地震资料数字处理课程教学改革探索

李生杰，陈小宏（中国石油大学（北京） 地球物理与信息工程学院，北京 102249）

地震资料数字处理课程教学改革探索

李生杰，陈小宏
（中国石油大学（北京） 地球物理与信息工程学院，北京 102249）

地震资料数字处理课程是勘查技术与工程本科专业的重要专业课程. 针对地震资料数字处理课程特点及教学过程中存在的问题，从教学内容、方法以及考评内容等方面进行了教学改革，实践结果表明，教师在课程教学中应该成为教学改革的先行者和实践者，积极处理好教学、科研与人才培养三方面的关系，不断增加科研的实力，改变教学观念，探索学习一些行之有效的教学方式. 通过这些措施，可有效地提高教学工作的质量.

地震资料数字处理； 课程改革； 教学模式创新； 外延式教学； 实践环节

引言

地震资料数字处理课程是勘查技术与工程本科专业的重要专业课程之一，也是一门理论与实践相结合的专业基础课. 本课程主要教学任务包括通过各种教学环节，使学生了解地震资料处理的基本理论及方法原理，掌握地震资料处理的各个环节和工作流程，了解地震资料处理中存在的主要问题，学习目前地震资料数字处理领域的最新热点问题和发展方向，为学生以后学习和从事地震资料数据处理相关研究工作奠定良好基础[1］.

地震资料数字处理是重要的专业基础课程，课程涉及面广，内容丰富. 国内许多石油及地质类高校均开设了这门课程，但不同学校的课程内容、课时安排、教学参考书不尽相同. 中国石油大学是一所石油特色鲜明、以工为主、多学科协调发展的教育部直属重点大学，学校坚持把科学研究作为强校之路，同时坚持走产学研相结合的办学道路. 从办学定位看，学校的人才培养方向是力争让学生在研究能力与实践应用能力方面取得双赢——既要培养石油行业的高端人才，特别是能够走向世界的研究型人才，同时也要为国内各大油田及相关企业培养应用型人才. 因此，本课程的教学目标为既要讲授与地震数据处理相关的一些基本理论和方法，更要帮助学生吃透所学的知识，熟练掌握各种理论方法的应用途径、实现过程以及适应范围，针对不同地震资料特点，能够合理选择处理方法、建立有效处理流程.

1 地震资料数字处理课程的教学特点

地震资料数字处理课程具有较强的理论基础与实践应用相结合的特点. 本课程涉及信号分析、波动力学、数学变换以及现代代数等理论和方法. 同时，将这些理论方法与多次覆盖地震信号相结合，进行数据处理和分析，使得学生感到课程内容抽象、难懂和枯燥. 教学过程中有时需要将地震数据及其特征用一系列数学工具进行描述和分析，学生对地震数据处理的结果不能完全理解. 这些课程特点对教学工作提出了更高要求.

在信息技术发展日新月异的背景下，本课程中存在的一些具体问题表现得尤其明显： ①教学模式不够合理，单向灌输式教学方法有时仍占据主导地位，课堂上学生参与和讨论较少，导致大部分学生的学习兴趣与学习动力不足. ②教学内容中的理论知识与实际应用没有找到较好的结合点，学生实际参与的知识应用与实践的环节相对较少，亟需提高学生的应用能力. ③教学评价方式相对陈旧单一，学生仅靠期末一次考试确定成绩，难以对学生的学习效果做出全面评估.

2 教学方法的改进措施

从国际背景看，注重学生创造性能力培养的研究型大学与注重学生设计与动手能力培养的工程型或者应用型大学发展并行不悖[2］. 尽管美国、加拿大等发达国家的相关专业教学各有特点，但也有一些共性，就是打破学科间界限，围绕问题设计综合课题，运用讨论法进行教学，增加学生参与教学过程的机会，鼓励学生主动学习，培养他们自主获取知识的能力，进而获得科学的思维方法. 以美国为例，一些著名的研究型大学为低年级本科学生开设了大量讨论课，学生从单纯的知识被动接受者，转变为主动吸收知识和探索知识者[3］. 不难看出，目前国内本课程的教学状况与我们理想的教学目标存在相当的距离，同时与国际一些高校教学方法相比更是存在较大差距[4］. 因此，我们的教学改革既任重道远又迫在眉睫.

为了帮助学生克服在学习本课程中遇到的困难，我们借鉴国内外高校同类课程教学内容和方法，在教学实践中不断摸索改进，并根据学生反馈意见，完善教学方法，对本课程的教学内容、教学方案设计、学生综合评价内容和方式都进行了系列改进，取得明显效果.

2.1 精细教学设计

（1） 教学内容的压缩与补充

在深入分析教学大纲的基础上，根据课程内容的自学难易程度，适当对教材进行再处理. 讲授时适当调整详略，或者压缩或者补充，对一些较为重要的问题进行必要的延伸，对课时计划中某些教学内容进行适当压缩. 针对一些较易理解、学生通过自学基本能够了解的内容，布置学生预习，培养学生自主学习的能力，讲课时提纲挈领地略讲其要点，腾出时间放在教学重点上.

教学过程中适当补充实例. 教材中部分较为抽象的内容，学生感到陌生，接受起来有困难. 如果在教学中照本宣科，难免会使学生似懂非懂，适当补充一些处理实例结果，特别是具有典型效果的地震剖面等实际地震数据，尽可能让学生对所学内容融会贯通.

（2） 教学方法的设计

在充分考虑教学目标、教学内容、学生接受能力等多种因素基础上，灵活设计多种教学方法，并根据不同教学内容进行教学方式的调整与选择，同时选用适当的媒体配合，以便取得较好的效果.

实践证明，教师一个人站在讲台上填鸭式的讲授法，或者自顾自地推导公式，难以取得较好的教学效果. 这种教学方式无法调动学生的好奇心与学习积极性. 在教学实践中，我们依据实际情况灵活运用教学方法，设计出几种教学方法，并根据内容进行优化选择. 例如，针对部分信号变换与数字滤波等学生有些了解的教学内容，采用启发式教学方法； 对地震速度分析、偏移归位等有一定难度的教学内容，则采用探索式教学方法，引起学生的求知欲； 有些偏重理论基础、学生可自学或者预习的内容，采用课堂提问或者师生对话式的教学方式. 教学方法选择的立足点在于调动学生的学习积极性和主动性，让他们树立学习的信心，从而主动获取知识，培养学习能力.

2.2 外延式教学促进课内外的结合

地震资料数字处理课程中许多理论和实现方法是通过数学物理原理推导得到，许多学生过于注重公式推导或证明，而对各种方法的实质以及处理效果不理解，影响学生学习的积极性. 因此，如何帮助学生在掌握基本概念、原理和计算方法的基础上，增强学生对处理方法和效果的理解能力，提高学生解决实际问题的能力，是我们在教学过程中需要解决的问题之一. 解决这个问题的途径之一就是适时增加地震资料处理实践环节，让学生对各种地震数据处理方法获得感性认识. 尽管本课程已设置64学时，但本课程理论基础内容多，教学过程中未安排实践环节. 因此，我们在教学过程中，采用外延式教学方法进行教学改革，取得了较好的效果.

首先，为了增强学生对本课程的兴趣，我们为学生准备了一套标准格式的地震数据和相应的数据格式读写代码，鼓励学生利用课外时间，自行编写程序，进行地震数据读写、显示等操作.

在此基础上，引导学生将部分信号数字处理的方法正确地应用于地震数据处理中. 例如，如何对有限长、离散地震数据进行傅里叶变换，以便进行频谱计算和分析等. 这些分析工作与本课程教学内容是一致的，增加这些环节，一方面让学生熟悉实际地震数据是什么样的，地震资料处理的对象（地震数据）有什么特点，另一方面能够使学生利用课外时间多思考相关教学内容以及这些基础知识延伸的方法. 例如，用数字信号分析中褶积概念，讨论地震信号的形成及其物理意义，学生通过自己编写褶积运算程序，数值模拟地震记录，使学生对地震信号中地层界面信息、地震子波概念以及分辨率等物理意义了解更加深刻. 在此基础上，引导学生思考反褶积运算的意义和实现途径等，达到教学内容、基础知识自主学习的延伸.

这类外延式教学方式能让学生更多地参与到教学过程之中. 在课外地震数据处理实践过程中，学生的基础理论与实践能力受到双重考验，使他们课堂上所学内容真正地活起来，有了用武之地，大大地促进了他们的学习兴趣，也越来越多地乐于参与到各种课堂活动之中. 从教师角度而言，这种外延式的教学方式，虽然增加了教师的工作量，但教师能从中获得课堂单向讲授时所没有的体验——增进了对学生思维、学习甚至生活状态的理解，从而能得到更多的教学反馈，便于更好地改进日后的教学.

2.3 优化课程考评内容

课程考评成绩直接与学生的切身利益密切相关，考评内容对学生学习的目标具有重要引领作用，同时对教学工作、人才培养等至关重要[5］. 为了改变学生习惯的死记硬背应付考试、期末考试定最终成绩的考评方式，我们将课程成绩考评贯穿于整个教学过程，采用多环节综合考评模式. 即学生的综合考评成绩由平时成绩（课堂纪律）、课堂讨论表现、作业完成情况以及期末成绩等组成. 鼓励学生积极参加外延实践活动，并将参加实践活动的表现作为加分的依据.

3 效果与认识

通过上述教学改革措施，教学工作取得了明显的效果. 学生主动学习的积极性得到了提高，课程考试的及格率大幅提高，优良率超过了70%. 从近年考研专业课笔试及面试成绩来看，学生的基础知识比较扎实.

教学改革的实践说明，教师的引导作用在专业基础课程教学过程中具有重要作用. 例如，为了鼓励学生主动学习，培养他们自主获取知识的能力，可采用研讨法进行教学，合理设计综合课题，通过课题讨论，使学生获得科学的思维方法. 这种研究型教学工作能够将单一的课堂教学，转化为多形式的互动交流，将学习与研讨融为一体，形成积极的学习环境，激发课堂活力，克服传统教学方式的缺点.

教师在课程教学中传授给学生先进的理论和方法，教师本身应该具备获取新知识的能力，应该成为教学内容的先行者和实验者，同时，积极处理好教学、科研与人才培养三方面的关系，力争让三者有机结合起来. 如果做到这一点，教师自身首先要不断增加自己的实力，改变自己的教学观念，并不断探索学习新的行之有效的教学方式. 我们的教学实践也说明，延伸式教学方法对学生有推动作用，他们在学习兴趣提高之后，更乐于与教师交流，也更乐于参与课堂讨论，从而形成了一种良性互动关系，有助于教师及时了解教学效果，在教学过程中不断调整教学方法、改进教学内容.

[1]李生杰. 改革专业基础课程教学，促进应用型创新人才培养——以地震资料数字处理课程教学为例[J[. 云梦学刊，2012（6）： 124～126

[2]李 正. 基于工程创新人才培养的课程体系改革[J[. 中国大学教学，2012（3）： 12～14

[3]张德江. 人才培养质量的影响因素与对策探析[J[. 中国大学教学，2012（2）： 11～13

[4]张保军. 学术性—研究型大学的立身之本[J[. 中国高教研究，2001（9）： 3～5

[5]李贞刚，陈 强. 完善中国高校内部教学评估机制的对策[J[. 中国石油大学学报（社会科学版），2014（30）： 94～99

A Teaching Innovation for the Curriculum of Seismic Data Processing

LI Sheng-jie，CHEN Xiao-hong
（College of Geophysics and Information Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

Seismic Data Processing is one of the most important professional basic courses for students specialized in prospecting technology and engineering. Aiming at the characteristics of the course of Seismic Data Processing and some problem in the teaching process，teaching reform has been carried out in course content，teaching methods and evaluation scheme. Practical results showed that teachers should become the pioneers and practitioners of teaching reform in the teaching process，actively deal with the relationship among teaching practices，scientific research and personnel training，increase the strength of scientific research，change the concept of teaching，explore and learn some effective teaching methods. The effectiveness of teaching activity can be improved through these measures.

seismic data processing，curriculum reform，innovation of teaching mode，extension of teaching，the practice

G642

A

1672-5298（2016）02-0074-03

2016-03-18

李生杰（1962- ），男，甘肃酒泉人，博士，中国石油大学（北京）地球物理与信息工程学院副教授. 主要研究方向： 地球物理勘探

陈小宏（1962- ），男，江苏高淳人，博士，中国石油大学（北京）地球物理与信息工程学院教授. 主要研究方向： 地球物理勘探