大学地球科学课程报告论坛论文集2018-PDF、封面、目录044

221 云南大学“地磁学”课程教学的思考 高国明 康国发 胡毅力 （云南大学资源环境与地球科学学院地球物理系，昆明 650091） 摘 要： “上穷碧落下黄泉”形象地概括了地磁学课程内容的范围。地磁学同时涉及固体地球物理、勘 探地球物理和空间物理三专业。 讲授好此课程需要渊博的知识和实践经验。 本文以云南大学地球物理学专业的 “地磁学”课程为例，结合专业培养目标和新时代对地磁学内容教学的要求，就如何讲授好此门课程的几点初 步思考。 关键词：地磁学 课程优化 教学方法 一、引言 地磁学是地球物理学的一个分支学科，它的研究对象是地磁场。地磁场的主要部分起源于 地核，它穿过近 3 000km 厚的地幔、地壳到达地表，并远远地扩展到太空，从而把地球内部的 信息携带出来，为人类认识无法达到的地球深部提供了有效的途径。地磁场的另一部分是由地 壳岩石磁性产生的，它使人类有了一种强有力的探矿手段。地磁场中还有一小部分起源于地球 周围空间的电流体系，所以地磁场也是地球空间环境探测和空间天气预报的重要内容。 地磁学是一门古老的基础学科，同时也是一门充满活力的应用学科。自从吉尔伯特的论 磁体这本“伟大到令人嫉妒的程度”的地磁学元典之作于 1600 年问世至今，地磁学已经走 过了 400 多年的历程，它的基本理论渐趋成熟，方法技术日臻完善，它的应用几乎无所不至： 从空间环境到资源勘探，从导航通信到动力系统，从地质变迁到生物进化，从疾病诊断到医疗 保健然而，自然无限，真理亦无限，未知无止境，探索亦无止境：关于地磁起源研究的新 成果举世瞩目，但是还远未完善，地磁预报历史久远，但是其精确度难如人意。地磁学应用领 域在不断扩展，概念不断在更新，要求地磁学课程的教学也要不断更新。 地磁学课程是云南大学地球物理系为地球物理专业本科生开设的一门专业主干课。 云南大 学于 1975 年建立地球物理系，是继北京大学、中国科学技术大学之后开办的培养地球物理专 业人才的高校。在云大地球物理系成立之初，就将“地磁学”课程列为主要的专业主干课进行 建设， 经过近五十年的发展、 建设和积累， 地磁学课程在康国发、 胡毅力等一批教授的带领下， 开创和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。本文在作者多 年讲授该课的基础上，结合云南大学地球物理专业的培养目标，就如何讲授好此门课程的几点 初步思考。 大学地球科学课程报告论坛论文集（2018） 222 二、优化课程内容 云南大学地球物理专业培养适应我国社会主义建设实际需要，德智体全面发展，具备良好 的科学素养和较强的学习能力，具有扎实的数理基础，掌握地球物理学基本理论、基本知识和 基本技能，具有从事地球物理实际工作和研究工作初步能力的基础研究型、应用研究型复合性 人才为目标。能够在各省、市地震局、科研机构、石油、工程勘探、高等院校从事业务及相关 科研、技术开发、教学和管理工作。同时，也为学生从事空间物理专业的学习打下基础。这要 求地磁学课程的教学目标为系统地学习地磁学的基本理论和方法技术 （从起源于核幔边界和岩 石圈磁性岩石的内源场，到由电离层、磁层电流体系产生的外源场） ，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，为人类开发利用该资源，认识自然灾害等 领域培养人才。对地磁学的理论教学内容需要包含固体地球物理、空间物理两方面。 地磁学理论教学的主要讲授以下内容：地磁场的构成与分布（5 学时） ，地球基本磁场的解 析表示（10 学时） ，地磁场的长期变化（5 学时） ，地磁场的起源假说（6 学时） ，地壳磁场与地 磁异常（6 学时） ，岩石磁性和古地磁（4 学时） ，地球变化磁场和地磁活动的一般规律（8 学 时） ，地磁场的平静变化（10 学时） ，地磁场的干扰变化（10 学时） 、震磁关系概论（2 学 时） ，磁测仪器原理（6 学时） 。 三、根据教授内容，采用多种手段进行教学 根据不同内容，采用多种教学手段进行教学，提高教学的效果和学生的积极性。在讲解基 础篇时，主要采用传统的板书教学方式，因为基础篇中有很多的公式需要推导，采用板书可以 把公式的每一步展现在学生面前，使学生的思路紧跟教师。在讲解概念、研究成果和应用时， 由于文字较多或者图片较多，主要采用多媒体教学方式，这部分内容中有比较多图片，表格和 动画等，传统的粉笔和黑板对于有些问题难以表达清楚，但通过多媒体中的图片、声音、影像 就能把它们形象的展现在学生面前。这样可以节省时间，也可以充分展示最新成果，使学生尽 早地了解未来的专业研究内容、动态，开阔视野。在讲解磁力仪这部分时，将上课地点放到实 验室中，使学生实际操作磁力仪。在讲解磁测的野外测量这部分时，将上课地点放到校园里的 空地中，结合实际具体讲解如何布置测线，测网及用磁力仪测量磁异常。 四、关注研究前沿 增加反映学科发展动态和国内外重要成果的内容。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，本人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 绍地壳磁场时， 会引入 Maus 等利用地面、 航空、 海洋和卫星磁测资料建立全球高阶磁场模型； 在介绍磁异常与地质构造时， 引入最新的利用磁异常数据反演居里面， 进而反演热岩石圈厚度， 探讨地震活动性和热结构的关系的研究。这样学生能尽早地了解在专业的研究动态。 云南大学“地磁学”课程教学的思考 223 更新地磁概念的讲解。例如，地磁活动的概念的原始含义为外源变化磁场，但是地磁研究 的逐步深入，地磁活动描述的地磁场组分发生变化。由于内源感应磁场在外源变化磁场激励下 而发生，与外源场相伴随而变化，所以，地磁活动性的研究很自然地扩大到内源感应磁场，扩 展到决定该感应场的地球内部电磁性质的研究； 由于空间探测计划的编制实施和卫星飞船的设 计制造往往需要十年到几十年的时间，因此，地磁活动性预报必须扩展到主磁场变化的预报； 由于地震等自然灾害监测的需求，地壳磁异常的变化也进入了地磁活动性研究的范畴，并成为 关注的热点之一。跟踪最新的研究成果，向学生讲清楚地磁概念随着地磁研究的深入会发生变 化，使学生意识到要常常更新自己的知识。 五、教学科研相结合，以科研促进教学 日常教学是大学教师的基本工作，提升教师学术水平和教学质量还要进行科学研究。在教 学的过程中，教材中一些知识已经陈旧，如利用量板法确定 K 指数的三小时扰动幅度，但实际 情况是现在普遍使用计算机编程后由程序自动计算， 教材中的内容已经不适应时代发展的需要， 此时作者就把科研中的一些利用计算机编程计算 K 指数的实例给学生讲解， 这样既替换了教材 中陈旧的知识，又开阔了学生的眼界，得到了学生的一致认可。 六、结论 地磁学几百年来能够持续发展， 一方面是因为地磁场与宇宙磁场的观测研究极大地丰富了 人类关于自然界的知识，成为我们认识地球和人类生存环境，探索宇宙奥秘的一门基础学科； 另一方面，地磁学又有很强和极普遍的应用性，它与人类生活、国民经济和国防建设有密切的 关系，地磁学的观测和研究成果直接或间接地服务于社会各个领域，如能源和矿产资源探查、 飞机和船舶导航、无线电通信、航天环境监测、自然灾害预测等。地磁学一直受到学术界及应 用部门的高度重视，连接着固体地球物理和空间物理专业。因此，地磁学课程不仅需要固体地 球物理和勘探地球物理的知识背景，同时还需要空间物理的知识背景。地磁学课程的教学需要 教师具备渊博的知识和实践经验。 只有不断地丰富自己的知识体系， 潜心科研， 以科研促教学， 不断更新和优化教学内容，才能上好此课程。 参考文献 1 北京大学，中国科学技术大学地球物理教研室. 地磁学教程. 北京：地震出版社，1986. 2 杨若夫斯基. 地磁学. 刘洪学，周珧秀，译. 北京：地质出版社，1982. 3 徐文耀. 地磁学. 北京：地震出版社，2003. 4 安振昌. 地球基本磁场. 北京：地震地磁观测与研究编辑部，1982. 5 Chapman S，Bartels J. Geomagne