余燁 曹濤濤 王莉

摘 要：數(shù)學(xué)地質(zhì)是資源勘查工程專業(yè)本科生高年級(jí)的一門專業(yè)必修課，其介紹的數(shù)學(xué)方法較多，涉及的數(shù)學(xué)理論知識(shí)較深，應(yīng)用的領(lǐng)域較廣。本文結(jié)合該課程特點(diǎn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、授課方式和考核機(jī)制等方面進(jìn)行探討分析，提出了培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、強(qiáng)化專業(yè)認(rèn)知、精選教學(xué)內(nèi)容、強(qiáng)化軟件操作以及優(yōu)化考核機(jī)制等措施，以期進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，為學(xué)生將來從事數(shù)學(xué)地質(zhì)工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)地質(zhì)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；考核方式

數(shù)學(xué)地質(zhì)屬地質(zhì)學(xué)的一個(gè)重要分支學(xué)科，是二十世紀(jì)六十年代以來形成的一門邊緣學(xué)科。它是地質(zhì)學(xué)與數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物，目的是從量的方面研究、解決地質(zhì)學(xué)問題，反映地質(zhì)學(xué)從定性描述向定量研究發(fā)展的新趨勢(shì)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，分析測(cè)試手段及測(cè)試儀器的不斷改進(jìn)、更新，地質(zhì)數(shù)據(jù)暴增，數(shù)值型地質(zhì)信息大量出現(xiàn)，伴隨數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)等相關(guān)學(xué)科理論的發(fā)展，推動(dòng)數(shù)學(xué)地質(zhì)不斷進(jìn)步。數(shù)學(xué)地質(zhì)方法的應(yīng)用幾乎滲透到地質(zhì)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，在地礦、石油、冶金等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并形成了理論和方法體系。因此數(shù)學(xué)地質(zhì)在地質(zhì)院校資源勘查工程專業(yè)課程中的地位日益牢固，成為專業(yè)必修課程之一。數(shù)學(xué)地質(zhì)作為一門理論與應(yīng)用相結(jié)合的課程，不僅涉及線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)中深?yuàn)W的概念、煩瑣的推導(dǎo)和復(fù)雜的計(jì)算，還涉及對(duì)計(jì)算機(jī)軟件的有效利用和對(duì)地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)的熟練掌握，使得學(xué)生容易產(chǎn)生懼學(xué)、厭學(xué)的心理。針對(duì)該課程的特點(diǎn)和學(xué)生的實(shí)際情況，筆者結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐和遇到的實(shí)際問題，對(duì)如何提高數(shù)學(xué)地質(zhì)的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行了探討。

一、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化專業(yè)認(rèn)知

興趣是最好的老師。學(xué)生有了學(xué)習(xí)興趣，就會(huì)主動(dòng)探索知識(shí)。教師在教學(xué)中可以結(jié)合課程自身的特點(diǎn)，通過展示課程魅力培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如在講授緒論部分時(shí)，可以向?qū)W生介紹數(shù)學(xué)地質(zhì)的發(fā)展歷史和應(yīng)用前景，并結(jié)合最近召開的國(guó)際國(guó)內(nèi)數(shù)學(xué)地質(zhì)大會(huì)等相關(guān)專業(yè)會(huì)議內(nèi)容，為學(xué)生展示本學(xué)科的前沿動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)，拓寬專業(yè)視野，強(qiáng)化學(xué)生的專業(yè)認(rèn)知。同時(shí)還可以向?qū)W生介紹數(shù)學(xué)地質(zhì)方法在地礦、石油、冶金等相關(guān)地質(zhì)領(lǐng)域研究中取得的應(yīng)用成果，讓學(xué)生感受學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)地質(zhì)課程的價(jià)值，體會(huì)數(shù)學(xué)地質(zhì)方法在地球科學(xué)研究中的作用。此外還可以通過一些實(shí)際案例的具體分析，讓學(xué)生了解數(shù)學(xué)地質(zhì)方法能解決哪些具體問題，還可以讓學(xué)生了解數(shù)學(xué)地質(zhì)方法應(yīng)用的深度和廣度，從而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外還可以向?qū)W生介紹為數(shù)學(xué)地質(zhì)發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)的國(guó)內(nèi)外杰出科學(xué)家，讓學(xué)生感受到數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)家留給我們的不僅是理論的傳承和方法的應(yīng)用，還有他們的探索精神和求知欲望。這些都將使學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)地質(zhì)課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣，強(qiáng)化專業(yè)認(rèn)知，從而增強(qiáng)學(xué)生學(xué)好該課程的信心。

二、挑選合適教材，精選教學(xué)內(nèi)容

數(shù)學(xué)地質(zhì)教材有些偏重于實(shí)際方法的應(yīng)用，理論知識(shí)講解比較少；有些教材則偏重于理論方面的講解，內(nèi)容大部分是數(shù)學(xué)公式復(fù)雜的推導(dǎo)過程，實(shí)際應(yīng)用較少。我們選取教材時(shí)，要求教材既有適量的理論和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撌?，又要有深入淺出的方式闡述數(shù)學(xué)地質(zhì)的基本概念、數(shù)據(jù)處理方法和案例應(yīng)用過程，而且還要注重理論方法與實(shí)際應(yīng)用案例的相互融合，達(dá)到穿插教學(xué)的目的。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐和對(duì)比，發(fā)現(xiàn)石油工業(yè)出版社的《數(shù)學(xué)地質(zhì)方法及應(yīng)用》比較合適，章節(jié)安排比較合理，并且把每種數(shù)學(xué)地質(zhì)方法的講解都融入科研項(xiàng)目實(shí)例當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)與方法應(yīng)用的相互穿插。該教材在第三章舉例用逐步回歸求儲(chǔ)量密度y與生、儲(chǔ)、蓋、圈、保5個(gè)因素的回歸關(guān)系式時(shí)，利用實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)理論公式的推導(dǎo)過程進(jìn)行求解，使理論教學(xué)和方法應(yīng)用相互融合，實(shí)現(xiàn)穿插教學(xué)。另外充分考慮數(shù)學(xué)地質(zhì)的課程特點(diǎn)和教學(xué)學(xué)時(shí)，以學(xué)生靈活應(yīng)用數(shù)學(xué)地質(zhì)方法為主線，以掌握數(shù)學(xué)地質(zhì)基本理論為基礎(chǔ)，精選教學(xué)內(nèi)容。數(shù)學(xué)地質(zhì)課程共選擇五章，內(nèi)容包括緒論、地質(zhì)數(shù)據(jù)的表達(dá)方式及其特征、多變量相關(guān)分析、多變量分類分析和因子分析。而油氣資源定量評(píng)價(jià)、數(shù)學(xué)模型在地質(zhì)學(xué)中的應(yīng)用這兩章涉及的學(xué)科專業(yè)知識(shí)比較深，留給學(xué)生繼續(xù)深造時(shí)學(xué)習(xí)。這樣就可以有充分的教學(xué)時(shí)間講授基本理論方法和實(shí)際應(yīng)用過程，保證教學(xué)質(zhì)量的提高。

三、把握課程特點(diǎn)，多種授課方式并用

數(shù)學(xué)地質(zhì)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，在地礦、石油、冶金等地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，是一門以數(shù)學(xué)理論為方法，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為研究手段，對(duì)地質(zhì)問題進(jìn)行定量研究的方法性學(xué)科。因此，數(shù)學(xué)地質(zhì)的授課方式有別于其他傳統(tǒng)的授課方式，既要充分考慮傳統(tǒng)理論教學(xué)（數(shù)學(xué)理論知識(shí)），又要考慮實(shí)踐操作教學(xué)（計(jì)算機(jī)技術(shù)操作），還要考慮實(shí)際應(yīng)用教學(xué)（科研項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)際案例）。在數(shù)學(xué)地質(zhì)教學(xué)中，我們根據(jù)不同的教學(xué)環(huán)節(jié)，采取多種授課方式綜合應(yīng)用的方法。比如在闡述數(shù)學(xué)理論方法時(shí)，可以采取啟發(fā)誘導(dǎo)式教學(xué)，由淺入深、由易到難、循序漸進(jìn)地推導(dǎo)數(shù)學(xué)公式的簡(jiǎn)單步驟。這樣便于實(shí)踐操作，有利于學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)，加深學(xué)生對(duì)基本概念和公式定理的理解。而在實(shí)踐操作中，可以采取互動(dòng)式教學(xué)，讓學(xué)生身臨其境，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。如在講授回歸分析時(shí)，可先舉例說明國(guó)內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用回歸分析解決地質(zhì)問題的成功例子，然后結(jié)合學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)專業(yè)課內(nèi)容，讓學(xué)生自己動(dòng)手對(duì)生油門限時(shí)間和生油層溫度、埋藏深度進(jìn)行回歸分析，讓學(xué)生在實(shí)踐中感受“有機(jī)質(zhì)向石油演化所需時(shí)間隨著地溫的升高和埋藏深度的加大而縮短，其中溫度對(duì)演化時(shí)間起主導(dǎo)作用”，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)習(xí)的積極性。同時(shí)，考慮到數(shù)學(xué)地質(zhì)應(yīng)用性較強(qiáng)的特點(diǎn)，在教學(xué)中盡可能講授那些緊跟生產(chǎn)科研實(shí)踐趨勢(shì)、真實(shí)客觀和經(jīng)得起推敲琢磨的成功案例，特別是任課教師本人或教研室相關(guān)教師的最新科研成果。如在講授判別分析時(shí)，將《應(yīng)用巖性統(tǒng)計(jì)方法判別珠江口盆地三角洲沉積相》的科研論文以案例講解的方式展示給學(xué)生；而在講授聚類分析和因子分析時(shí)，將《多元統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用于惠州凹陷M層物源分析》的科研論文以案例講解的方式展示給學(xué)生，這樣可以賦予知識(shí)生動(dòng)性、形象性和實(shí)踐性，從而培養(yǎng)學(xué)生處理數(shù)據(jù)、分析問題和解決問題的能力。

四、強(qiáng)化軟件操作，注重實(shí)踐教學(xué)

數(shù)學(xué)地質(zhì)從其出現(xiàn)就借助了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)軟件的應(yīng)用。面對(duì)浩瀚的地質(zhì)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的研究方法很難處理、研究和分析它們，必須借助計(jì)算機(jī)和相關(guān)軟件才能完成。因此，掌握一定的計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)軟件的操作非常重要，該課程要求熟練操作的軟件主要有SPSS、MATLAB和Surfer。在教學(xué)中，理論知識(shí)教學(xué)和軟件操作教學(xué)要同步進(jìn)行，在講授完每種數(shù)學(xué)地質(zhì)方法的基本思想和原理后，馬上介紹相關(guān)軟件的操作過程和具體步驟，隨后安排上機(jī)實(shí)踐操作。上機(jī)操作內(nèi)容要由淺入深，首先由教師帶領(lǐng)學(xué)生按照實(shí)習(xí)指導(dǎo)書上已有詳細(xì)步驟和結(jié)果分析的案例進(jìn)行操作；然后讓學(xué)生將軟件操作的結(jié)果與實(shí)習(xí)指導(dǎo)書上的結(jié)論進(jìn)行對(duì)比，加深理解；最后，在時(shí)間允許的情況下，盡可能向?qū)W生提供一些實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，要求學(xué)生利用軟件進(jìn)行分析操作，達(dá)到舉一反三、熟練操作的目的。當(dāng)然在軟件操作教學(xué)中不能一味要求學(xué)生掌握這一操作流程，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)該課程的教學(xué)重點(diǎn)還是數(shù)學(xué)地質(zhì)方法的基本原理以及不同方法的科學(xué)選?。煌瑫r(shí)還要注重軟件輸出結(jié)果的地質(zhì)分析和相關(guān)解釋，以及是否符合地質(zhì)學(xué)的相關(guān)規(guī)律。因此，在熟練掌握軟件操作流程的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行地質(zhì)分析，給出地質(zhì)解釋，并完成相應(yīng)的上機(jī)實(shí)習(xí)報(bào)告，使理論知識(shí)與軟件學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合，有效提高計(jì)算機(jī)軟件操作和數(shù)學(xué)地質(zhì)方法應(yīng)用能力。

五、優(yōu)化考核機(jī)制，合理評(píng)定成績(jī)

考核機(jī)制是合理評(píng)定學(xué)生成績(jī)的依據(jù)，也是檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)該門課程掌握程度的標(biāo)尺。數(shù)學(xué)地質(zhì)作為一門應(yīng)用型學(xué)科，其考核機(jī)制必須堅(jiān)持學(xué)以致用的原則，不僅要考慮學(xué)生對(duì)基本原理和方法的掌握程度，還要考慮學(xué)生對(duì)相關(guān)軟件的操作過程以及對(duì)輸出結(jié)果的地質(zhì)分析解釋能力，特別是數(shù)學(xué)地質(zhì)方法的綜合應(yīng)用能力。根據(jù)課程特點(diǎn)，可以采取閉卷考試、上機(jī)操作考查和學(xué)科論文綜述相結(jié)合的考核機(jī)制，進(jìn)而對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)給予綜合評(píng)定。閉卷考試主要考核學(xué)生對(duì)各種數(shù)學(xué)地質(zhì)方法和理論知識(shí)的掌握程度；上機(jī)操作考查主要考核學(xué)生對(duì)相關(guān)軟件操作的熟練程度，以及對(duì)軟件輸出結(jié)果的地質(zhì)分析和地質(zhì)解釋的能力；學(xué)科論文綜述則是通過對(duì)數(shù)學(xué)地質(zhì)相關(guān)文獻(xiàn)資料的閱讀，把握學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，從而培養(yǎng)學(xué)生撰寫學(xué)術(shù)論文和綜合分析問題的能力。

六、結(jié)語

數(shù)學(xué)地質(zhì)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的交叉學(xué)科，運(yùn)用的數(shù)學(xué)方法較多，涉及的數(shù)學(xué)理論知識(shí)較深，應(yīng)用的領(lǐng)域范圍較廣，對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件操作的要求也比較專業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大量數(shù)值型地質(zhì)信息出現(xiàn)，其越來越受到地質(zhì)學(xué)家的重視，并得到了廣泛應(yīng)用?？傊?，數(shù)學(xué)地質(zhì)教學(xué)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，只有在教學(xué)中不斷歸納、總結(jié)、探索、創(chuàng)新和實(shí)踐，才能跟上時(shí)代步伐，提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，為學(xué)生將來從事數(shù)學(xué)地質(zhì)工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：余燁（1983— ），博士，講師，研究方向：數(shù)學(xué)地質(zhì)教學(xué)與科研。