地球物理学本科专业规范

地球物理学本科专业 地球物理学本科专业规范 地球物理学是一门自然科学，是一个从物理学中衍生出来的交叉学科，其组成部分是固体地球物理学、勘探（应用）地球物理学、大地测量学、空间物理学和大气物理学。 　　在古典意义下，地球物理学被定义为研究地球本身物理现象及这些现象对地球本身所产生影响的科学，包括气候、风、潮汐、地震、火山等（Webster's New World College Dictionary, 3rd Edition, Macmillan, 1996）。 　　在现代文献中，关于地球物理学的定义性解释有下列四个： 　　（1）利用定量的物理学方法研究地球，包括地震波反射和折射法、磁法、直流电法、电磁法、放射性法。 　　（2）利用物理学的基本原理研究地球本身的物理现象，包括下列分支：a.地震学（天然地震和弹性波）；b.地热学（地球的热量、热流、温（热）泉、火山）；c.水文学（地下及地表水，有时也包括冰川学）；d.物理海洋学；e.气象学；f.重力和大地测量学（地球重力场、地球形状、地球大小）；g.大气电学和大地磁学（电离层、Van Allen辐射带、大地电流等）；h.构造物理学（地球内部的地质过程）；i.勘探与工程地球物理。 　　（3）狭义地专指固体地球物理学，即不包含上述c、d、e。 　　（4）狭义地专指勘探地球物理学（利用地震、重力、磁法、电法、电磁法等手段寻找地下具有经济利用价值的石油与天然气、水及固体矿产资源）（R. E. Sheriff Encyclo-pedic Dictionary of Exploration Geophysics, SEG，1984）。上海辞书出版社1979年版的《辞海》在地球物理学这一条目中是这样表述的：地球物理学是研究地球整体及其组成部分(大气圈、水圈、地壳及其以下各部分)的性质、状态、结构和其中所发生的各种物理过程的学科。它以分布在世界各地的观测台(站、网)和科学考察队(点、组)进行专业观测所获的资料为研究的依据。显然，这个表述与西方关于地球物理学的古典定义相吻合。地球物理学是地球物理学本科专业的主干学科。 　　一、地球物理学专业教育的历史、现状及发展方向 　　1．地球物理学专业的主干学科概况 　　尽管关于地球物理学的研究具有数百年的悠久历史（关于地球磁场起源于地球内部的文献发表于1600年），但作为一个独立的学科却只有100多年的历史。1898年，德国G?ttingen大学设立了世界上第一个地球物理学教授职位，并成立了世界上第一个地球物理研究所。在这里，著名地球物理学家Wiechert开设了一系列关于地球物理观测仪器的课程，培养出了如Gutenberg、Gaiger等一批闻名世界的地球物理学家。 　　中国的地球物理学是经过了几代人的艰苦努力而发展起来的。1952年，根据新中国经济建设对矿产资源的需求，北京地质学院（现改为中国地质大学）和长春地质学院（现合并到吉林大学）相继成立了地球物理系。从此，一个正规的地球物理教育体系逐渐地建立了起来。1956年，成都地质学院（现改名为成都理工大学）宣告成立，其勘探地球物理系在1958年开始招生。上述3所地质学院当时均隶属于地质矿产部，其地球物理学课程设置侧重于地球物理方法在固体矿产、石油和天然气勘探及工程勘探中的应用（应用或勘探地球物理）。这3所学校为新中国培养了大约15000名地球物理工程师和应用地球物理学专家。 　　与上述各地质学院不同，新中国的综合性大学和研究机构侧重于地球物理学理论的研究与教学。1956年北京大学设置了地球物理学课程，1958年成立地球物理系；中国科学技术大学在1959年设立地球物理系；云南大学在20世纪60年代初开设地球物理学课程。综合性大学40多年来为我国固体地球物理学、航天、通讯和太空科学领域培养了许多优秀的骨干人才，教学科研水平受到国内外同行的肯定，是我国培养固体地球物理学和空间科学人才的重要基地。 　　在20世纪50年代末和60年代初，随着固体矿产和碳氢化合物能源勘探任务的增加，国家对应用（勘探）地球物理学人才的需求量也极大地上升了。为了满足国家的需要，当时隶属于不同部委的大约10所大学和学院招收地球物理学或应用地球物理学生，这些学生主要是地球物理专门化的学生。因此，地球物理学毕业生急剧增加。 　　1966年"文化大革命"开始，所有地质（矿业）学院和综合性大学基本上停止招生，直到1972年复课。1972年到1976年，地球物理学教育是非学位教育，学制从4年改为3年。 　　1977年恢复高考制度至1997年，高等学校的地球物理学教育步入正常轨道。基本上是综合性大学侧重于理论地球物理学，工科学院侧重于勘探地球物理学（通称应用地球物理学）。到1997年为止，授予地球物理学学士学位（理、工）的高校有19所（表1）。 表1  1997年授予地球物理学学士学位高校一览表 学校名称 隶属关系 授予学士学位情况 备 注 北京大学 教育部 理学学士 中国科学技术大学 教育部 理学学士 云南大学 教育部 理学学士 中南工业大学 教育部 工学学士 同济大学 教育部 工学学士 合肥工业大学 教育部 工学学士 中国地质大学（北京） [1] 地质矿产部 工学学士 中国地质大学（武汉）[2] 地质矿产部 工学学士 长春科技大学[3] 地质矿产部 工学学士 成都理工大学 [4] 地质矿产部 工学学士 西安工程大学[5] 地质矿产部 工学学士 石家庄经济学院[6] 地质矿产部 工学学士 中国石油大学 石油天然气公司 工学学士 中国矿业大学 煤炭工业部 工学学士 西南石油大学 石油天然气公司 工学学士 大庆石油学院 石油天然气公司 工学学士 江汉石油学院 石油天然气公司 工学学士 桂林工学院 冶金工业部 工学学士 华东地质学院 核工业部 工学学士 青岛海洋大学 教育部 工学学士   注：[1]、[2] 中国地质大学（北京）、中国地质大学（武汉）原名为北京地质学院；[3] 长春科技大学 　　原名为长春地质学院；[4] 成都理工大学原名为成都地质学院；[5] 西安工程大学原名为西安地质学 　　院；[6] 石家庄经济学院原名为河北地质学院。 　　随着国家经济体制改革的发展，在20世纪90年代地学所涉及的勘探行业开始萎缩。由此而带来的后果是毕业生就业市场变得饱和。在这种形势的逼迫下，原来的"专业"院校纷纷扩展自己的办学领域，地质矿产部所属的地质学院多数改换了校名。地球物理教育事业处于历史上最困难的时期。 　　1998年教育部颁布实施新修订的《普通高等学校本科专业目录》。在这一《专业目录》中，开设了40余年的应用地球物理专业与勘察工程、水文地质与工程地质（部分）、应用地球化学（部分）等专业合并，统称为"勘查技术与工程"。在这个新专业中，勘查（探）地球物理（应用地球物理）仅被作为一种技术方法而不是一个专业，这直接影响了地球物理学专业的发展。新《专业目录》公布后，有关高校为了地球物理学的学科专业建设，同时也为了满足社会经济发展对地球物理专业人才的需要，在1998年以后纷纷设立了地球物理学专业。到目前为止，开设地球物理学专业的高校已达到10所（见表2），其中大部分学校的地球物理学专业是在原勘探地球物理（应用地球物理）的基础上发展起来的。虽然其课程设置各具特色，但尚未形成地球物理学的规范课程体系。 表2   2009年开设地球物理学专业高校一览表   学校名称 隶属关系 授予学士学位情况 备注 北京大学 教育部 理学学士 中国科学技术大学 教育部 理学学士 云南大学 教育部 理学学士 吉林大学[1] 教育部 理学学士 同济大学 教育部 理学学士 中国地质大学（北京） 教育部 理学学士 中国地质大学（武汉） 教育部 理学学士 长安大学[2] 教育部 理学学士 中国石油大学 教育部 理学学士 中国矿业大学 教育部 理学学士 中国矿业大学（北京） 教育部 理学学士 成都理工大学 四川省 理学学士 桂林理工大学[3] 广西壮族自治区 理学学士 大庆石油学院 黑龙江省 理学学士 　　注：[1] 原长春科技大学，于2000年并入新吉林大学；[2] 原西安工程大学，后并入新长安大学。 　　[3] 原桂林工学院 　　地球物理学是在20世纪发展起来的重要边缘学科之一。在碳氢能源与固体矿产资源的勘探与开发、地质灾害的预防与监测、地球环境保护和污染监测等方面发挥着越来越大的作用。在历史上，地球物理学的发展主要体现在三个方面：（1）不断改进仪器性能和观测技术，提高数据采集精度；（2）不断改进数据处理和解释方法，提高信息处理、提取和解释的精度；（3）不断提出新的物理参数，扩大信息来源和信息量。 　　在科教兴国和可持续发展的战略框架下，地球物理学面临着新的挑战和时代赋予的机遇，在地球内部圈层结构，物质-能量的交换和耦合及深层要素等前沿领域有着艰巨的攻关任务。为了深化对地球本体的认识，为资源、灾害、环境和全球变化提供地球深层物质运动要素，并对其潜在前景进行预测，作为高等学校，既要参加国内外科研攻关，更重要的是培养高层次的地球物理学人才，为中国地球物理学的发展提供人才保证。 　　专家研究认为，"科学技术发展到今天，越来越显示出科学技术化、技术科学化的趋势。当今和未来技术的主体是高度科学化的技术，而当今和未来的科学是高度技术化的科学[1]。地球物理学的发展也是如此。勘探地球物理技术的发展离不开地球物理学理论研究的进步，更需要数学、物理学、电子科学和计算机科学的最新成就。同样，地球物理学理论研究也不可能没有勘探地球物理学所提供的技术支持。 　　但作为地球物理学教育，情况并非完全如此。目前，在地球物理学教育中存在着严重的理、工科分离问。能否处理好这方面的关系，既是关系到地球物理学教育的关键问题，也是地球物理学学科建设的一个重要方面。地球物理学教育的发展趋势应该是培养基础研究型、应用研究型复合性人才，同时应具有处理一定层次技术问题的能力。各高校根据自己的实际情况选择侧重于地球物理学工科和地球物理学理科，或者是理工结合。 　　2．地球物理学的方法论介绍 　　地球物理学是一个内容十分广泛的边缘学科，它涉及地球内部、大陆、海洋和宇宙空间[2] ，是一个与其他各地学学科领域有着密切关系的地学综合领域。地球物理学的研究目的是深化对地球本体的认识[2]。 　　地球物理学运用物理学的原理和方法，通过观测、实验、理论分析和计算模拟等过程来研究与地球有关的物理问题和地质问题。 　　地球物理工作可概括地分为三个阶段，即数据采集、数据处理和数据解释。为了高速、高精度地采集数据，在地球物理学科中需要具有高度自动化和高精度的数字观测系统。为了能高速、高精度、高分辨、高保真地处理数据，地球物理学科需要具有功能强大的软件系统、数据库和高速数字计算机。为了能对处理过的资料进行合理的地质解释，地球物理学科需要快速、高精度的正反演理论和算法；需要对地球内部结构和过程进行各种物理和数学模拟；需要对岩石的物理性质有透彻的了解；需要具有最先进的信息管理技术；需要结合最新的地质学理论。 　　3．地球物理学专业的相关学科及影响本专业教育的因素 　　数学、物理学、计算科学、信息科学、电子学、地质学、大气科学、海洋科学和天文学是地球物理学的相关学科。除了一些宏观、政策性问题外，下列各点是影响地球物理学教育的主要因素： 　　（1）现行的学科、专业管理体制对地球物理学教育的发展有负面的影响 　　在当代，新兴交叉学科大量涌现，各学科间的相互渗透与融合越来越普遍。传统的学科分类法已经很难准确地描述学科的层次性、交叉性和综合性的特点。在这种形势下，单纯按照理科或者工科来进行学科专业分类，就很难界定交叉学科、边缘学科究竟是理科还是工科，进而再人为地将其硬性拆分，势必影响学科专业建设。地球物理学就是这样的一个学科。地球物理学本身是一个交叉学科（也有人称其为边缘学科），固体地球物理学、空间地球物理学、勘探地球物理学是它的分支学科，由于现行的学科、专业管理体制的影响，地球物理学的三个分支学科长期被分离为两个理科（固体地球物理学和空间地球物理学），一个工科（勘探地球物理学或通称的应用地球物理），严重地影响了地球物理学教育的健康发展。因此，应该研究更加科学合理的学科描述方法和学科专业分类方法，以保证交叉学科、边缘学科教育的健康发展。 　　（2）现有师资队伍的知识结构与综合素质满足不了地球物理学教育发展的需要 　　高等学校要培养出高素质的学生，首先要求有一支高素质的师资队伍。他们本身要有广博的知识和合理的知识结构；要有创造性的思维能力；要有合理的智能结构。地球物理学教师队伍比较普遍的问题是：教师的知识结构不合理，教学精力投入不足。 　　造成教师的知识结构不合理的主要原因是：教师的专业面与自己的研究领域相对应，相对来说专业覆盖面过窄，正像专家所总结的，地球物理学专业培养的人才"专家"多，"通才"少。在科学研究中需要专家，在教学岗位上需要通才。换句话说，在教学岗位上需要对本学科的各种方法都有全面地了解，能够胜任地球物理学原理、方法、仪器等各门课程的讲授，而不是仅能讲授一个方法的教授。更深层次的原因还在于，我们的教师和管理部门对科学文化和科学教育的认识片面，抱有不完整的科学文化观和科学教育观。其具体体现是，只把地球物理学视为"有用的"知识、方法和技术手段，而讲授地球物理学的目的就是让学生掌握这些工具，而不承担科学价值和道德教育的责任。需要解决的问题是：我们的教师怎样才能把科学思想、科学精神、科学伦理同科学知识、科学方法一起传授给学生。这是地球物理学适应教育发展需要应该解决而没有得到解决的问题。 　　造成教师精力投入不足的主要原因是：相当一部分高校现行的管理体制和激励机制不利于教师综合素质的提高和知识结构的改善。对教师从事本科生教学的质量问题，一直没有得到很好地解决。无论是学科建设、教师职务评聘，还是激励机制的建立方面，本科生教学都是一个软指标，最多只有"量"的要求，缺少"质"的评价。 　　（3）教学投入不足，实习实验条件严重落后 　　高等学校的首要任务是培养高素质的专门人才。要培养高素质的人才"学习是基础、思考是关键、实践是根本"[3]。"没有某种实践，就不会有相应的品德和能力，即不会有相应的素质。" [4] 对于地球物理学专业的学生来说，实践能力体现在两个方面：一是使用计算机的能力，即应用计算机进行数据处理、成图成像的能力及虚拟现实技术的应用能力；二是专业实践的能力，即在校内实验室、实习基地和校外实习基地亲自动手，解决实际问题的能力，包括验证性实践和设计性实践。以固体地球物理学为例，我国高校大多数地球物理系的计算机基本能满足教学实验和实习的需要，而专业实验室都不具备学生自主设计实验或野外测量工作的条件和环境，实验仪器和设备也只能满足教师演示，学生不能亲自操作。用于野外实习的设备是企业早已不用的设备，学生用的仪器设备没等毕业就已落后。更有甚者，有的专业实习、实验用的仪器20多年没有更新，学生在实习中用的仪器在生产单位早已淘汰；生产单位使用的仪器学生在学校从来就没有操作过，有的甚至都没有见过。这种条件下的实习即使组织得再规范，要求得再严格，对于学生的能力和素质培养也会是事倍功半的。这种局面的形成既有历史的原因，也有技术设备发展迅速的因素，更重要的是对地球物理学教学实验仪器设备投入严重不足的结果。毕业设计经费更是严重不足，致使学生很难在学校期间接触到真正的生产和科研实践。虽然我们也强调"理论与实践结合，知识与能力结合"[1]，但在实际上得不到落实。 　　（4）现行的考试制度影响了地球物理学人才培养的质量 　　时代的发展，社会的进步，都要求高等学校培养的人才必须知识面广，具有创新精神和创新能力，具有较高的素质，而人才创新能力的高低在很大程度上取决于人才知识结构是否合理。有人用一个公式对人才的知识结构的作用进行描述，这个公式为：人才 = 知识×知识结构×能力。知识与能力成正比，具有一定知识的大学生，知识结构越趋合理，能力也愈能得以发挥，越易成为人才[4]。造成人才知识结构不合理的原因，绝不仅仅是本科教育自身的问题。大学生的知识结构不完善，首先是中学、高中教育的结果，很大程度上是我国现行的高考制度的结果。由于高考实行的是文理分科考试录取，学生早早分成文理科教学，进入备考阶段主要进行针对性模拟考试，钻研各种类型的考题，不考虑其知识结构是否全面合理，从而使进入高校的理工科大学生人文社科类知识先天不足。这些学生进入高校后并没有意识到自身的不足，而是受到日趋激烈的人才竞争的影响，开始急功近利，只注重外语、计算机等实用性知识的学习，忽视了自身人文、社科素质的提高。学校即使开设了人文、社科、经管方面的课程，如果不做硬性规定，学生也是能不选就不选，而不管自身的知识结构是否合理、优化。他们直到毕业后才认识到自身知识结构存在的缺陷。 　　现行的研究生考试制度影响了本科生教学质量。研究生考试制度允许本科生在校学习期间参加硕士研究生考试，这对于提高在校本科生考取研究生的比例，提高硕士研究生的生源质量，缓解毕业生的就业压力等都有积极的作用，毋庸质疑。问题在于目前实行的在校本科生参加硕士研究生考试时间和考试科目的安排对本科生教学形成极大的冲击，尤其对专业基础课和专业课影响尤为严重。近年来本科生报考研究生的比率在不断上升，据不完全统计，每年报考研究生的人数占本年级学生人数的70%以上，考取率在30%到45%不等。由于大多数同学的目标放在考研上，其学习的兴奋点也在与考研有关的课程上，无心学习与研究生考试无关的课程。尤其到了第五学期以后，学生纷纷参加各类考研辅导班，以各种理由"逃课"，甚至在专业基础课课堂上还在做高等数学题和外语试题。其结果是考取研究生的同学，专业基础课和专业课功底不深，研究生阶段补本科生的课程，在某种程度上降低了研究生的质量。没有考取研究生的同学在第八学期则拼命地补修不足的学分，既没有学好专业课，也影响了毕业论文（设计）的质量，总体上影响了本科生的质量。 　　二、地球物理学专业的培养目标和规格 　　1．地球物理学专业的培养目标 　　在《中华人民共和国高等教育法》的第4、5条明确规定了大学的培养目标和任务。 　　    第4条："高等教育必须贯彻国家的教育方针，为社会主义现代化建设服务，与生产劳动相结合，使受教育者成为德、智、体等方面全面发展的社会主义事业的建设者和接班人。" 　　    第5条："高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，发展科学文化技术，促进社会主义现代化建设。" 　　    大学教育培养的是高级专门人才，这是对大学教育的总体定位。社会对这些高级专门人才的需求是多层次的。为适应社会的需要，把高等教育分成不同的4个层次，即专科教育、本科教育、硕士教育和博士教育。层次不同，培养目标自然不同。关于本科教育，其培养目标不应定位为高级专门人才。 　　地球物理学专业的培养目标可表述为：本专业培养德、智、体全面发展的，具有扎实的数理基础，掌握地球物理学的基本理论、基本知识和基本技能，具有从事本专业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，同时具有处理一定层次技术问题的能力。 　　2．地球物理学专业人才培养规范与要求 　　地球物理学专业基本学制为4年，授予学士学位。 　　社会对地球物理学专业人才的普遍要求是：理论基础扎实，知识面宽，应变和适应能力强，具有较强的实践动手能力和组织、沟通、协调能力；具有敬业精神和责任感。社会发展对地球物理学专业人才的要求，总体来说就是高素质和全面发展。"高境界的理想、信念与责任感，强烈的自主精神、坚强的意志和良好的环境适应能力、心理承受能力"曾被联合国教科文组织列为21世纪人才规格的突出特征。这就给高等学校本科教育提出了更高的要求。据此，地球物理学专业人才培养规范与要求如下： 　　（a）素质结构要求：地球物理学培养的大学生应热爱祖国，具有高尚的民族气节、良好的道德品质和中华民族的传统美德；具有集体荣誉感和团结协作精神；具有强烈的法律意识和法制观念；具有全心全意地为人民服务和为社会主义建设服务的意愿；具有较好的文化素养和文学艺术修养；具有勤奋进取、求实创新的科学精神；具有科学的思维和研究方法；具有良好的身体和心理素质。 　　（b）能力结构要求：具有口头与文字表达能力；具有独立思考问题、分析问题、解决问题的能力；具有独立设计实验，对实验数据进行评价的能力；具有独立地利用计算机进行文字和图像信息处理及进行科学计算的能力；具有自学能力和终身学习的意识；具有人际交往意识和初步的人际交往能力；具有创新意识和创新精神。对特优学生要求具有质疑和挑战传统的理论、方法、假设的意识和能力；具有提出新的问题和新的方法，分析、推断、解释新问题的能力。 　　（c）知识结构要求：系统掌握数学、物理学的基础理论和基本知识，具有较宽泛的人文社会科学知识和相关的自然科学知识；具有较强的计算机和信息应用能力及较高的外语水平；具有扎实的地球物理学专业知识和基本的实验技能；受到从事基础研究和应用研究的初步训练；具有工程意识和经济管理意识。 　　三、地球物理学专业教育内容和知识体系 　　1．地球物理学专业人才培养的教育内容及知识结构的总体框架 　　（1）地球物理学专业人才培养的教育内容及知识结构设计的理论依据 　　高等教育的根本任务是培养人才。办什么样的教育，培养什么样的人，是教育思想的本质。同时，高等教育思想的本质内容又要通过人才培养模式来实现。 　　    高等教育受一定的社会经济、政治、文化的制约，并为经济、政治、文化发展服务[1]。美国加州伯克利大学克尔教授曾经说过："学院和大学从来不会高居于虚构历史神话的顶层，它们常常屈服于周围环境的某些压力和约束。反过来，它们也总是在一定程度上影响社会的进程。"（克拉克·克尔：《大学的功用》，陈学飞等译，江西教育出版社）。这说明高等学校的发展更多地取决于外部环境和外部因素的制约。人才培养模式的建立与改革，其主要的依据也应该是社会和经济发展对各层次人才的需求。 　　人才培养模式是学校为学生构建的知识、能力、素质结构以及实现组合这种结构的方式，包括人才的培养目标、培养规格和具体培养方式，它从根本上规定了人才特征，集中体现了高等教育的教育理念。 　　地球物理学专业人才培养模式是培养地球物理学专业人才的具体培养模式，其组成要素有培养目标、培养规格、培养、培养途径，是地球物理学专业整体适应社会变革的表现。 　　地球物理学专业人才培养的教育内容及知识结构设计要体现知识、能力、素质协调发展的原则。要以适当的知识体系为载体来进行能力培养和素质教育，要强化知识结构的设计与建设，使每一个知识模块都能构成一个适当的训练系统。 　　这里需要强调指出的是，由于社会发展的多元化趋势和学生个性发展的多样化需要，高等学校的人才培养模式也应该是多样化的。虽然各学校都在地球物理学专业目录下办学，但由于学校的定位和学生的个体状况不同，为学生发展提供的可资选择的发展模式，体现受教育者成长的规格、层次、个性发展、职业取向等不可能整齐划一。伯顿·克拉克曾经断言："实施高等教育的最差的办法就是把所有的鸡蛋都往一个篮子里装--高等教育最忌讳单一的模式" [6]。 　　（2）地球物理学专业人才培养的教育内容及知识结构的总体框架 　　地球物理学专业教育内容和知识体系由普通教育（通识教育）内容、专业教育内容和综合教育内容三大部分及15个知识体系构成： 　　①普通教育内容，包括：人文社会科学；自然科学；经济管理；外语；计算机信息技术；体育；实践训练。 　　②专业教育内容，包括：相关学科基础；本学科专业；专业实践训练。 　　③综合教育内容，包括：思想教育；学术与科技活动；文艺活动；体育活动；自选活动。 　　2．知识体系 　　（1）地球物理学专业知识体系（见图1） 图1 地球物理学专业知识体系 　　（2）地球物理学各知识体系的知识领域 、知识单元、知识点 　　地球物理学各知识体系的知识领域、知识单元、知识点见表3。 　　表3  地球物理学各知识体系的知识领域 、知识单元、知识点一览表 图1 地球物理学专业知识体系 　　（2）地球物理学各知识体系的知识领域 、知识单元、知识点 　　地球物理学各知识体系的知识领域、知识单元、知识点见表3。 　　表3  地球物理学各知识体系的知识领域 、知识单元、知识点一览表 知识体系 知识领域 知识单元 知识点 备 注 核心知识单元 选修知识单元 人文社会科学 文学 该知识领域的核心知识单元为国家规定的政治理论课；选修知识单元由各高校根据自己的特色确定 历史学 哲学 思想道德 政治学 艺术 法学 社会学 心理学 自然科学 数学 微积分、向量代数、空间解析几何、线性代数、概率论、复变函数与积分变换、数学物理方程、计算方法 分析引论、一元函数微积分、空间解析几何与向量代数、多元函数微积分、级数、微分方程；矩阵、行列式、线性代数方程组、矩阵特征值问题、线性变换、线性代数计算法、线性规划；随机事件与概率、随机变量及其分布、随机变量的数学特征、大数定律与中心极限定理；复数与复变函数、解析函数、复变函数的积分、级数、留数、保角影射、傅里叶变换、拉普拉斯变换；数学物理方程；插值与逼近方法、数值积分方法、线性代数方程组的数值解法、非线性方程及非线性方程组的解法、矩阵特征值与特征向量的计算、常微分方程初值问题的数值解法、偏微分方程数值解法初步 知识体系 知识领域 知识单元 知识点 备 注 核心知识单元 选修知识单元 自然科学 物理学 力学、声学、光学、电磁学、热力学与统计物理学、波动理论、原子核物理与核技术、气体动力学、狭义相对论、量子物理与凝聚态物理 理论力学、量子力学、电动力学、热力学与统计物理 质点动力学、牛顿运动定律、功和能、冲量和动量、刚体运动学、刚体动力学、机械振动、静电场、恒定磁场、变化的磁场和变化的电场、热力学基础、气体动理论、机械波、波动光学基础、狭义相对论力学基础、量子物理基础、固体物理简介 化学 化学平衡、物质结构理论 热化学、化学反应的基本原理、水化学、电化学、物质结构基础、元素化学、高分子化合物、生命物质 地球科学 岩石学、矿物学、构造地质学、矿床学、 遥感技术、地球化学 地质作用、地质年代、矿物、岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）、地质构造、板快构造、地球的起源与演化 环境科学 可根据本校情况列入选修知识单元 工程技术 电工电子学 电工技术、电子技术 电路基础、数字电路、模拟电路、数模转换 工程原理 可根据本校情况列入选修知识单元 工程制图 经济管理 经济学 经济学基础 可根据本校情况列入选修知识单元 管理学 管理学基础     知识体系 知识领域 知识单元 知识点 备 注 核心知识单元 选修知识单元 相关学科基础 电子 数字信号处理 离散时间信号与系统、离散时间信号与系统的变换域分析、离散傅里叶变换及其快速算法、数字滤波器的结构、HR数字滤波器设计、FIR数字滤波器设计等 物理学 位场、波场、扩散场 引力场、稳定电场、稳定磁场、时变电磁场、弹性波场 地球物理学科专业 地球物理学 重力学、地磁学、地电学、地震学、钻井地球物理学、地热学、核地球物理 空间地球物理学 重力学基本原理、重力学基本方法、重力仪器；地磁学基本原理、地磁学基本方法、地磁仪器；地电学基本原理、地电学基本方法、电法仪器；地震学基本原理、地震学基本方法、地震仪器；钻井地球物理学基本原理、钻井地球物理学基本方法、钻井地球物理仪器；地热学基本原理、地热学基本方法、地热探测仪器；核地球物理基本原理、核地球物理基本方法、核地球物理探测仪器         四、地球物理学课程体系 　　地球物理学本科教学包括理论教学和实践教学两部分。理论课程的设置方式可以是以知识单元设置课程，也可以是几个知识单元组成一门课程，还可以是不同知识领域的相关知识单元构成一门课程。课程体系应覆盖知识体系的知识单元。 　　地球物理学课程体系一般由核心课程和选修课程组成，核心课程应该覆盖知识体系中的全部核心知识单元。设有地球物理学专业的高校，应根据本校的优势设置适当的选修课或方向性选修模块。选修课的设置应体现学校的特色和反映学科发展的前沿。 　　地球物理学又可以分为固体地球物理学、空间物理学和勘探地球物理学三个大方向。各高校可根据自己的优势和特色，按照某一方向设置课程。 　　地球物理学课程体系（见图2）及课程设置（见表4）如下： 图2  地球物理学本科课程体系 表4  地球物理学课程设置一览表   课程性质 课 程 名 称 最 少学 时 数 实验时数 备 注 通识课程（必修） 政治理论及思想道德修养课程 180 14 包括马克思主义哲学原理、马克思主义政治经济学原理、毛泽东思想概论、邓小平理论、大学生思想道德修养、法律基础、军事理论等 通识课程（选修） 人文及社会科学、自然科学课程 128 8 通识课程（必修） 高等数学 180 60 大学物理 256 16 物理实验 64 4 大学化学 32 2 大学外语 256 16 大学计算机基础 48 3 电子电路基础 64 4 地质学基础 96 6 体育 64 4 学科群基础课程（必修） 线性代数 32 2 概率论与数理统计 32 2 复变函数 48 3 计算方法 48 3 数学物理方程 48 3 力学理论基础 128 8 包括理论力学、电动力学、量子力学、热力学与统计物理等有关知识单元 科学计算理论与实践 48 3 数据结构与计算机图形学 48 3 地球物理信号处理原理与方法 48 3 地球物理场论 96 6 包括引力场、静磁场、静电场、稳定电流场、电磁场、应力场、声场（地震波场）、温度场、渗流场及对流场 岩石物理学导论 32 4 地球物理学原理 64 4     课程性质 课 程 名 称 最 少学 时 数 实验时数 备 注 专业主干课程（选修） 地球物理学各论 128 8 地震学与地球内部物理学、重力学与大地测量学、地磁学与空间环境学、地电学与深部构造物理学、地热学与地球深部动力学等 地球物理观测与实验 48 3 地球物理观测方法、技术与仪器 专业方向选修课 理论地球物理 地球连续介质力学基础 48 3 地球构造物理学基础 48 3 地球物质科学基础 48 3 计算地球物理基础 48 3 勘探地球物理 勘探地球物理方法概论 96 6 包括重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、钻井地球物理勘探等勘探方法、技术及资料整理与解释技术 固体矿产地球物理 48 3 能源地球物理 48 3 工程与环境地球物理 48 3 空间物理 空间物理学导论 48 3 空间物理学基础 48 3 空间探测原理与实验 48 3 空间探测及资料处理 48 3 实验地球物理 实验地球物理学概论 48 3 实验地球物理方法、技术与仪器 96 4 实验地球物理专题 48 3 模型设计与制作、观测仪器设计、实验方法等 岩石物理学专题 48 3           五、地球物理学专业实践教学内容及体系 　　为了提高学生的实践能力和创新精神，需要在专业培养过程中加强实践性教学环节，包括课间实验、教学实习、生产实习、毕业实习、毕业论文（设计）等环节（见表5）。 表5  地球物理学专业实践教学一览表   实践教学体系 实践教学内容 学 时 学 分 专业认识实习 通过参观、讲座、教学课件等形式向学生介绍地球物理学的内涵及学科发展前景 2周 2 地质学教学实践 地质基础知识实习地质填图教学实习 6周 6 地球物理专业实习 地球物理野外工作方法综合实习 6周 6 毕业实习（论文、设计） 地球物理学综合训练，完成毕业论文（设计） 16周 16 　　专业认识实习：通过组织学生参观地球物理学研究单位、地震台站，增加学生对地球物理学应用的感性认识；通过专家讲座、播放教学课件等形式，让学生了解地球物理学的研究领域，应用前景，增强学生对学习地球物理学的兴趣。 　　地质学教学实践：分成两部分内容，即地质基础认识实习和地质填图教学实习。地质基础认识实习主要是通过对典型的地质现象，自然资源的考察、识别、描述等，训练学生对野外地质现象的认识。地质填图教学实习主要是在完成地质基础课程学习的基础上所进行的一次综合性的地质调查（测量）教学训练。通过此次教学实习，培养学生从事地质填图等方面的初步能力，达到能看懂地质图和地质报告的要求。 　　地球物理专业实习：主要是勘探地球物理方法技术的综合实习，包括：测地工作；重力、磁法、电法、地震等地球物理方法的野外数据采集技术及室内数据整理计算的综合实习。通过本次实习，训练学生野外地球物理工作的实际能力，为今后的研究和进一步学习打好基础。 　　地球物理学毕业实习：在导师的指导下完成地球物理研究工作或实际工作的综合训练，包括收集资料、技术路线或研究方法的设计、野外数据采集或计算程序的编写，数据处理与解释等环节的综合训练。在毕业实习的基础上撰写毕业论文（设计）。通过此环节的实习，使学生受到科学研究或实际地球物理工作的初步训练。 　　具体实习时间、实习地点各高校可根据本校的实际情况确定。 　　六、地球物理学专业学科群基础课程和专业主干课程描述 　　1．科学计算理论与实践 　　（1）教学目的：科学计算是当今（地球物理）科学研究的三种基本手段之一。因此，本课程的教学目的是使学生掌握科学计算的基本原理、方法与技术。 　　（2）主要教学内容：科学计算的基本概念与研究方法、科学计算的发展历史与科学大师、科学计算语言（Fortran、C、C++）与科学计算软件、计算机算法与软件工程、物理过程与物理系统的数值模拟方法、基于Fortran与C（C++）的科学计算算法。 　　（3）前导课程：高等数学、线性代数、计算方法、数据结构与计算机图形学。 　　（4）教学方式：课堂讲授与编程实践。 　　（5）教材或参考书：各高校自定。 　　2．地球物理信号处理原理与方法 　　（1）教学目的：通过本课程的学习使学生掌握数字信号处理的基本原理、算法，使学生学会运用信号处理方法和地球物理学原理处理和分析地球物理资料。 　　（2）主要教学内容：连续与离散信号、离散信号表示与采样定理、连续与离散信号变换（傅里叶变换、正弦变换、余弦变换、Hartly变换、Hilbert变换及相应的离散形式与快速算法；Z变换）、褶积与滤波（褶积、反褶积与滤波；最小平方（维纳）滤波；递归（卡尔曼）滤波；同态滤波（非线性滤波）；最小熵与最大熵反褶积）、 K-L变换与信号估计、统计信号分析与谱估计、 奇异值分解与最小平方问题、信号的修饰性处理（插值、平滑和加工）。 　　（3）前导课程：高等数学、复变函数。 　　（4）教学方式:课堂讲授。 　　（5）教材或参考书：各高校自定。 　　3．地球物理场论 　　（1）教学目的："地球物理场论"课程包括引力场、静磁场、静电场、稳定电流场、电磁场、应力场、声场（地震波场）、温度场、渗流场及对流场的基本概念及数学理论。通过本课程的学习使学生建立起场的概念，掌握位场、波场、应力场、扩散场与对流场的基本实验定律、微分方程、边界条件及数学处理等方面的知识，为后续的"地球物理原理"、"地球物理学各论"等课程的学习奠定理论基础，也为从事地球物理学各个专业方向的研究工作打下良好基础。 　　（2）主要教学内容：场论研究的历史与科学大师、引力场的基本实验定律与数学理论、静磁场的基本实验定律与数学理论、静电场的基本实验定律与数学理论、稳定电流场的基本实验定律与数学理论、电磁场的基本实验定律与数学理论、应力场的基本实验定律与数学理论、声场（地震波场）的基本实验定律与数学理论、温度场的基本实验定律与数学理论、渗流场的基本实验定律与数学理论、对流场的基本实验定律与数学理论。 　　（3）前导课程：高等数学、普通物理、数学物理方法、力学理论基础。 　　（4）教学方式：课堂讲授。 　　（5）教材或参考书：各高校自定。 　　4．地球物理学原理 　　（1）教学目的：本课程将着重讲授地球物理学的基本原理、研究方法以及经典的研究成果。希望通过本课程的学习，使学生对地球物理学科有一个整体的、清晰的图像，为进一步深入学习及从事地球物理学或其他地球科学研究工作奠定良好的基础。 　　（2）主要教学内容：地球重力与地球形状、地球转动、天然与人工诱发地震、 地球年龄、地球内部温度分布、天然地磁场、天然地电场与天然地球电磁感应、 地球内部结构、地球动力学。 　　（3）前导课程：高等数学、普通物理、地球物理场论。 　　（4）教学方式：课堂讲授。 　　（5）教材或参考书：各高校自定。 　　5．地球物理学各论 　　地球物理学各论包括地震学与地球内部物理学、重力学与大地测量学、地磁学与空间环境学、地电学与深部构造物理学、地热学与地球深部动力学等知识单元内容，课程名称各高校可根据本校的实际情况确定，现将各有关知识单元的主要教学内容分述如下： 　　地震学 　　（1）基本目的： 了解地震学的基本概念,地震学问题的基本处理方法。 　　（2）主要教学内容：地震学发展史，层状与球对称模型中的地震波辐射、传播与散射（绕射），地球的自由振荡，球对称地球模型中的地震波走时与走时反演，天然震源的物理过程与数学描述，震相分析与震源定位，地震波与地球内部结构，基于地震波属性的地震预报。 　　（3）前导课程：高等数学、线性代数、复变函数、数学物理方法、经典力学、地球物理场论。 　　（4）教学方式:课堂讲授。 　　（5）教材或参考书：各高校自定。 　　重力学 　　（1）教学目的：了解和掌握重力学的基本原理与方法。 　　（2）主要教学内容：地球的重力场与地球重力场模型，参考椭球面与大地水准面，大地位与正常重力场公式，垂线偏差、坐标系统与重力校正，重力异常与地壳均衡，重力异常反演与地球内部构造，起潮力、拉普拉斯三种潮、起潮力位的调和分析，固体潮、勒甫数、弹性地球模型的固体潮响应，负荷潮与潮汐应力，固体潮与地球内部结构。 　　（3）前导课程：高等数学、复变函数、数学物理方法、经典力学、地球物理场论。 　　（4）教学方式：课堂讲授。 　　（5）教材或参考书：各高校自定。 　　地磁学与地电学 　　（1）教学目的：通过本课程讲授，了解和掌握地磁学的基本原理与方法。 　　（2）主要教学内容：地球的基本磁场与基本磁场理论，地磁异常场与异常场理论，地磁场的空间变换，地球磁场随时间的变化，地球电磁感应，地电场分布与地球内部的电性结构，古地磁学，地磁场起源假说与理论模型。 　　（3）前导课程：数学物理方程、电动力学、地球物理场论。 　　（4）教学方式：课堂讲授。 　　（5）教材或参考书：各高校自定。 　　地热学 　　（1）教学目的：了解和掌握地热学的基本原理与方法。 　　（2）主要教学内容：地球的温度场、地球温度场的起源、地球温度场的数学物理描述、地球的温度场与内部构造。 　　（3）前导课程：高等数学、复变函数、数学物理方法、热力学与统计物理、地球物理场论。 　　（4）教学方式：课堂讲授。 　　（5）教材或参考书：各高校自定。 　　6．地球物理观测与实验 　　（1）教学目的：了解常用地球物理仪器的原理、操作，观测资料的基本分析和处理。 　　（2）主要教学内容：固体地球物理观测的发展历史，地震仪、地磁仪、重力仪的构造及工作原理，观测仪器的操作与实验，观测数据的基本处理方法。 　　（3）先修要求：地震学、地磁学、地电学、重力学。 　　（4）教学方式：课堂讲授、实验操作、计算机操作。 　　（5）教材与参考书：各高校自定。 　　七、本专业的教学条件 　　1．师资力量 　　有年龄及知识结构合理、相对稳定、水平较高的师资队伍；有学术造诣较高的学科带头人；承担本专业主要课程的任课教师不少于10人，高级职称教师人数不少于5人，中高级教师人数比例不低于 3 ：1。 　　2．教材 　　教材选用要符合专业规范和教学大纲，基础课程的教材应为正式出版教材；专业课程至少应有符合教学大纲的讲义。 　　3．图书资料 　　公共图书馆中要有与专业有关的图书、刊物、资料、数字化资源和具有检索这些信息资源的工具。生均图书达到80～100册∕生。 　　4．实验室 　　基础课程实验室要达到普通高等学校基本办学条件指标要求，每个学生拥有的实验仪器设备值应达到5000元∕生。专业实验室仪器设备的固定资产总额应达到2000万元以上。必须能开设重力方法、磁法、电法、地震、地球物理数据处理等实验。各校可根据自己的专业方向和具体情况有所侧重。 　　5．实习基地 　　要有相对稳定的实习基地。实习基地应符合专业基本训练的要求，具有较好的地质地球物理条件，能提供重力学、地磁学、地电学、地震学野外观测和基本数据处理的实习内容。各校可根据实际情况，通过多种途径，在校内外建立实习基地，鼓励高校与科研单位、企业联合，共同指导专业实习和毕业论文。 　　6．教学经费 　　新设本专业，开办经费一般不低于50万元（不包括固定资产），每年的正常教学经费不低于生均150元，实习经费不低于生均1000元。 　　八、制定本专业规范的主要参考指标 　　本专业规范制定依据的主要参考指标如下（由于各校不同，可根据本校情况自行确定）： 　　（1）本科学制：基本学制为4年，实行学分制的学校可以适当调整为3～6年。 　　（2）在校总周数：200～202周（其中，教育教学166～168周，寒暑假32～34周）。 　　（3）一般4年制专业，普通教育（通识教育）与专业教育的总学分为180学分左右。综合教育的学分本专业规范不作规定。 　　（4）通识教育和学科群基础教育的学分为90～100学分。其中包括：①政治思想教育和人文社会科学学分；②经济管理学分；③自然科学学分；④体育学分⑤外语学分；⑥计算机信息技术学分和学科群基础课程学分。 　　（5）专业教育的学分为50学分。 　　（6）一般实践教学学分在30学分左右。具体实践教学学分占通识教育、学科群基础教育和专业教育的总学分的比例，各校可根据具体培养方案进行确定。 　　（7）学时与学分的折算办法，本规范建议课程教学按16学时折算1学分、集中实践性环节按每周折算为1学分的方法折算。在特殊情况下，某些课程的学时学分折算办法可自行调整。 　　主要参考文献 　　[1] 贺振华.Geophysical education in China[J]. The Leading Edge, 1998(5):661-663 　　[2] 杨叔子,张福润. 创新之根在实践[J].高等工程教育研究，2001(2):9-12 　　[3] 周俊.论理工科大学生知识结构的优化[J].江苏理工大学学报（社会科学版），2003(3):48-53 　　[4] 张雷良.淡化传统文理工学科观念，促进人文与自然科学融合[J].中国高等教育，2000(9):18 　　[5] 陈运泰，滕吉文，张中杰.地球物理学的回顾与展望[J].地球科学进展，，2001.16（5）:636-642 　　[6] 滕吉文.固体地球物理学概论[M].北京:地震出版社，2003(2):21-32 　　[7] 于学馥.重新认识岩石力学与工程的方法论问题[J].岩石力学与工程学报，1994.13（3）:279-282 　　[8] 王家映.地球物理反演理论[M]. 第2版.北京:高等教育出版社，2002.12 　　[9] 曾东梅，黄国勋.人才培养模式改革的动因、层次与涵义[J].高等工程教育研究，2003(1):21-24 　　[10] 伯顿·克拉克.高等教育系统-学术组织的跨国研究[M].杭州：浙江大学出版社，1994:307