地球物理学研究生课程教学改革的探索与思考

地球物理学研究生课程教学改革的探索与思考 摘要：研究生教学是高层次人才培养的重要组成局部，随着研究生规模的增加，研究生教学质量逐渐被重视。从地球物理学研究生教学过程中存在的主要问题出发，以“位场数据处理与反演课程为例，对研究生课程教学改革进行探索。通过增添实践实验实习环节，提高研究生实践动手能力与实践创新能力;通过标准教学环节与考核制度，提高研究生教学培养质量;通过跟踪学术前沿动态，提高研究生的学术视野与学术创新能力;采用“学术讲座形式和“翻转课堂模式，提高研究生独立思考与创新能力。关键词：地球物理学;教学改革;实践教学;创新能力中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：2096-000X202108-0125-04Abstract：Postgraduateteachingisanimportantpartoftalentcultivationwithhighlevel.Asthenumberofgraduatestudentsincrease，postgraduateteachingqualityhasgraduallytakenseriously.Weexplorepostgraduateteachingreformbasedonmainproblemsofgeophysicalpostgraduateteachingandtaking"PotentialDataProcessingandInversion"courseasanexample.Thepracticalabilityandpracticalinnovationabilityareimprovedthroughmorepractice，experimentandinternship.Thecultivationqualityofpostgraduateteachingisimprovedwhentheteachinglinksandexaminationsystemsaremorestandardized.Inaddition，theacademicvisionandinnovationwouldaremuchbetterbytrackingacademicfrontier.Moreover，theindependentthinkingandinnovationabilityofgraduatestudentsarefurtherraisedifacademicforumandflippedclassroomareadoptedinpostgraduateteaching.Keywords：geophysics;teachingreform;practicalteaching;innovationability研究生教育是教育事业的重要组成局部，是教育体系的顶端，是国家人才竞争与科技竞争的重要支柱，21世纪全球范围内科技创新速度加快，高层次人才重要性日益突出，研究生教育是培养高层次人才的主要途径。在研究生教育中，研究生教学是人才培养过程中的一项重要环节，研究生课程体系的科学构建和高水平运行是决定高校人才培养质量的关键，也是科学能力培养、科学精神传承和学校教育思想付诸实践的桥梁与支柱【1】。随着国内研究生招生规模的逐步扩大，研究生教学质量也越来越受重视，各大高校均加强了研究生课程建设与改革，也取得了可喜的效果【2】。但是，我国研究生教育在教育理念、课程设置、教学方式、教学实践及社会应用方面还存在一定差距，学习和借鉴国外先进的教育教学经验，结合国内教育情况，探索出一条适合中国特色的研究生教育教学之路是当务之急【3】。地球物理学是一级学科硕士授权点，是一个多层次、多类型的地学学科，研究生培养肩负着区域地质调查、矿产资源勘查、能源预测、工程勘查等多方面高层次人才产出的重要任务。东华理工大学地球物理学硕士点下设核地球物理与仪器、环境与工程地球物理、勘探地球物理及海洋地球物理四个研究方向，主要培养具有较强的独立从事生产和科学研究的能力、高素质专业人才。?位场数据处理与反演?是地球物理学研究生的一门重要专业课，主要讲述重磁勘探中解析延拓、导数换算、分量转换、化磁极、异常别离等根底数据处理方法，及场源参数估计、场源快速成像、场源物性反演及界面正反演等方法。随着计算科学的开展，非线性反演方法及人工智能等逐渐渗透到位场数据处理之中，促进了位场数据处理方法的快速开展【4】。然而，位场数据处理方法快速更新，新兴学科蓬勃开展，学科交叉也日益突出，但研究生课程内容仍是主要的传统方法与技术，并未随着方法技术的开展而实时更新。另外，高校、任课教师及研究生对研究生课程教学的重要性不够重视，在研究生的教学理念、课程设置、教学方式及实践教学等方面与西方兴旺国家还存在着很大差距【5】。从多年的研究生教学与人才培养经验出发，以地球物理学研究生教学课程?位场数据处理与反演?为例，剖析了目前地球物理学研究生课程教学中存在的缺乏，并对课程改革进行了探索与思考，期望通过一系列改革措施能够提高地球物理学研究生的教学质量以及提高研究生实践能力、创新能力与学术水平。一、地球物理学研究生教学中存在的主要问题近些年来，我国高等教育教学改革不断，教学方式也逐渐丰富多彩，但是研究生知识面过窄、知识结构过于单一的状况却未得到彻底改变，与当前现代化科技开展，新兴学科、交叉学科的日益壮大及专业方法技术的快速更新等仍不匹配【6】，这些问题主要表现在以下几个方面：一課程内容的陈旧性，与本科教学内容重复率高目前不少高等院校研究生课程根本相同，课程内容也没有太大变化，而且多数知识点一成不变，并未随着地球物理学科的开展而持续性更新，另外，课程内容与本科课程存在较大重复。以?位场数据处理与反演?为例，主要讲授的数据处理方法中，导数换算、解析延拓、化磁极、异常别离等根底数据处理与本科的?重磁勘探?根本完全一样【7】，另外本科课程中的一些常用数据处理方法，如：重力归一化总梯度、欧拉反褶积、重磁对应分析、边界识别方法及界面正反演方法，同样也是研究生课程中涉及的。研究生课程本身课时量较少，而相当一局部内容却与本科课程重复。从人才培养高度上来说，显然课程设置与课程内容并未与本科形成明显差距。二课程教学的传统性，与本科教学模式雷同在地球物理学研究生教学过程中，不少研究生教师仍然是以课堂讲述，知识传授为主，仍是以教师的教为主，学生的学为辅，仍以灌输法为主要教学手段。这种教学手段对于一些本科生课程来说是有效的，但是研究生教学仍采用该模式，不利于研究生与任课教师之间的学术交流，不利于研究生从课程中领悟科学研究的意义，不利于研究生自主思考与创新意识培养。三研究生实践教学缺失，研究生实践动手能力偏差地球物理学专业是一门实践性较强的学科，实践教学应在研究生培养中占据重要地位。如果所有专业课都没有实验课、上机课，研究生培养过程中没有集中的实践教学，研究生就没有实践经验，没有充分的实践创新思维培养，那么学生就很难进行本专业知识的深入科学研究和从事相关行业工作。然而，国内很多高校的地球物理学研究生专业课都没有设立实验课，整个研究生阶段也没有集中性的野外实践环节，研究生实践能力较差，甚至动手能力不及本科生8。不少研究生在整个研究生学习阶段都没有过一次有意义的实践活动，甚至一些研究生毕业后最根本的野外工作技能都不具备。另外，一些研究内容是纯粹的理论算法研究，一些完全与实际脱沟，有些研究根本上是“纸上谈兵，在国内并无实用价值。四研究生教学过程随意性强，研究生学习过程惰性强虽然研究生课也有相应的课表，但是研究生教学随意性偏大，任课教师有着比较灵活的调课、停课、代课等现象，未能给学生传递较好的严谨教学态度。同时，学生选择的课程中，有相当一局部课程与自身研究方向不一致，学生根本不会重视这些课程，存在随意旷课、上课不听讲等现象。这些现象都是高校对研究生教学不重视的结果，很多师生都认为研究生应该把根本所有时间放在自己的研究方向上去，没必要过于关注其他课程的知识内容，不认为能从这些课程知识学习中学到创新思考的方法与经验。另外，研究生专业课的考核模式主要是读书报告形式，学生随便提交一份报告，实际上很多都是一篇简单的文献综述而已，但任课教师根本上给定的成绩都是80分以上，这根本无法表达学生的真实学习情况。二、研究生教学改革的探索与建议近年来，随着研究生专业学位教育综合改革、“双一流学科建设、标准和加强研究生培养管理等多项方案或措施的出台与实施，各大高校进一步重视了研究生教育教学改革与完善，并取得了可喜效果。不过，研究生教学体系仍不完善，教学改革仍需进行。本文从目前地球物理学研究生教学过程中面临的问题出发，提出了以下四点关于研究生课程教学改革的建议课程教学改革过程见图1。一重视实践教学，提高研究生实践能力地球物理学是数学、物理、地质相结合的一门综合性学科，研究生不仅需要掌握扎实的根底理论知识，还需要运用数学手段进行数据处理工作，更需要较强的野外地质工作能力8。这种特殊专业的研究生培养需要特殊的教学模式来匹配，不能与纯数学、物理类等根底学科的研究生培养模式完全相同。加强实践教学，对于地球物理学专业人才的野外工作能力、创新思维能力与综合应用能力至关重要。在研究生专业课程中，需减少纯理论教学，增添实践教学内容，加大实践教学比重，提高研究生的实践能力与创新能力。如清华大学创办了基地实践课程，校企双方老师共同设计课题并让研究生在实践基地内完成;南京大学实践类课程包括案例课程、工作坊课程和行业嵌入课程，并要求实践课程课时比例不低于30%，这都是重视实践教学的有力表达9。这里仍以?位场数据处理与反演?课程为例，如果在课程中增添一些有意义的实验课，比方“重力或磁法数据及其梯度数据的采集与比照分析实验，其一，有助于学生进一步稳固学习野外数据采集流程;其二，有助于学生了解重磁数据与梯度数据的不同之处，并能够对重磁数据转换得到的梯度数据和采集的梯度数据进行比照分析，让学生直观了解到数据转换与真实测量数据的差异，更有利于学生进行独立思考和创新能力的提升。再比方“位场异常别离方法的比照分析上机实验，可以让学生直观了解到不同场别离方法的优缺点，比纯粹的理论教学更能让学生了解不同方法的物理意义及存在缺陷的问题所在。这样的教学形式显然更有助于学生去理解教学内容，同时也能培养学生科学研究能力和创新思考能力。二教学过程与考核模式标准化，提高研究生教学质量研究生课程学习不仅可以扩充研究生专业领域知识，而且能够从不同专业课程中获得创新灵感，西方兴旺国家从本科到博士研究生都非常重视课程教学10。事实上，不同地球物理方法中常用的数据处理方法在其他地球物理方法中可能也是行之有效的，比方模拟退火算法最早用于地震中，后来发现在重、磁、电中也有很好的效果，相关成像法最先用于自然电位异常成像中，后来应用到了重、磁异常的成像中，偏移成像法是地震常用的方法，也被很好地应用了重、磁场源成像之中。因此，研究生和指导导师都不能狭义的认为与自己研究方向无关的课程，就没有必要认真学习。所以，研究生教学需要进一步重视，研究生教学过程也需要更加标准化。针对研究生教学过程，需要建立一套完整有效的教学检查与教学评估制度，针对研究生学习效果，制定能够表达研究生学习质量的考核标准与措施【5】。只有高校、任课教师、导師及研究生都重视了研究生教学，才能全面提高研究生的教学质量。三课程内容前沿化与综合化，重视研究生创新思维培养研究生教学内容与教学方式需要与本科有显著的差异，需要表达出研究生教学的特色和高度。课程内容不应与本科课程大比例重复，教学方法也应具有创新性。课程内容更应随着时代开展而进行相应更新，确保研究生学习的知识具有前沿性，这不仅能让研究生掌握知识，了解最新的前沿动态，对于学生来说还是一种知识储藏，同时对他将来的科学研究生活有很大的帮助，因此研究生授课过程中需要增添一些目前理论研究中比较有代表性、有价值的前沿性研究内容11。另外，教学内容不应该只是介绍方法原理与优势，而应该采用“学术讲座模式讲述方法的开展、物理意义、模型及实例分析、优缺点评价及未来开展趋势，培养学生的创新意识与创新灵感。同样以?位场数据处理与反演?为例，可以用2学时讲授根本的位场数据处理与转换，并指出如向下延拓、化极及异常别离等方法面临的问题及目前解决方案;用2学时讲授欧拉反褶积、重力归一化总梯度及重磁对应分析等本科涉及的常用处理方法，简单介绍根本原理，重点介绍方法的应用效果、存在问题及改进措施;把更多的课时用于新方法、新技术的讲解上，如相关成像法、局部波数法、梯度张量特征值法、场源参数估计法、光滑约束反演法、聚焦反演法、稀疏约束法及地球物理联合反演法。课堂也不应主要采用“填鸭式教学方式，这种模式会严重禁锢学生的创新思维12，而应采用“学术讲座及“学术研讨等模式来讲述新方法新技术，不仅开阔了学生的学术视野，而且能够时刻传递创新思维，激发学生的创新灵感，提高学生的创新能力。另外，随着科学技术的开展及学科交叉的趋势，国外高校越来越重视课程的多学科综合一体化，在研究生课程上十分重视跨学科、相关学科和新兴学科的设置与讲授。多学科交叉可以较好地借鉴其他学科的研究，思考本学科的问题与思考，融合其他学科的研究方法，到达对研究对象的新认识，多学科交叉是现代科技创新的源泉，也是学科增长点最重要的来源之一13。因此，为了借鉴国外在学科交叉方面的研究及教学，在课程教授过程，也需要引入和运用交叉学科及新兴学科。如在重、磁反演方法讲授中，应让学生了解到单一方法反演的缺点和多学科多方法联合反演的优势，通过单一的重或磁反演，再到增添电磁、地震、地表地质及钻孔岩芯约束的反演，让学生逐步認识到不同方法的联系与区别，深刻深入到多学科交叉联合应用的优势。从而让学生加强学科间、不同研究方向间的联系与应用，强化学生综合应用分析能力和跨学科创新能力的培养。四课程教学以“翻转课堂教学模式为主，培养研究生的创新能力一般情况下，每门研究生课程的选课学生根本在10-20人之间，有些课可能人数更少。学生人数少，容易开展“翻转课堂教学与学术研讨。翻转课堂是信息现代化与课堂融合的产物，不仅弥补了传统教学的缺乏，而且运用了现代信息技术的特点，使所有学生都能参与到自主学习与个性化学习中14。另外，研究生相对本科生来说，其智力成熟度更高，自主学习能力及主观能动性也更强，更加适合开展翻转课堂教学。学生独立完成文献查阅与综述，根据自身的研究成果制作PPT，讲授出自己的认识与体会，任课教师与其他同学可以与之进行充分交流、沟通与提出建议。采用这种教学模式，不仅可以让学生进一步明确自己下一步的研究重点，还能从任课老师或其他学生那里获取新的灵感;不仅让学生具备了较强的自学能力，还能激发学生的学习兴趣与创新思维。从而到达培养学生独立思考和创新思维的目的，使学生具备独立开展学术研究的能力，对研究生各个方面能力的培养都有着积极促进作用。三、结论研究生教育教学是人才培养过程的重要环节，课程教学改革是推进研究生教育教学不断完善与开展的重要手段。本文通过对地球物理学研究生课程教学中存在的课程内容理论化、教学方式单一化、课程内容陈旧化及教学过程随机化等四个主要问题进行剖析，认为加强实践教学可以提高研究生实践动手能力和实践创新能力;重视研究生教学环节，加强研究生教学管理，标准研究生考核制度，是提高研究生教学质量的关键保障;研究生教学内容前沿化与学科交叉综合化，教学过程采用“翻转课堂教学模式和“学术讲座形式，可以激发学生的学习兴趣，开阔学生的学术视野，提升学生的创新水平和科学研究能力。通过一系列的课程教学改革措施，实现高质量人才培养目的。参考文献：20213：88-90.【2】陈谦，陆现彩.地球科学类硕士研究生课程体系提升途径初探以南京大学地球科学与工程学院硕士课程改革为例J.中国地质教育，2021，281：40-44.【3】于诗慧.关于研究生教育教学改革的思考J.黑龙江教育高教研究与评估，202111：54-55.方法M.科学出版社，2021.【5】于诗慧.关于研究生教育教学改革的思考J.黑龙江教育高教研究与评估，202111：54-55.【6】赵文平，吴敏，王安民.面向创新能力的研究生课程体系研究J.学位与研究生教育，202111：7-10.【7】罗润林，李亚南，徐志锋，等.?重磁勘探?实验教学探讨与研究J.高教学刊，202111：89-91.8张华，杨海燕，刘军，等.面向研究生创新创业能力培养的地球物理学专业实践教学体系构建J.东华理工大学学报社会科学版，2021，372：164-167.9学位与研究生教育杂志社.效劳需求创新模式突出特色提高质量深化专业学位研究生教育综合改革二年总结J.学位与研究生教育，20211：1-6.10刘震，季汉成.“地质资源与地质工程博士生创新能力分析与“灵感思维教学体会与建议J.教育教学论坛，202114：209-211.工程专业测井地质学研究生课程的教学改革J.教育教学论坛，202130：93-94.12朱立达，巩亚东，于天彪.新工科视域下机械类创新人才培养模式探索与思考J.高教学刊，202115：31-36.13赵晓明，刘丽，谭程鹏，等.“双一流战略下研究生教育改革实践及成效J.中国地质教育，20213：26-30.14刘璐.基于翻转课堂的硕士研究生课堂教学改革研究J.现代商贸工业，202119：169-170.