地學(xué)大數(shù)據(jù)背景下的礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)教學(xué)方法探討

1、    地學(xué)大數(shù)據(jù)背景下的礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)教學(xué)方法探討    趙江南摘要：“礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)”是中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）開(kāi)設(shè)歷史較長(zhǎng)的一門(mén)綜合性學(xué)科交叉課程，目的是讓學(xué)生掌握數(shù)學(xué)地質(zhì)基本理論、基本方法，并應(yīng)用這些理論與方法進(jìn)行礦產(chǎn)資源定量預(yù)測(cè)，并培養(yǎng)數(shù)學(xué)地質(zhì)專(zhuān)業(yè)青年人才。通過(guò)在近兩年的教學(xué)實(shí)踐及對(duì)學(xué)生的調(diào)查中，筆者認(rèn)為加強(qiáng)本課程教學(xué)可以考慮從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：（1）結(jié)合地學(xué)大數(shù)據(jù)為背景，完善授課內(nèi)容設(shè)置，提高授課針對(duì)性，培養(yǎng)應(yīng)用型人才；（2）構(gòu)建多學(xué)科交叉融合的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的定量地學(xué)思維與系統(tǒng)思維；（3）通過(guò)優(yōu)化課程考核評(píng)價(jià)體系，積極發(fā)揮考核的引導(dǎo)和激勵(lì)作用。

2、關(guān)鍵詞：教學(xué)方法；地學(xué)大數(shù)據(jù)；交叉學(xué)科；礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)：g642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a ：1674-9324（2018）11-0153-02礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)是由“數(shù)學(xué)地質(zhì)”與“成礦規(guī)律及成礦預(yù)測(cè)學(xué)”結(jié)合而形成的邊緣性交叉學(xué)科1。在20世紀(jì)50年代興起了用數(shù)學(xué)方法研究地質(zhì)勘探問(wèn)題，趙鵬大院士及團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于數(shù)學(xué)與地質(zhì)學(xué)的結(jié)合，在該領(lǐng)域取得了一系列成果，1978年在我國(guó)率先開(kāi)設(shè)“礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)”課程，先后編著了礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)、地質(zhì)勘探中的統(tǒng)計(jì)分析等書(shū)，礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)學(xué)科得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。從地質(zhì)學(xué)的大數(shù)據(jù)中挖掘有價(jià)值的信息以解決地質(zhì)工作問(wèn)題，已越來(lái)越成為地質(zhì)工作者必備的素質(zhì)。因此培養(yǎng)適應(yīng)當(dāng)今大數(shù)據(jù)時(shí)代的地學(xué)人才

3、十分必要。礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)作為我校面向資源勘查工程專(zhuān)業(yè)高年級(jí)本科生的專(zhuān)業(yè)必修課，承擔(dān)了數(shù)學(xué)地質(zhì)專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)任務(wù)。礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)是一門(mén)交叉學(xué)科，學(xué)生接觸這門(mén)課程時(shí)，已學(xué)習(xí)部分地質(zhì)及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程。然而這些基礎(chǔ)學(xué)科本身就蘊(yùn)含著豐厚的知識(shí)內(nèi)容，本課程與傳統(tǒng)地學(xué)課程從思維方式到研究方法都存在差異。故學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)常常感到內(nèi)容比較抽象、難理解，難以結(jié)合，而老師也認(rèn)為課程涉及知識(shí)面廣，比較難講。因而，進(jìn)行礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)教學(xué)研究，尋找合適的教學(xué)模式和方法就顯得非常重要，將每門(mén)學(xué)科的知識(shí)合理地抽絲般剝離，進(jìn)行有效融合，形成合適的知識(shí)體系，提高教學(xué)品質(zhì)，成為課程教學(xué)研究的核心任務(wù)。本文結(jié)合近兩年的教學(xué)實(shí)踐及對(duì)學(xué)生的調(diào)查，

4、探討如何在地學(xué)大數(shù)據(jù)形勢(shì)下開(kāi)展礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)教學(xué)。一、課程的基本特點(diǎn)礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)是中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源勘查工程專(zhuān)業(yè)固體方向必修專(zhuān)業(yè)課程，在資源勘查專(zhuān)業(yè)及地質(zhì)學(xué)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)體系中占有重要地位。整體學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，包括32學(xué)時(shí)課堂教學(xué)以及16學(xué)時(shí)的上機(jī)操作。該課程具有以下特點(diǎn)：1.地學(xué)類(lèi)交叉學(xué)科。相對(duì)于學(xué)生在課程之前所學(xué)，大部分課程都屬于單一學(xué)科，部分學(xué)科可以認(rèn)為交叉學(xué)科，如地球化學(xué)、地球物理等，礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)則涵蓋的學(xué)科更廣，以地質(zhì)礦產(chǎn)為研究對(duì)象，以數(shù)學(xué)方法以及計(jì)算機(jī)為方法手段，解決成礦預(yù)測(cè)中的問(wèn)題。礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)所處理的數(shù)據(jù)涵蓋地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理以及遙感等多源數(shù)據(jù)。涵蓋學(xué)科包括地質(zhì)學(xué)、礦床

5、學(xué)、礦床勘查學(xué)、數(shù)學(xué)以及計(jì)算機(jī)。因此課程一般開(kāi)設(shè)在大三下學(xué)期，使得學(xué)生在有一定的地質(zhì)以及數(shù)理基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)。2.定量化特征。地學(xué)一般認(rèn)為是定性、推理的科學(xué)。我們所研究的地質(zhì)礦產(chǎn)問(wèn)題，往往是經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期的結(jié)果，具有復(fù)雜性，而不太容易通過(guò)簡(jiǎn)單的定量的方法進(jìn)行表述。而礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)著力需要培養(yǎng)學(xué)生建立定量思維方式解決地學(xué)問(wèn)題。礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)是數(shù)學(xué)地質(zhì)理論方法在礦產(chǎn)預(yù)測(cè)中的具體應(yīng)用，主要任務(wù)可概括為如下幾個(gè)方面：查明地質(zhì)體的數(shù)學(xué)特征，建立地質(zhì)體的數(shù)學(xué)模型；研究地質(zhì)過(guò)程中的各種因素及其相互關(guān)系，建立地質(zhì)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型；研究適合地質(zhì)任務(wù)和地質(zhì)數(shù)據(jù)特點(diǎn)的數(shù)學(xué)分析方法，建立地質(zhì)工作方法的數(shù)學(xué)模型1。在科學(xué)

6、技術(shù)飛速進(jìn)步的今天，地學(xué)的定量化發(fā)展是一個(gè)大的趨勢(shì)，數(shù)學(xué)在地學(xué)中的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。課程在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)不僅要介紹礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)基本方法，也需要培養(yǎng)學(xué)時(shí)定量地學(xué)思維方式。二、結(jié)合地學(xué)大數(shù)據(jù)背景，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容趙鵬大（2015）認(rèn)為，地質(zhì)科學(xué)和地質(zhì)工作屬于數(shù)據(jù)密集型科學(xué)及工作，地質(zhì)數(shù)據(jù)的混合性、變異性、穩(wěn)健性、相關(guān)性等隨時(shí)間、空間及地質(zhì)體的不同而各異。對(duì)于大量深地、深空、深海和深時(shí)數(shù)據(jù)，其獲取和研究難度更大，所以必須依靠自己的數(shù)據(jù)科學(xué)，數(shù)字地質(zhì)就是地質(zhì)科學(xué)的數(shù)據(jù)科學(xué)。建立和發(fā)展適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代特征的各學(xué)科領(lǐng)域的數(shù)據(jù)科學(xué)十分必要2。礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)作為數(shù)字地質(zhì)的重要內(nèi)容，從這個(gè)角度上通過(guò)課程學(xué)習(xí)可以作為本科生

7、認(rèn)識(shí)地學(xué)大數(shù)據(jù)的重要途徑，也可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。教學(xué)內(nèi)容上，趙鵬大及團(tuán)隊(duì)20世紀(jì)7080年代者經(jīng)過(guò)多年的研究，于1983年出版了本課程的教材，1994年出版了第二版。并以此為依托，開(kāi)展“礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)”課程教學(xué)已有幾十年的時(shí)間，培養(yǎng)了大量的定量地學(xué)領(lǐng)域人才。隨著地學(xué)大數(shù)據(jù)迅猛發(fā)展，有必要通過(guò)追蹤文獻(xiàn)及學(xué)術(shù)交流，在原先教材內(nèi)容及教材框架基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的擴(kuò)充與優(yōu)化，把握課程進(jìn)展，將當(dāng)前學(xué)科熱點(diǎn)內(nèi)容如非線(xiàn)性地學(xué)方法、大數(shù)據(jù)理論等充實(shí)到授課內(nèi)容中，將重點(diǎn)內(nèi)容和自學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理規(guī)劃。近年趙鵬大院士提出全國(guó)大學(xué)本科教學(xué)應(yīng)該把數(shù)學(xué)地質(zhì)與地學(xué)信息相關(guān)內(nèi)容列入公共基礎(chǔ)課的倡議，由中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)數(shù)學(xué)地質(zhì)與地學(xué)信息

8、專(zhuān)業(yè)委員會(huì)召集全國(guó)地學(xué)相關(guān)高校的知名教授，共同研討數(shù)字地質(zhì)學(xué)本科基礎(chǔ)教材的大綱與編寫(xiě)事宜。當(dāng)前我國(guó)地質(zhì)研究應(yīng)盡快向數(shù)字地質(zhì)進(jìn)軍，本教材內(nèi)容預(yù)計(jì)對(duì)于礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)課程可以起到重要的輔助與補(bǔ)充作用。三、多學(xué)科交叉融合的教學(xué)模式礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)作為一門(mén)綜合性較強(qiáng)的交叉學(xué)科，對(duì)學(xué)生的數(shù)理具有一定的要求，在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中往往碰到多學(xué)科知識(shí)難以有效融合、定量抽象思維難以建立、考核評(píng)價(jià)有待優(yōu)化以及部分學(xué)生興趣度不高等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。為了優(yōu)化教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，在教學(xué)中注意綜合使用多種教學(xué)手段，包括板書(shū)講授、多媒體講授、示范教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、網(wǎng)絡(luò)答疑等不同教學(xué)手段綜合運(yùn)用，尤其是結(jié)合科研項(xiàng)目?jī)?nèi)容，將科研項(xiàng)目滲透到教學(xué)的

9、有關(guān)環(huán)節(jié)中，系統(tǒng)完善用數(shù)學(xué)方法解決地質(zhì)礦床實(shí)際問(wèn)題的成功案例，講授課程知識(shí)，能夠更加直觀(guān)地突出數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法在地學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用。同時(shí)為了激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生定量地學(xué)思維。從提高學(xué)生的“所學(xué)成就感”，從學(xué)科的重要性、實(shí)用性的了解以及實(shí)踐操作的過(guò)程出發(fā)，以典型案例教學(xué)如結(jié)合學(xué)生剛剛結(jié)束的周口店實(shí)踐內(nèi)容，比如地質(zhì)數(shù)據(jù)的分布特征一章節(jié)，可以結(jié)合周口店房山復(fù)式巖體中央相、過(guò)渡相和邊緣相的長(zhǎng)石分布特征進(jìn)行講解。由于學(xué)生在野外實(shí)踐中對(duì)相帶有了一定的認(rèn)識(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)的分布特征使同學(xué)們更直觀(guān)地從定量的角度進(jìn)行判斷，消除學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的茫然心理，提高學(xué)習(xí)興趣。四、教學(xué)考核考核作為衡量是否達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的一種手段是非常

10、必要的。同時(shí)考核內(nèi)容也能激勵(lì)學(xué)生，提高學(xué)習(xí)興趣。除了通過(guò)構(gòu)建試題庫(kù)進(jìn)行筆試來(lái)反映學(xué)生的應(yīng)試情況，也要客觀(guān)、綜合地對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，使最后的分?jǐn)?shù)更加真實(shí)地反映每個(gè)學(xué)生對(duì)基本知識(shí)和基本技能的掌握情況。目前主要的考核包括平時(shí)（20%）、上機(jī)（20%）以及開(kāi)卷考查（60%），量化教學(xué)過(guò)程的考核。在平時(shí)考核中，包括課堂提問(wèn)，布置一些開(kāi)放式的思考題，如“對(duì)地學(xué)大數(shù)據(jù)的認(rèn)識(shí)”，“結(jié)合實(shí)際談?wù)勅绾斡脭?shù)學(xué)方法解決地學(xué)問(wèn)題”等，進(jìn)行文獻(xiàn)閱讀等，從反饋來(lái)看，效果不錯(cuò)，學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)中進(jìn)行思考。這種考核方式基本能夠反應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)課程的掌握程度。五、結(jié)論礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)課程作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)的交叉學(xué)科，教學(xué)內(nèi)容與方法的探討就更應(yīng)該不可少。結(jié)合我校對(duì)復(fù)合型人才培養(yǎng)的定位，根據(jù)地學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)對(duì)地學(xué)大數(shù)據(jù)的要求，結(jié)合近幾年的教學(xué)實(shí)踐，探討地學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)礦床統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)課