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摘要：地球物理学（包括工科和理科）是一个典型的交叉学科，具有研究内容宽泛和涉及多个学科的特点。因此，目前在地球物理专业的本科阶段基本上没有设置与创新能力培养直接有关的教学环节和课程。通过对学生在本科阶段结束后所要承担工作的分析，首先论证了在地球物理专业的本科阶段进行创新能力培养的必要性，然后通过分析创新能力的层次性论证了进行这种培养的可行性，最后根据目前的教学实际提出了进行这种培养的可能途径。
关键词：地球物理；本科阶段；创新能力
地球物理学起源于物理学，是地球科学的一个重要组成部分。它的核心内容是利用物理学的原理和方法来研究与地球有关的物理场，包括地球本身所具有的天然物理场（天然地球物理场）和由人工场源产生的非天然物理场（人工地球物理场）。它的基本任务是搞清这些地球物理场的分布规律和形成机制，并以此为基础来研究地下物质的物理性质、几何结构（地质构造）、组成状态等一系列基本问题，进而达到认识地球、管理地球和寻找各类矿产资源等诸多目的。
无论从哪个角度上看，地球物理学都是一个典型的交叉学科。事实上，地球物理学的理论基础分别来自于物理学、数学、地质学、化学等学科，而其方法技术则分别来自于电子科学与技术、计算机科学与技术、核科学与技术等学科。因此，为了能够走到地球物理学的学科前沿，不仅需要掌握物理学、数学以及地质学中的基本知识，而且还要对这些学科的现代进展有比较深入的了解。此外，还需要了解电子科学与技术、计算和信息科学以及计算机科学等学科中的有关内容。这些结论对于理论地球物理和应用地球物理同样成立，只不过是在具体的内容上有所不同而已。
地球物理学的上述特点决定了地球物理专业的本科教学要同时具有多样性、集中性、平行性和单调下降性等特点。这里，多样性指的是需要开设一系列与上述各相关学科有关的课程，以便能同时覆盖上述各个学科中的有关内容；集中性指的是要利用前两个学年集中进行基础课教学，以便能在第三个学年开始时进行专业课教学；平行性指的是从第三学年开始出现的专业课要平行设置，因为只有这样才能在一个学年之内完成地球物理学专业主干课程的讲授任务；单调下降性指的是从第七学期开始本科教学要逐渐地转为以毕业论文为中心，而课堂教学要逐渐地成为次要的教学环节。
地球物理学（包括工科和理科）本科教学的上述特点决定了学生要在入学后的头两个学年花很多的时间来学习有关的基础知识，而只有到了第三个学年才有机会接触有关的地球物理专业知识。以吉林大学的现行地球物理专业课程体系为例，无论是对于理科专业还是对于工科专业，在学生入学后的第一个和第二个学年内所开设的课程基本上是数学、物理、化学以及地质学等基础性的课程。虽然在这个阶段内已经开设了岩石物理学和地球物理学导论等专业性课程，但是由于前期的基础性教学内容不具备理解现代地球物理学专业知识所需要的深度和广度，所以在上述专业性课程中只能介绍一些最基本的知识。即使是到了第三个学年，由于受专业课学时在总教学时数中所占比例的限制，在地球物理学科的专业课程中也只能顾及经典的专业内容和极少的一部分现代技术，而没有足够的时间系统地介绍地球物理理论和技术研究中的最新进展。到了第四个学年，本科教学的重心要转移到与本科毕业论文有关的内容上，从而也没有足够的时间对地球物理专业的学科前沿进行系统的介绍。
除了上述问题以外，地球物理学（包括理论地球物理和应用地球物理）本身具有研究方法复杂、研究内容宽泛、研究成果众多等特点，因此在本科阶段很难对其进行系统和完整的讲授。由此形成的一个基本事实是：在本科阶段结束后，学生只能掌握地球物理学中的经典知识和常规技术，而没有机会系统地了解本学科的热点和前沿问题。从这个基本事实出发，可以得到这样的结论，即地球物理专业的本科毕业生基本上不可能具有专业上的创新能力。事实上，即使是对一个优秀的学生，也只有在取得了博士学位之后才有可能在地球物理专业中具有独立的专业创新能力。
既然一个地球物理专业的本科毕业生一般来讲不太可能具备独立的专业创新能力，那么是不是在地球物理专业的本科阶段就没有必要进行创新能力的培养了呢？答案是否定的。事实上，对于地球物理专业的本科学生来讲，对其在本科阶段进行专业创新能力的培养既是非常必要的，又是切实可行的。为了对这个观点进行论证，在下文中，首先将讨论对地球物理专业的本科生进行创新能力培养的必要性，然后再进一步地讨论进行创新能力培养的可行性和进行创新能力培养的若干途径。
一、在地球物理专业本科阶段进行创新能力培养的必要性
与其他专业的学生一样，目前地球物理专业的本科毕业生在完成本科学业之后有两个去向，即继续攻读硕士学位和进入社会开始职业生涯。对于攻读硕士学位的这一部分学生，接受创新能力培养是一个自然的过程。事实上，目前国内在地球物理专业中对学生创新能力的系统培养主要是在硕士研究生阶段开始的。然而，作为一个地球物理专业的硕士研究生，不仅要在入学后的前三个学期内完成硕士培养方案中所规定的课程，还要在入学后的头两个学年内完成具有一定质量的科学研究工作，以便能够至少发表一篇具有一定层次的学术论文。根据笔者的经验，要在硕士学位论文的撰写工作正式开始之前完成这些任务需要投入大量的时间和精力。如果再加上对创新能力的训练，则对于一个硕士研究生来讲显得负担过重，很难达到预期的效果。如果在本科阶段能够接受一定的创新能力培养，则在硕士阶段会取得更好的效果。
对于在完成本科学业后直接开始职业生涯的学生，也同样需要具备有一定的创新意识和创新能力，否则就难以适应现代地球物理工业的飞速发展和掌握层出不穷的新技术。另外，即使是在日常的事务性工作中，也需要具有创新意识和创新能力，否则就不能主动和灵活地完成其所承担的任务，更不能在短期内承担起技术上或管理上的重任。因此，在地球物理专业的本科阶段进行创新能力的培养是非常必要的。
二、在地球物理专业本科阶段进行创新能力培养的可行性
虽然地球物理专业的特点决定了学生在本科阶段的主要任务是接受教师所传授的知识和掌握基本的专业技能，然而依然有可能进行创新能力方面的培养。事实上，创新能力具有不同的层次和水准。对于初级层次的创新能力，主要是能够创造性地运用所学到的知识，解决日常工作中所遇到的基本问题。例如，在已有的基础上改善工作流程、管理办法和学习方式等。对于中级层次的创新能力，应该能在业务或行政领导者的指导下给出解决有关学术和管理问题的具体答案，这实际上是从硕士到博士阶段应该达到的水准。对于高级层次的创新能力，应该是能独立地提出和解决科学和管理中的前沿和热点问题，为科学和社会管理的进步作出贡献。
如果把地球物理专业本科阶段所应具有的创新能力选定在初级层次，则完全可以在本科阶段对学生进行创新能力方面的培养。事实上，只要对于现有的课程体系和教学内容进行进一步的优化，即可以实现对地球物理专业的本科学生进行创新能力培养这一设想。
三、在地球物理专业本科阶段进行创新能力培养的若干途径
正如在前文中所提到的，当今的地球物理专业本科教学所面临的一个主要矛盾是专业内容多而专业教学的学时数少。那么在这种情况下如何能开展创新能力方面的培养呢？
首先的一种可能途径是在不影响教学质量的前提下适当减少有关相邻学科的课程门数，以使学生能够有时间开展主动学习或者带着问题学习。通过分析可以发现，在现有课程体系中的有些课程在当今时代已经失去了再继续开设下去的必要性，而有些课程则由于其本身的特点和时代的发展而没有必要再继续拥有很多的学时。例如“专业英语”和“大学英语”。考虑到篇幅的限制将不再对这两个论断进行进一步的说明，只是给出下列结论，即“专业英语”课程完全可以通过双语教学来替代，而“大学英语”课程中的部分内容也可以通过双语教学来替代。
除了减少有关相邻学科的课程门数和有关课程的学时数之外，在地球物理（工科或理科）专业本科阶段开展创新能力方面培养的另一个可能途径是优化专业课程的教学内容。这包括两方面的可能举措。首先，要对所选用的教材内容进行具体分析，并在此基础上提取适合于课堂教学的部分和适合于课外学生自主学习的部分；其次，是要尽量减少类似教学内容的重复率，以便能利用有限的学时数来讲授更重要的内容。例如，在地球物理专业的主干课程中包括大量的数学表述和数学理论。如果要在课堂上对这些表述和理论都进行详细的推导和讲解，不仅要占用很多的时间，而且教学效果也不一定会很好。因此，可以在课堂上只对具有代表性的数学表述和数学理论进行讲解，而对于其他的一些内容则完全可以留给学生在课外或者是在专门设计的实验课程中去完成。再有，地球物理专业的专业课程一般是按照方法来设置的，例如在理科中设有地震学、地磁学和地电学等课程，而在工科中设有地震勘探、磁法勘探和电法勘探等课程。在这些课程中，有一些内容是类似的，具有一定的共性，例如对地球物理场的野外观测方法，观测数据解释原则和观测资料的处理和反演等。目前，对于这些内容一般是在每门课中都要进行讲授。由于在上文中提到的专业课平行设置的特点，会形成学生在同一学期内重复地接触类似教学内容的现象。这实际上是对学时数的一种牺牲。为了避免这种牺牲，可以考虑把相同或具有类似性的教学内容单抽出来进行一次性的教授。然而，要进行这种形式的教学内容优化不仅要求有关的教学管理者要对教学内容做出统一的设计和要求，而且还要求每一个主讲教师都对这种优化有深刻的认识，并对正在执行的课程体系有所认识和了解，否则将难以付诸实践。
在地球物理专业本科阶段开展创新能力培养的第三个可能途径是对实验课进行必要的改革。目前在地球物理专业中的实验课基本上可以分为两种，一种是认识性的，另一种是验证性的。基本上没有设计性和探索性的实验课。这种状况对于创新能力的培养是非常不利的。事实上，无论是认识性实验还是验证性实验，学生都是处在一个被动学习的状态。以传统的直流电法勘探水槽观测实验为例。一般来讲，这种实验都是由电法理论课主讲教师设计并由有关的实验技术人员准备的，而学生只是实验的具体实施者和对实验结果的报告者。尽管这类实验对于学生掌握理论教学中的有关内容（例如认识直流电法异常的变化规律等）很有必要，但是对于创新能力的培养却是没有什么帮助。如果对这种实验课进行如下的改革，则有可能既达到了传统实验课所要达到的目的，又对学生进行了设计性和探索性等方面的培养和训练。首先，主讲教师可以提出一个具体的地质任务，然后由学生自己设计观测装置和观测方法，最后再由学生自己完成整个实验过程并对实验结果进行分析和报告。进一步，学生还可以对自己的设计方案提出评价和改进建议，为提高实验的合理性和难度提供参考。显然，这种实验的成功与否不仅仅取决于教师在时间和精力等方面的投入，还取决于学生的表现。此外，与传统的认识性和验证性实验相比，设计性和探索性实验需要投入更多的时间和经费。因此，要提高这种实验的收效就要首先通过一定的方式激发起学生的兴趣，使其认识到设计和探索实际上是更高层次上的实验。另外，还需要教师给予学生更多的指导。只有这样，才会使学生少走弯路，更有效地利用有限的实验课时间。
在地球物理专业本科阶段开展创新能力培养还有一个可能途径就是引入新的、与创新能力培养有关的课程或教学环节。例如，可以考虑设置“科学研究基本方法”课程，或者开设“科学研究基本训练”讲座，使学生对科学研究的基本过程和一般工作方法有一个初步的了解。此外，还可以在课内或课外设立不同层次的大作业或项目，使学生在资料收集、整理、综述以及学术报告等方面得到一定程度的训练。毫无疑问，设置这样的一些课程或教学环节要求教师在更高的层次上开展教学活动，需要投入更多的时间和精力。然而对于学生来讲，是可以得到非常好的创新能力训练。
[责任编辑：余大品]
关键词：地球物理；本科阶段；创新能力
地球物理学起源于物理学，是地球科学的一个重要组成部分。它的核心内容是利用物理学的原理和方法来研究与地球有关的物理场，包括地球本身所具有的天然物理场（天然地球物理场）和由人工场源产生的非天然物理场（人工地球物理场）。它的基本任务是搞清这些地球物理场的分布规律和形成机制，并以此为基础来研究地下物质的物理性质、几何结构（地质构造）、组成状态等一系列基本问题，进而达到认识地球、管理地球和寻找各类矿产资源等诸多目的。
无论从哪个角度上看，地球物理学都是一个典型的交叉学科。事实上，地球物理学的理论基础分别来自于物理学、数学、地质学、化学等学科，而其方法技术则分别来自于电子科学与技术、计算机科学与技术、核科学与技术等学科。因此，为了能够走到地球物理学的学科前沿，不仅需要掌握物理学、数学以及地质学中的基本知识，而且还要对这些学科的现代进展有比较深入的了解。此外，还需要了解电子科学与技术、计算和信息科学以及计算机科学等学科中的有关内容。这些结论对于理论地球物理和应用地球物理同样成立，只不过是在具体的内容上有所不同而已。
地球物理学的上述特点决定了地球物理专业的本科教学要同时具有多样性、集中性、平行性和单调下降性等特点。这里，多样性指的是需要开设一系列与上述各相关学科有关的课程，以便能同时覆盖上述各个学科中的有关内容；集中性指的是要利用前两个学年集中进行基础课教学，以便能在第三个学年开始时进行专业课教学；平行性指的是从第三学年开始出现的专业课要平行设置，因为只有这样才能在一个学年之内完成地球物理学专业主干课程的讲授任务；单调下降性指的是从第七学期开始本科教学要逐渐地转为以毕业论文为中心，而课堂教学要逐渐地成为次要的教学环节。
地球物理学（包括工科和理科）本科教学的上述特点决定了学生要在入学后的头两个学年花很多的时间来学习有关的基础知识，而只有到了第三个学年才有机会接触有关的地球物理专业知识。以吉林大学的现行地球物理专业课程体系为例，无论是对于理科专业还是对于工科专业，在学生入学后的第一个和第二个学年内所开设的课程基本上是数学、物理、化学以及地质学等基础性的课程。虽然在这个阶段内已经开设了岩石物理学和地球物理学导论等专业性课程，但是由于前期的基础性教学内容不具备理解现代地球物理学专业知识所需要的深度和广度，所以在上述专业性课程中只能介绍一些最基本的知识。即使是到了第三个学年，由于受专业课学时在总教学时数中所占比例的限制，在地球物理学科的专业课程中也只能顾及经典的专业内容和极少的一部分现代技术，而没有足够的时间系统地介绍地球物理理论和技术研究中的最新进展。到了第四个学年，本科教学的重心要转移到与本科毕业论文有关的内容上，从而也没有足够的时间对地球物理专业的学科前沿进行系统的介绍。
除了上述问题以外，地球物理学（包括理论地球物理和应用地球物理）本身具有研究方法复杂、研究内容宽泛、研究成果众多等特点，因此在本科阶段很难对其进行系统和完整的讲授。由此形成的一个基本事实是：在本科阶段结束后，学生只能掌握地球物理学中的经典知识和常规技术，而没有机会系统地了解本学科的热点和前沿问题。从这个基本事实出发，可以得到这样的结论，即地球物理专业的本科毕业生基本上不可能具有专业上的创新能力。事实上，即使是对一个优秀的学生，也只有在取得了博士学位之后才有可能在地球物理专业中具有独立的专业创新能力。
既然一个地球物理专业的本科毕业生一般来讲不太可能具备独立的专业创新能力，那么是不是在地球物理专业的本科阶段就没有必要进行创新能力的培养了呢？答案是否定的。事实上，对于地球物理专业的本科学生来讲，对其在本科阶段进行专业创新能力的培养既是非常必要的，又是切实可行的。为了对这个观点进行论证，在下文中，首先将讨论对地球物理专业的本科生进行创新能力培养的必要性，然后再进一步地讨论进行创新能力培养的可行性和进行创新能力培养的若干途径。
一、在地球物理专业本科阶段进行创新能力培养的必要性
与其他专业的学生一样，目前地球物理专业的本科毕业生在完成本科学业之后有两个去向，即继续攻读硕士学位和进入社会开始职业生涯。对于攻读硕士学位的这一部分学生，接受创新能力培养是一个自然的过程。事实上，目前国内在地球物理专业中对学生创新能力的系统培养主要是在硕士研究生阶段开始的。然而，作为一个地球物理专业的硕士研究生，不仅要在入学后的前三个学期内完成硕士培养方案中所规定的课程，还要在入学后的头两个学年内完成具有一定质量的科学研究工作，以便能够至少发表一篇具有一定层次的学术论文。根据笔者的经验，要在硕士学位论文的撰写工作正式开始之前完成这些任务需要投入大量的时间和精力。如果再加上对创新能力的训练，则对于一个硕士研究生来讲显得负担过重，很难达到预期的效果。如果在本科阶段能够接受一定的创新能力培养，则在硕士阶段会取得更好的效果。
对于在完成本科学业后直接开始职业生涯的学生，也同样需要具备有一定的创新意识和创新能力，否则就难以适应现代地球物理工业的飞速发展和掌握层出不穷的新技术。另外，即使是在日常的事务性工作中，也需要具有创新意识和创新能力，否则就不能主动和灵活地完成其所承担的任务，更不能在短期内承担起技术上或管理上的重任。因此，在地球物理专业的本科阶段进行创新能力的培养是非常必要的。
二、在地球物理专业本科阶段进行创新能力培养的可行性
虽然地球物理专业的特点决定了学生在本科阶段的主要任务是接受教师所传授的知识和掌握基本的专业技能，然而依然有可能进行创新能力方面的培养。事实上，创新能力具有不同的层次和水准。对于初级层次的创新能力，主要是能够创造性地运用所学到的知识，解决日常工作中所遇到的基本问题。例如，在已有的基础上改善工作流程、管理办法和学习方式等。对于中级层次的创新能力，应该能在业务或行政领导者的指导下给出解决有关学术和管理问题的具体答案，这实际上是从硕士到博士阶段应该达到的水准。对于高级层次的创新能力，应该是能独立地提出和解决科学和管理中的前沿和热点问题，为科学和社会管理的进步作出贡献。
如果把地球物理专业本科阶段所应具有的创新能力选定在初级层次，则完全可以在本科阶段对学生进行创新能力方面的培养。事实上，只要对于现有的课程体系和教学内容进行进一步的优化，即可以实现对地球物理专业的本科学生进行创新能力培养这一设想。
三、在地球物理专业本科阶段进行创新能力培养的若干途径
正如在前文中所提到的，当今的地球物理专业本科教学所面临的一个主要矛盾是专业内容多而专业教学的学时数少。那么在这种情况下如何能开展创新能力方面的培养呢？
首先的一种可能途径是在不影响教学质量的前提下适当减少有关相邻学科的课程门数，以使学生能够有时间开展主动学习或者带着问题学习。通过分析可以发现，在现有课程体系中的有些课程在当今时代已经失去了再继续开设下去的必要性，而有些课程则由于其本身的特点和时代的发展而没有必要再继续拥有很多的学时。例如“专业英语”和“大学英语”。考虑到篇幅的限制将不再对这两个论断进行进一步的说明，只是给出下列结论，即“专业英语”课程完全可以通过双语教学来替代，而“大学英语”课程中的部分内容也可以通过双语教学来替代。
除了减少有关相邻学科的课程门数和有关课程的学时数之外，在地球物理（工科或理科）专业本科阶段开展创新能力方面培养的另一个可能途径是优化专业课程的教学内容。这包括两方面的可能举措。首先，要对所选用的教材内容进行具体分析，并在此基础上提取适合于课堂教学的部分和适合于课外学生自主学习的部分；其次，是要尽量减少类似教学内容的重复率，以便能利用有限的学时数来讲授更重要的内容。例如，在地球物理专业的主干课程中包括大量的数学表述和数学理论。如果要在课堂上对这些表述和理论都进行详细的推导和讲解，不仅要占用很多的时间，而且教学效果也不一定会很好。因此，可以在课堂上只对具有代表性的数学表述和数学理论进行讲解，而对于其他的一些内容则完全可以留给学生在课外或者是在专门设计的实验课程中去完成。再有，地球物理专业的专业课程一般是按照方法来设置的，例如在理科中设有地震学、地磁学和地电学等课程，而在工科中设有地震勘探、磁法勘探和电法勘探等课程。在这些课程中，有一些内容是类似的，具有一定的共性，例如对地球物理场的野外观测方法，观测数据解释原则和观测资料的处理和反演等。目前，对于这些内容一般是在每门课中都要进行讲授。由于在上文中提到的专业课平行设置的特点，会形成学生在同一学期内重复地接触类似教学内容的现象。这实际上是对学时数的一种牺牲。为了避免这种牺牲，可以考虑把相同或具有类似性的教学内容单抽出来进行一次性的教授。然而，要进行这种形式的教学内容优化不仅要求有关的教学管理者要对教学内容做出统一的设计和要求，而且还要求每一个主讲教师都对这种优化有深刻的认识，并对正在执行的课程体系有所认识和了解，否则将难以付诸实践。
在地球物理专业本科阶段开展创新能力培养的第三个可能途径是对实验课进行必要的改革。目前在地球物理专业中的实验课基本上可以分为两种，一种是认识性的，另一种是验证性的。基本上没有设计性和探索性的实验课。这种状况对于创新能力的培养是非常不利的。事实上，无论是认识性实验还是验证性实验，学生都是处在一个被动学习的状态。以传统的直流电法勘探水槽观测实验为例。一般来讲，这种实验都是由电法理论课主讲教师设计并由有关的实验技术人员准备的，而学生只是实验的具体实施者和对实验结果的报告者。尽管这类实验对于学生掌握理论教学中的有关内容（例如认识直流电法异常的变化规律等）很有必要，但是对于创新能力的培养却是没有什么帮助。如果对这种实验课进行如下的改革，则有可能既达到了传统实验课所要达到的目的，又对学生进行了设计性和探索性等方面的培养和训练。首先，主讲教师可以提出一个具体的地质任务，然后由学生自己设计观测装置和观测方法，最后再由学生自己完成整个实验过程并对实验结果进行分析和报告。进一步，学生还可以对自己的设计方案提出评价和改进建议，为提高实验的合理性和难度提供参考。显然，这种实验的成功与否不仅仅取决于教师在时间和精力等方面的投入，还取决于学生的表现。此外，与传统的认识性和验证性实验相比，设计性和探索性实验需要投入更多的时间和经费。因此，要提高这种实验的收效就要首先通过一定的方式激发起学生的兴趣，使其认识到设计和探索实际上是更高层次上的实验。另外，还需要教师给予学生更多的指导。只有这样，才会使学生少走弯路，更有效地利用有限的实验课时间。
在地球物理专业本科阶段开展创新能力培养还有一个可能途径就是引入新的、与创新能力培养有关的课程或教学环节。例如，可以考虑设置“科学研究基本方法”课程，或者开设“科学研究基本训练”讲座，使学生对科学研究的基本过程和一般工作方法有一个初步的了解。此外，还可以在课内或课外设立不同层次的大作业或项目，使学生在资料收集、整理、综述以及学术报告等方面得到一定程度的训练。毫无疑问，设置这样的一些课程或教学环节要求教师在更高的层次上开展教学活动，需要投入更多的时间和精力。然而对于学生来讲，是可以得到非常好的创新能力训练。
[责任编辑：余大品]