“地磁学”课程内容优化与教学方法探索

摘要：本文以理科地球物理学专业的“地磁学”课程为例，就课程内容的整合与优化、教学方法与手段的革新等方面进行了探讨。在明确课程教学目标的前提下，通过强化基础理论，增加反映学科发展动态和国内外重大成果的内容，以及添加实践性教学环节来优化课程内容。为了切实提升学生的学习效果，引进先进的教育教学理念和方式，融入课堂教学体系，改进教学质量，从而培养更多的拔尖创新人才。

关键词：地磁学；课程优化；教学方法；自主学习

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0102-03

“地磁学”课程是中国地质大学（武汉）为地质与地球物理实验班地球物理学（理科）专业本科生开设的一门专业主干课，目的是通过系统讲述地球磁场的起源及规律来探索地球内部结构和磁性特征，为了解和认识地球的内部构造，探究地球内部动力学及行星动力学提供重要的判据。同时为预防和减轻自然灾害，探测和开发国民经济建设中急需的能源及资源等服务。在我院2004年创立地质与地球物理实验班之初，就将“地磁学”课程列为主要的专业主干课进行建设。经过十多年的发展、建设和积累，“地磁学”课程逐渐明确教学目标，教学内容不断更新、整合和优化。同时以“切实促进学生的学习效果”为宗旨，不断革新教学方法与手段，启发学生主动思考，激发学习和科研兴趣，培养具有国际化视野和挑战精神的研究型人才。

一、明确教学目标，优化课程内容

课程内容优化必须以人才培养目标和培养规格为依据，以师资、学科和软硬件条件为支撑，在明确教学目标的基础上，对课程体系与结构进行全面地重构与优化。服务于我院地质与地球物理实验班的人才培养目标，作为专业主干课程之一的“地磁学”，课程教学目标为在掌握数学、物理学、地质学及信息科学等学科知识的基础上，系统地学习地磁学的基本理论和方法技术，牢固掌握从地面、地下、空间及实验观测所获得的磁测数据的处理与解释方法，初步具备系统科学思维进行地磁学研究，得到从事基础研究和应用基础研究方面的能力训练，为人类开发利用资源，认识自然灾害及地质环境评价等领域培养造就一大批锐意进取的高级研究人才。作为地球物理学的支撑学科之一，“地磁学”课程在刘庆生、黄宝春等一批著名教授的带领下，开创和初步建立了教学和科学研究体系，并在教学实践中不断调整和优化课程体系。

1.强化基础理论，简化次要的内容。地磁场是重要的地球物理场之一，它具有复杂的空间结构和时空演化。地磁学的研究内容非常广泛，包含现今地磁场的组成和规律、古代地磁场、岩石的磁性、地球磁场的起源、地磁测量、天体磁场及生物磁场等。而现今地磁场的成分又是十分复杂的，除了液态外核产生的主磁场外，还有地壳磁性岩石在主磁场磁化下产生的附加磁场，通常称为磁异常。除此之外，现今地磁场还存在着缓慢的长期变化和短期变化。在课时有限（40学时）的前提下，无法做到面面俱到。课程组通过广泛调研国内外知名大学“地磁学”课程设置及教学内容，认真分析教材体系和内容[1-7]，从中梳理出目前地磁学的基础概念与理论，并认真听取多年教学实践中学生对于讲授内容的反馈与意见，逐步完善和优化了课程的基本内容。

课程的理论教学主要包含以下基础内容：磁学的物理基础（2学时）、基本地磁场的高斯分析（2学时）、偶极子与非偶极子场的特征（2学时）、地磁场的长期变化（2学时）、地磁场起源（2学时）、磁异常场特征和岩石磁性（2学时）、磁异常的正演理论（4学时）、磁异常的处理与转换（4学时）、磁异常反演的基本概念和应用举例（2学时）、岩石的天然剩余磁化强度（2学时）、剩磁稳定性（2学时）、古地磁场测定（2学时）、古地磁场的特征及应用（2学时）、地磁测量与磁测仪器（2学时）。

2.增加反映学科发展动态和国内外重大成果的内容。为了激发学生的学习兴趣，及时了解地磁学研究的最新进展，笔者在课程中力求融入学科的最新进展和富有启发性的成果。比如在介绍大陆和海洋的磁异常特征时，会引入Richard J. Blakely教授[8]和刘庆生教授[9]关于上地幔橄榄岩蛇纹石化引起的磁异常特征变化的最新发现；在地磁测量中增加卫星磁测在探索岩石圈与上地幔多层次、多深度、多级均衡的内容；在岩石磁性中增加环境磁学研究方面的应用和进展。

3.结合我院专业特色，增加实践性教学环节。理科教育除了强调基础理论、创新性思维和能力的培养，还应重视理论在实践中的应用，促进学生在理论与应用方面协调发展。因此，对于实践性教学环节，必须优化设计少而精的内容，鼓励学生在解决实际问题的过程中不断加强动手能力和探索精神。为此，课程专门安排学生实地参观湖北省地震局位于九峰山的地磁观测站，了解地磁场的台站观测常用仪器、数据记录及处理工作流程等。另外，结合我院应用地球物理的专业优势，增加了质子磁力仪操作实习和计算机上机实习进行数据处理与解释，以我国重点矿集区地面磁测资料为例，设计问题，引导学生自己设计解决方案，进行数据分析处理，进而获得解释结果并写出实习报告。

二、教学方法探索与实践

任何优化的课程体系、先进的教学内容必须通过教学方法与技术来具体实现。可以说，教学方法的改革是保证教学质量的关键环节。

1.宏观与微观结合。所谓宏观即是对课程的整体把握。老师在开课时应首先从宏观上把握课程，向学生讲清楚学科的产生和发展背景，以及解决什么问题。能够做好这一点，需要教师学习、收集、查阅与课程相关的科学领域和学科的科技积累、历史和学科发展现状、问题和未来走势，并在这一学科领域从事长期的科研实践。这不是一朝一夕的事，需要教师长期求索、终生积累。笔者在开课之初，除了介绍地磁学的发展历史和研究现状，还着重提到了地磁学发展长河中起到里程碑式作用的人物和他们的贡献，比如伟大的德国数学家、物理学家对于地磁场的球谐分析，以及建立精确地磁测量台网对于地磁学系统发展的深远影响。在大师们的学术魅力影响下，同学们更加积极主动地参与到教学活动中来，营造出了一个更为亲密的团体氛围。

微观是对课程中具体概念、原理的把握。在这方面，教师本人对基本概念和规律的正确掌握是第一要务。由于各种因素的限制，教师未必能做到博览群书，甚至教学参考资料往往只局限于一本教材，而教材的质量又未必尽如人意，可能存在不妥之处。倘若老师深信不疑，就会以讹传讹，甚至误导学生，难以保证教学质量。为了能严谨、准确地将基本概念传授给学生，需要教师虚心学习，努力提高自己的学术水平，开阔学术视野。除了认真阅读参考课程相关的教材和参考书，教师还应尽可能多地参加学术性研究和教学研讨会，从而扩大视野，加深对基础理论的理解。

2.研究学生学习规律，懂得学生怎样学习。在传统概念中，知识是灌输的。老师耐心细致地讲述教材，学生在课堂听、抄、储存知识。然而，学生真的从听课中学到了多少？刚开始执教时，笔者曾经精心准备授课笔记，课前课后亲切地关心、辅导学生，但是在最后的期末考试答疑中，我还是非常惊讶地发现不少学生对于基本的概念还是没有掌握清楚，甚至是混淆和错误的。这也促使我认真思考，怎样能够帮助学生更好地提高学习效果呢？通过苦苦的思索和研究学习，我逐渐意识到，原来学生不是简单的“知识储存箱”，我们传输的知识并不是学生所最终获得的。学生会自主分解、重组知识来建构一套自己的认知体系。也就是说，学习是一个主动的建构过程，只有学习者将新信息联系先前的知识，将其组织成对个人有意义的理解时，才有可能长期保存并应用这些信息[10]。这也就能够理解，对于学生而言，老师进行准备讲授的知识是一套外在的知识架构，与他们既有的知识体系或许并立，或许有矛盾。少数学生有足够的学习动机可以整合新旧概念。但多数学生采取捷径，凭死记来“全盘接收”老师讲授的知识。这样的学习效果是肤浅、短暂的，考试通过之后知识很快就可能又统统还给老师了。所以，教师的出发点应该不仅关注“如何更好地讲述课程内容”，而是更多地思考“如何让学生主动学”。在这个原则指导下，教师应关注学生根据自己的理解所做出的判断，留心分析学生常有的错误观念，继而精心解释并安排相关的阅读材料来详尽释疑。要做到这一点并不容易，需要全面地备课，同时又需要因材施教，根据学生的个人情况随机应变。虽然挑战很大，但是看到课堂上学生们对知识渴求的眼神和可喜的进步，教师也收获了很多满足。

3.探索多元化学习与考核方式。每位学生学习的方式都不尽相同。有些学生偏好按部就班、正襟危坐地听课，他们观察力强，关注细节，能够有条理地通过标准方法解决问题；有些学生的注意力就没有那么集中，他们可能偏好以抽象理解及联想来处理新概念，他们往往能创新，但有时会忽略细节。在传统的教学模式基础上，我们应尽量设计多元化的学习渠道，使各类型的学生们有机会以自己擅长的方式参与学习活动，从而有效地提升学习效果。例如，在口头讲解理论时，进一步提供一些动手实验的机会。又或者从讲授的内容中筛选出若干关键点和难点，用10―15分钟分段讲授。每段之间暂停，给学生几分钟思考时间，要求学生回答问题，总结重要概念，与同学分组讨论/汇报等。这样穿插的小活动有维持学生注意力，激发好奇心的作用。除了学习方式多元化外，考核的方式也应灵活多样。课程结束后的评价方式多是闭卷考试，主要考察学生对于教材内容的掌握程度。很多同学根据课堂讲授内容，参照课本和参考书，背重点、套公式来解题，并未完全了解概念和原理的意义。考试虽然可以拿高分，但考试后很快就会忘掉，在实际情况中更难以应用这些原理。为了培养学生的自主学习能力，“地磁学”课程考核方式进行了改革，采用平时学习过程中对学生学习状况的考察、读书报告（书面+口头）和期末考试相结合的方式。平时的考察包含对“课堂到课率”、“课堂讨论”、“习题作业”等的评价。除此之外，课程结束后，会给同学们列出“地磁学”研究中的热点问题，引导学生广泛阅读文献，设计解决问题方案，编写规范的读书报告，并做口头汇报。这一环节能够让同学们体验科研工作的全过程，使学生的关注点从单纯的书本学习转向亲自动手实践，从而培养了学生独立工作的能力，激发了学生从事科学研究工作的热情。

三、结语

“地磁学”课程建设与教学方法改革是一项长期、系统的教育教学改革工程，应当根据专业人才培养目标、师资力量、教育资源等构建出体现学科优势的课程体系。同时应及时将国内外先进的教育教学方式和教学组织形式融入教学体系，让每个学生在学习中享受乐趣，在学习中受益终身。

参考文献：

[1]倪永生.地磁学简明教程[M].北京：地震出版社，1990.

[2]B.M.扬诺夫斯基.地磁学[M].刘洪学，周姚秀，译.北京：地质出版社，1982.

[3]北京大学地球物理教研室，中国科学技术大学地球物理教研室编.地磁学教程[M].北京：地震出版社，1986.

[4]徐文耀.地磁学[M].北京：地震出版社，2003.

[5]Roberto Lanza，Antonio Meloni. The Earth's Magnetism [M]. Springer-Verlag，Berlin Heidelberg，2006.

[6]管志宁.地磁场与磁力勘探[M].北京：地质出版社.2005.

[7]刘天佑.磁法勘探[M].北京：地质出版社.2013.

[8]R.J.Blakely，T.M.Brocher，R.E.Wells.Subduction-zone magnetic anomalies and implications for hydrated forearc mantle[J].Geology，2005，33（6）：445-448.

[9]Liu. Q.S.，et al.，Crustal large-scale serpentinized mantle peridotite body in the Sulu ultrahigh-pressure metamorphic belt，eastern China：Evidence from gravity and magnetic anomalies[J].Journal of Structural Geology，2015，70：190-199.

[10]王铭玉.且教且学：懂得学生怎样学习[J].中国大学教学，2015，（4）：13-20.

The Optimization of Curriculum Contents and Study on the Teaching Methods for "Geomagnetism" Course

LI Yuan-yuan1，YANG Yu-shan1，HUANG Bao-chun2，LIU Qing-sheng1

（1. Hubei Subsurface Multi-scale Imaging Key Laboratory，Institute of Geophysics and Geomatics，

China University of Geosciences，Wuhan，Hubei 430074，China；

2. School of Earth and Space Sciences，Peking University，Beijing 100871，China）

Abstract：The optimization of curriculum contents and study on the teaching methods for the "Geomagnetism" course are carefully discussed in this article. After establishing the teaching goal of the course，we refine and optimize the curriculum contents with the strengthen of basic theories，and keeping abreast of advances by adding the latest development and significant achievements in the geomagnetism subject. In order to promote the students' learning efficiency，we integrate the advanced education and teaching philosophy into classroom teaching to stimulate the students' study passion and critical thinking.

Key words："Geomagnetism"；optimization of curriculum contents；teaching methods；independent learning