從學(xué)院乃至學(xué)校層面,為學(xué)生提供高水平科研交流和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。依托河北省地震動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,選拔具有科研意愿的學(xué)生積極申請(qǐng)校級(jí)、省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目,并在指導(dǎo)教師的協(xié)助下,利用大二、大三充裕的時(shí)間,或?qū)?chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目課題作為學(xué)生在大四期間的畢業(yè)論文題目,對(duì)科研成果進(jìn)行凝練和產(chǎn)出,從而提高考研和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
結(jié)語
綜上所述,在國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)背景下,我們將人才培養(yǎng)作為課程建設(shè)的核心內(nèi)容,積極構(gòu)建適用于提高地球物理學(xué)專業(yè)本科生綜合能力的培養(yǎng)模式和評(píng)價(jià)體系框架。堅(jiān)持以學(xué)生為中心,以地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)高級(jí)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向,在課程以及專業(yè)建設(shè)的過程中樹立向高標(biāo)準(zhǔn)看齊意識(shí)和與時(shí)俱進(jìn)的意識(shí),使學(xué)生在學(xué)習(xí)中不僅能獲得基礎(chǔ)理論知識(shí),更能拓寬視野,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。
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項(xiàng)目:本研究由河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):D2022512007)和防災(zāi)科技學(xué)院一流本科課程建設(shè)項(xiàng)目(編號(hào):ylkc202301)資助
作者簡(jiǎn)介:蘇暢(1989—),女,漢族,河南鄭州人,博士研究生,副教授,主要研究方向:地球內(nèi)部物理學(xué)。