測繪類專業(yè)“地球科學概論”理論教學的若干思考

劉 洋，許才軍，溫揚茂

(1. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079； 2. 武漢大學地球空間環(huán)境與大地測量教育部重點實驗室，湖北 武漢 430079； 3. 地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430079)

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測繪類專業(yè)“地球科學概論”理論教學的若干思考

劉 洋1,2,3，許才軍1,2,3，溫揚茂1,2,3

(1. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079； 2. 武漢大學地球空間環(huán)境與大地測量教育部重點實驗室，湖北 武漢 430079； 3. 地球空間信息技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430079)

以“地球科學概論”課程角色及測繪類專業(yè)特征為基礎(chǔ)，分析并給出了測繪類專業(yè)發(fā)展能夠拓展“地球科學概論”教學內(nèi)容的3個實例，進而對測繪類專業(yè)“地球科學概論”課程的理論教學進行了一些思考，能夠為相關(guān)專業(yè)開展該課程教學提供參考。

測繪類專業(yè)；地球科學概論；理論教學

作為地球科學各分支專業(yè)學生的一門基礎(chǔ)課，“地球科學概論”通常被安排在大學一年級階段進行講授。其教學目的是講授地球科學的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學生的唯物自然觀和宇宙觀，激發(fā)學生的探索精神和創(chuàng)新思維，促進人與地球和諧發(fā)展，為后續(xù)專業(yè)課程的學習奠定扎實基礎(chǔ)[1-3]。

測繪類專業(yè)研究地球空間信息科學與技術(shù)的基礎(chǔ)理論與方法，解決與地理空間分布有關(guān)的各種幾何、物理、人文及其隨時間變化的信息采集、處理、管理、更新和利用的科學問題,以培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬口徑、強能力和高素質(zhì)的人才為目標[4-6]。目前，該類專業(yè)對應(yīng)于測繪科學與技術(shù)一級學科，涉及大地測量學與測量工程、攝影測量與遙感、地圖制圖學與地理信息工程3個二級學科，其課程教學均以講授專業(yè)基礎(chǔ)理論、培養(yǎng)工程實踐能力并重[6-7]。

測繪類專業(yè)具有開展“地球科學概論”課程教學的優(yōu)良傳統(tǒng)，已建立起科學合理的教學目的、教學內(nèi)容、教學方法。譬如，武漢大學在“測繪工程”專業(yè)開設(shè)了“地球科學概論”必修課，并在全校范圍內(nèi)開設(shè)了相應(yīng)的公共選修課。隨著地球系統(tǒng)科學及測繪科學與技術(shù)的縱深發(fā)展，如對地觀測、深空探測等技術(shù)及應(yīng)用，測繪類專業(yè)越來越多地服務(wù)于全球環(huán)境變化、自然災害等科學問題的解決上。為此，在講授“地球科學概論”時，有必要考慮其基礎(chǔ)性、綜合性、前沿性，從而為學生創(chuàng)造一個提高綜合素質(zhì)的課程平臺。針對該問題，筆者對測繪類專業(yè)開展“地球科學概論”理論教學進行了一些思考。

1 “地球科學概論”的課程角色

“地球科學概論”是地球科學相關(guān)專業(yè)的啟蒙課程，是地學專業(yè)知識的基礎(chǔ)，需要學生認真學習[1]。其主要講授內(nèi)容如下[8]：宇宙中的行星地球、宇宙和地球的起源與演化、地球的物理性質(zhì)和圈層結(jié)構(gòu)、地球及各圈層的物質(zhì)組成、巖石圈板塊運動與地質(zhì)作用、大氣圈、水圈、土壤圈、生物圈、地表形態(tài)、地球環(huán)境及其變遷、自然資源及其利用、自然災害與減災對策(如圖1所示)。其內(nèi)容涵蓋廣，能夠使學生全面了解地球科學的主要成就和基本知識，幫助學生建立正確的地球觀和時空觀，為今后的學習和工作打下良好基礎(chǔ)。

圖1 “地球科學概論”課程的主要講授內(nèi)容

“地球科學概論”不屬于任何一個分支學科，有其獨特的課程特色[1]。對地質(zhì)類專業(yè)而言，該課程所講授的大多數(shù)內(nèi)容會在后續(xù)課程中系統(tǒng)學習，例如，為什么大多數(shù)礦物由晶體所組成并具有不同的結(jié)構(gòu)特征？為什么硬脆巖石可以發(fā)生褶皺并出露于地球表面？為什么相鄰地層間會形成多種類型的不整合關(guān)系？這些問題會在“礦物學”“構(gòu)造地質(zhì)學”“地層學”等課程中專門講解。對測繪類專業(yè)而言，這些問題通常不會有后續(xù)課程進行專門講解。由此，在測繪類專業(yè)講授該課程時，教師需要注意這一課程的結(jié)構(gòu)特征。

2 測繪類專業(yè)發(fā)展能夠拓展“地球科學概論”的教學內(nèi)容

測繪類專業(yè)的發(fā)展能夠為“地球科學概論”課程拓展教學內(nèi)容，能夠?qū)⒁恍┑貙W現(xiàn)象從定性描述發(fā)展為定性、定量綜合描述。以全球環(huán)境變化、行星地質(zhì)學、自然災害3個現(xiàn)象為例，本文給出測繪類專業(yè)發(fā)展在拓展“地球科學概論”課程教學內(nèi)容方面的一些思考。

全球環(huán)境變化是由人類活動和自然過程相互交織的系統(tǒng)驅(qū)動所造成的一系列陸地、海洋與大氣的生物物理變化。其通常會給人類帶來巨大威脅，對人類安全和社會進步形成新的挑戰(zhàn)，與其相關(guān)的研究對發(fā)展地球科學、促進全球可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和實踐價值[9]。在對地觀測技術(shù)之前，人類對全球環(huán)境變化的理解相對較少。以全球定位技術(shù)、遙感技術(shù)為代表的對地觀測技術(shù)能夠?qū)Φ厍蜻M行整體、連續(xù)、協(xié)調(diào)觀測，革新了人類對全球環(huán)境變化的認識[10]。由此，對地觀測技術(shù)的進步顯著拓展了“地球科學概論”課程教學中全球環(huán)境變化的講授內(nèi)容、認知層次。

行星地質(zhì)學指的是應(yīng)用地質(zhì)學原理研究行星和大天然衛(wèi)星的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、起源和演化的一門自然學科。其依賴的觀測數(shù)據(jù)主要為基于測繪遙感獲得的電磁波、光波、影像等直接勘察的數(shù)據(jù)及取回的樣品[11]。在深空探測技術(shù)出現(xiàn)之前，人類較少獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。自20世紀60年代美國實施阿波羅登月計劃以來，國際深空探測、中國月球探測等計劃相繼開展，人類已獲得包括月球、水星、金星、火星等的探測數(shù)據(jù)，對其表面及以下的成分、結(jié)構(gòu)、形成演化過程進行了一定研究。鑒于太陽系的形成與演化歷史，相關(guān)研究工作為理解和認識地球提供了新的、更全面的視野。由此，深空探測技術(shù)的進步拓寬了“地球科學概論”課程中與宇宙中的行星地球相關(guān)的教學內(nèi)容，對其系統(tǒng)性、完整性具有一定的補充。

自然災害是指由于自然異常變化造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失、資源破壞等現(xiàn)象，主要包括氣象災害、地質(zhì)災害、海洋災害及生物災害等。對地觀測技術(shù)，如全球定位系統(tǒng)、合成孔徑雷達、衛(wèi)星測高等，可以提供大范圍、多時相、高分辨率的海量數(shù)據(jù)，由此可以建立定量的災害預測預報模型，能夠在自然災害的監(jiān)測與評估中發(fā)揮巨大作用[12]。然而，在對地觀測技術(shù)出現(xiàn)之前，“地球科學概論”課程教學中對諸類自然災害的講解大多局限于定性描述。對地觀測技術(shù)的進步使得“地球科學概論”教學能夠?qū)Φ湫妥匀粸暮Φ臅r空物理模型進行一定介紹，實現(xiàn)了定性描述到定性、定量綜合描述的發(fā)展。

3 測繪類專業(yè)“地球科學概論”課程的理論教學

“地球科學概論”課程的理論教學主要講授地球科學的基本概念、原理及現(xiàn)象，培養(yǎng)學生的唯物自然觀和宇宙觀，激發(fā)學生的探索精神和創(chuàng)新思維，為后續(xù)專業(yè)課程的學習奠定扎實基礎(chǔ)。借鑒已有成果[1-3]，本文給出對測繪類專業(yè)開展“地球科學概論”理論教學的一些思考。

(1) 熟練講授地球科學中的基本概念、原理，展示地球科學中涉及的多種現(xiàn)象，解釋典型現(xiàn)象的產(chǎn)生機理，由淺入深，由表及里，以期學生有較強的感性、理性認知。在測繪類專業(yè)講授該課程時，教師可以在參考地質(zhì)類專業(yè)講授該課程的基礎(chǔ)上，堅持“少而精”原則對若干基本概念、基本現(xiàn)象、基本理論進行闡述和解釋，以避免學生在畢業(yè)后對常見地球科學現(xiàn)象混淆不清，如地震。教師可以多媒體形式向?qū)W生展示歷史、現(xiàn)今地震在地表產(chǎn)生的破裂現(xiàn)象，以現(xiàn)象入手講述地震斷層的來源及合理近似性，進而展示依據(jù)地震斷層模擬的海嘯波，將其與近些年海嘯波觀測數(shù)據(jù)進行比較，表明現(xiàn)階段人類對地震機理認識的正確性，同時能夠?qū)⒌卣瓞F(xiàn)象與其他地球科學現(xiàn)象關(guān)聯(lián)起來。此舉可完善學生的知識結(jié)構(gòu)，使得對相關(guān)現(xiàn)象認識清晰。類似可講授的現(xiàn)象有地球環(huán)境變遷、水動力作用、內(nèi)動力作用等。

(2) 培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)、分析與地球科學現(xiàn)象相關(guān)的測繪類專業(yè)問題的能力，并嘗試作合理解釋，注重引導。如在合成孔徑雷達影像遙感解譯中，對某一極化方式，雷達回波強度、結(jié)構(gòu)特征與地物表面粗糙度、介電常數(shù)等相關(guān)。針對該問題，教師至少可以引導學生發(fā)現(xiàn)、分析如下兩個問題：①地物表面粗糙度與地形形態(tài)及組合等相關(guān)，而地形形態(tài)及組合又與巖石成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造運動等相關(guān)；②介電常數(shù)與水含量相關(guān)，而水含量又與地形形態(tài)及組合等相關(guān)。由此可逐步培養(yǎng)學生利用地球科學現(xiàn)象分析測繪類專業(yè)問題的能力。此外，可以要求學生在授課階段至少提出2個問題、回答4個問題，可以給學生安排課后思考問題，調(diào)動學生的主動性，增強學生發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力。

(3) 培養(yǎng)學生宏觀與微觀相結(jié)合的思考模式，由此及彼，引導學生推廣至測繪類專業(yè)領(lǐng)域。如對于某一巖石標本，若利用放大鏡進行觀測，通常會發(fā)現(xiàn)與肉眼觀測不一致的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、顏色特征等，此時需要抓住關(guān)注的主要問題——宏觀特征還是微觀特征，同時應(yīng)顧及二者的相互指示意義。將該思維模式應(yīng)用到測繪類專業(yè)領(lǐng)域，如利用多時間、空間分辨率的對地觀測數(shù)據(jù)可以獲得隨時間、空間變化的多尺度信號，借鑒宏觀與微觀相結(jié)合的思考模式，應(yīng)將所研究信號的宏觀因素與微觀因素區(qū)別開來，抓住某一因素的主要特征，同時綜合考慮另一因素產(chǎn)生的相關(guān)現(xiàn)象，從而更全面地進行后續(xù)研究。

(4) 激發(fā)學生創(chuàng)新能力，突出科學性。以海底擴張學說為例，“地質(zhì)詩人”赫斯在獲取到海底并非古老、海底成分主要為玄武巖、海底有洋中脊和裂谷、裂谷被一系列橫向斷層所錯開等科學現(xiàn)象后，創(chuàng)造性地提出了海底擴張學說。由此，在理論教學階段，應(yīng)引導學生在學習接觸到相關(guān)地球科學現(xiàn)象后，系統(tǒng)整理相關(guān)現(xiàn)象，創(chuàng)造性分析它們的特征、差異、變化及聯(lián)系，綜合運用對比、發(fā)散、聚焦思維等，抓住日常學習、生活中的靈感，大膽假設(shè)并合理解釋、推理，不斷激發(fā)學生的創(chuàng)新能力。

(5) 加強學生的素質(zhì)教育，堅持“以學生為中心”的教學理論，讓學生在教學過程中處于中心地位，提高學生的參與度。“地球科學概論”教學過程中，涉及的地球科學現(xiàn)象、知識點相對較多，若全部采取教師講授的方式，效果可能達不到最佳，可以適當采取小組和學生講授的方式。為了講解某一地球科學現(xiàn)象需要查閱大量參考文獻和資料以追蹤學術(shù)前沿，為了形象演示某一地球科學過程需要制作相關(guān)多媒體演示，為了在課堂上生動、準確、清晰地講解需要鍛煉演講與口才能力，同時需要規(guī)范文字寫作與表達能力。為此，小組成員之間需要根據(jù)具體工作進行任務(wù)分工，工作完成后需要分享自己在完成所負責任務(wù)中的經(jīng)驗和感受，也可能需要分享準備過程中的其他收獲。此外，準備過程中由于工作強度大、任務(wù)重等可能會出現(xiàn)其他問題而需要學生之間相互照顧學習、生活等。諸事項均能夠鍛煉學生的團隊協(xié)作、人文關(guān)懷、道德修養(yǎng)等素質(zhì)。綜合素質(zhì)的提高一直是任何專業(yè)學生所迫切需要的。

4 結(jié)束語

為培養(yǎng)適應(yīng)測繪類專業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)人才，在講授“地球科學概論”時有必要考慮其基礎(chǔ)性、綜合性、前沿性。本文簡要給出了“地球科學概論”的課程角色，以全球環(huán)境變化、行星地質(zhì)學、自然災害為例，對測繪類專業(yè)發(fā)展能夠拓展其教學內(nèi)容進行了分析，進而給出了測繪類專業(yè)開展該課程理論教學的一些思考。本文能夠為相關(guān)專業(yè)開展該課程的理論教學提供一個有益參考。

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Some Thoughts on the Theoretical Teaching of the “Introduction to Earth Science” for Surveying and Mapping Majors

LIU Yang1,2,3，XU Caijun1,2,3，WEN Yangmao1,2,3

(1. School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan 430079, China； 2. Key Laboratory of Geospace Environment and Geodesy, Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan 430079, China； 3. Collaborative Innovation Center for Geospatial Technology, Wuhan 430079, China)

In this paper, based on the curriculum role of the “Introduction to Earth Science” and the feature of the Surveying and Mapping majors, three cases are analyzed and presented, which are related to the extension of the teaching content of the “Introduction to Earth Science” due to the development of the surveying and mapping majors. Furthermore, some thoughts on the theoretical teaching of the “Introduction to Earth Science” for the surveying and mapping majors are proposed. The result can provide a reference for the related majors to carry out the teaching of this course.

surveying and mapping majors; Introduction to Earth Science; theoretical teaching

劉洋，許才軍，溫揚茂.測繪類專業(yè)“地球科學概論”理論教學的若干思考[J].測繪通報，2017(6)：146-148.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0210.

2016-06-08；

2016-10-25

武漢大學教學研究項目(JG201455)；國家自然科學基金(41404007)

劉 洋(1984—)，男，博士，講師，主要從事InSAR數(shù)據(jù)處理與地學解釋的教學與科研工作。E-mail：Yang.Liu@sgg.whu.edu.cn

G64

A

0494-0911(2017)06-0146-03