地球物理学本科的思政教育

摘  要：该文从思政教育的重要性出发，探讨将思政融入课程的必要性及思政教育和课程知识之间的关系，然后提出课程学习的相关理念，结合地电学的相关专业知识，包括电磁场基本理论、大地电磁法、直流电法和全球电磁测深法等，尝试性地融入思政教育相关的思想与理念，完成对地电学的学习。通过对电磁场基本理论、海洋电磁法、空间物理等领域的学习，在吸收了解学科发展过程中的思想精华、提高学习兴趣的同时，也加深学生对思政教育的进一步思考，学习大年精神，明白自身的学习目的是要成为对国家和社会有贡献的一份子，树立长远目标。

关键词：地电学；思政教育；本科教学；地球物理学；空间物理

中图分类号：G641        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）24-0041-04

Abstract： Starting from the importance of ideological and political education， this paper discusses the necessity of integrating ideological and political education into the curriculum， and the relationship between ideological education and curriculum knowledge. It also puts forward the relevant concepts of curriculum learning. Through the study of the basic theory of electromagnetic field， marine electromagnetic method， space physics and other fields， students absorb and understand the ideological essence in the development process of the subject， improve the learning interest， and finally make students further think about ideological and political education. Learning the Danian spirit， understanding that their learning purpose is to become a contributing member of the country and society， and establish long-term goals.

Keywords： Geoelectricity; Ideological and political education; undergraduate teaching; geophysics; space physics

近些年来，大学生思想政治教育工作逐渐引起重视，思政教育与思政课程的建设也开始蓬勃发展。随着时代的发展，思政教育由思政课程转化为了课程思政，即在日常授课、传授知识的过程中，兼顾育德与育人，基于社会主义核心价值观，为学生塑造正确“三观”，培育思维素养，树立科学观念。秉承科学发展观，将中国梦与课程学习联系起来，使学生明白自己肩负着中华民族伟大复兴的使命。对于育人这一目的而言，思政教育应如水滴石穿，不仅要在马克思主义理论教育、中国特色社会主义理论等课程中进行集中学习，更应该本着润物细无声的原则，在每门学科中贯穿始终，从而使师生在获取专业知识的同时，也可以进一步进行思想学习。而思政研究也在不断推陈出新，2021年11月8日上午在党的十九届六中全会上，习近平总书记在原本“八个明确”的基础上进行了补充，以“十个明确”来为新时代中国特色社会主义的发展与建设提供了新的指导方向，与原先的“八个明确”相比，着重强调了应贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念。而知识学习与科学研究也应秉承创新、开放、共享等理念，并响应新时代协调与绿色发展的号召。因此，思政教育也应该与时俱进，增添新的内容与主题。地电学作为本专业的重要组成部分，理应在思政教育中发挥作用，在课堂知识学习、实验技能训练、野外课程实践等环节中，既要完成传统教学任务，同时也应与时俱进地融合课程思政环节，以时代楷模黄大年同志为榜样，遵从习近平总书记的指示“我们要以黄大年同志为榜样，学习他心有大我、至诚报国的爱国情怀，学习他教书育人、敢为人先的敬业精神，学习他淡泊名利、甘于奉献的高尚情操，把爱国之情、报国之志融入祖国改革发展的伟大事业之中、融入人民创造历史的伟大奋斗之中，从自己做起，从本职岗位做起，为实现‘两个一百年’奋斗目标、实现中华民族伟大复兴的中国梦贡献智慧和力量”。

一  地电学课程思政教育的必要性

大学本科的教育，不应仅是专业知识的教育，也应包含思政教育。对刚经历过高考的学生而言，本科教育还应肩负着培养科学素养、辩证方法和唯物观的责任。不仅要授人以鱼，更应该授人以渔，即在传授知识的同时，还应该教授发现问题、总结现象、进行猜想与验证和获取知识的方式与方法，从而转变学生的身份，从一个接收者，变为主动发现并学习的探索者，且保持探索精神，不断地进行学习。在这一过程中，思政教育对于养成良好科研素养、科研道德、科研习惯具有重大指导意义，因此将思政教育贯彻到本科教育的课堂学习中至关重要。

地电学这一学科，属于地球物理学，而其应用——电法勘探，则从属于应用地球物理学，二者分属理学与工学，但在授课时，应该理工交融，打好良好的科研基础。为了系统地学习电法勘探知识，首先应了解地电学的发展过程。

地电学是在地球表面测量天然或人工产生的电场和磁场，通过电磁感应原理对测量数据进行分析，来研究地球内部的电性、电化学性质等，应用于地质构造研究、环境工程和矿床资源研究等众多领域，是最古老的地球物理学分支学科之一。因此在世界范围内具有广泛的应用，在全球多个高校均有开设地球电磁学相关课程。自18世纪开始，经过多年的观测与总结，研究者们发现在地表、大气和海洋中均有电流的存在，但一直未有系统的学说对这一现象的来源与形成原因进行梳理与解释。直到19世纪40年代，Chapman和Bartels[1]编写了包含如今地电学知识的著作，其中地电学相关内容以“地电流”为章节名出现，后由Краев[2]等补充完善，地电学正式问世。地电学作为地球科学下固体地球物理学的一门分支学科，通过研究电场及磁场的变化及分布规律，来解释地球地下结构及物理性质差异等问题，其中产生电磁场的场源可以分为天然源与人工源，也被叫做被动源与主动源。地电学的研究范围广泛，上至日地关系、磁层、高空大气、电离层和星际空间，下至研究地壳分界面、地幔和地核，研究对象的尺度由几米到上千公里。但地电学最初的研究目的是观测地球变化的磁场，并尝试就其来源与形成和变化机制进行解释。随着科学与技术的发展，社会对矿产等资源的需求日益增多，地电学的研究重点由地磁领域转向电法勘探。地电学这一学科的诞生也经历了发现问题、总结现象和提出猜想并验证总结的过程，最终转向了实际应用，以理论结合实践，实现理工交融，说明科学与技术始终应该服务于人民和国家。

大学本科阶段的地电学课程，其主要内容包括电磁场的基本理论、直流电法和大地电磁法、可控源电磁法等。在电法勘探教学过程中，以电磁场基本理论为基础，学习大地电磁法、瞬变电磁法、直流电法等方法，辅以野外课程实习。将课本上学来的知识进行实践与验证，不仅培养了能力和知识，还对素质培养有着极大的促进作用，培养吃苦耐劳精神，明确地电学对于国家的建设、经济乃至军事都有着重大意义。因此，在地电学的教学过程中，思政教育是不可或缺的一个环节。

二  地电学课程教学中的思政教育

电法勘探的方法种类繁多，究其物性参数，电导率、磁导率乃至电化学性质均会对电性结构的特性产生较大的影响。此外孔隙度、饱和度等岩石物理参数也会造成极大影响。从电法勘探的源的种类来说，既包含天然源，也包含人工源，在人工源中，又包括直流方法和交流方法，根据其工作环境，又包含陆地、海洋、航空、空间等分类，且根据收发装置的不同排列方式又有多种分类。

电法勘探的发展，都建立在电磁场的基本理论上，下式为微分形式的麦克斯韦方程组[3]

式（1）描述的是法拉第电磁感应定律，即变化的磁场会产生电场，B为磁感应强度，E为电场强度；式（2）描述的是安培定律，即磁场可以由传导电流和变化的位移电流产生，H为磁场强度，D为电位移矢量，Js为外加电流密度；式（3）描述的是高斯定律，说明电场和电荷之间的关系从散度的角度说明电场线是不闭合的，q为电荷；式（4）说明磁场线始终是闭合的，即不存在磁单极子。将式（2）代入式（1）并结合本构关系，即可得到电场的波动方程

电场的扩散方程是关于电场的偏微分方程，在给定初始条件和边界条件的情况下，即可得到电场的唯一解。对方程两端做傅里叶变换即可得到对应的时间域电场扩散方程。在模拟一维的简单层状模型中的电磁响应时，可以根据麦克斯韦方程组得到解析的电磁场，而在进行二维及三维模拟时，则需要结合空间离散的理论，来进行电磁响应的近似计算，目前主流的三维模拟方法主要包括积分方程法、有限差分法和有限元法、有限体积法等方法。通过将电磁场的基本理论应用到不同的研究方向中，如陆地、井中、海洋、航空乃至地外空间，给出不同的模型及边界、初始条件，即可得到相应的电磁场分布。

经过一代又一代人的推陈出新，我国在电磁理论领域逐渐从追赶国际先进水平到引领领域发展，如今在海洋、航空、空间物理等研究领域发展迅速。并在习近平新时代中国特色社会主义思想的领导下，提出了环境领域的相关研究。

（一）  既要金山银山，又要绿水青山

二十世纪五六十年代，我国正处于人口众多，资源贫乏的困境中，地电学在资源普查和金属矿、非金属矿物的勘探中都取得了较大成就。此外地电学还在石油、煤矿、天然气的勘探中也起到了较大的作用，并且还可以被应用于水文地质、工程地质、灾害预测及考古等方面，培养出了一批不辞劳苦的物探工作者。

早在二十世纪三十年代，我国的电磁勘探方法就已经产生，但是实际生产中应用较少，野外勘探中地震勘探方法占据主流。随着电法勘探理论的完善，直流电法、大地电磁法及可控源电磁法被先后投入生产，成为地球物理勘探中方法多样性最强的一个分支。由于电法勘探对探测目标的电性差异较为敏感，多被用于金属矿、非金属矿、石油、天然气、地热及可燃冰等资源勘探中，对于深部埋藏的矿体，电法勘探也有着较好的分辨能力[4]。与其他方法相比，电法勘探探测效率高，能够减少勘查所需工期，从而降低项目成本，在航空电磁及海洋拖曳式电磁勘探方法中，这一优点尤为突出。但我国资源总量有限，且部分资源开发会对生态及环境造成较大的破坏，因此习总书记指出“既要金山银山，也要绿水青山，绿水青山就是金山银山”，自此对于资源的勘探与开发也开始转型，减少破坏性较大的矿产开采行为，提高相关技术的水平减少污染与破坏，并对已开采完的油气矿藏等进行治理，坚持人与自然和谐共生，且在面临浅地表资源开采总量有限的情况下，进一步提高对深部找矿的要求，由此地电学的目标领域转向深部矿产勘探及深部地质构造勘察。

（二）  海洋电磁与我国领土主权完整

我国的油气、矿产勘探经过了多年发展，现在正面临浅部资源即将开发殆尽，且深部资源勘探、开采较为困难的局面。而海洋面积广阔，如我国南海海域，蕴藏有大量的石油和多金属结核资源，还埋藏有当下研究热门的页岩气等重要战略资源，而电法勘探可以与地震等勘探方法结合，补足地震勘探的缺陷，降低勘探成本。过去电法勘探主要用于陆上探测，很少在海上进行研究，主要有两种原因：一是地震勘探能成功描述海底地质构造，二是人们认为海水的高电导率不利于电磁法的应用。随着仪器和海洋地质学的发展，海洋电磁法有了很大的发展，电法勘探在海底金属矿产勘探方面有着较大的优势，海底储存的多金属结核有着丰富的Mn、Ni、Co、Y等金属，并且，在我国海洋区域其预估存量高达5亿多吨，但在地球海洋中多金属结核总储量的占比不足千分之一，因此我国目前正在逐步加快对海洋资源的勘查与开采。海洋勘探与陆地相比，存在一层高导海水层，而电磁波在海水中传播衰减较快，因此要求场源与接收器离海底较近。而在浅海区域，向上传播的电磁波传播到海水-空气界面时会发生反射，这种反射波被叫做空气波，空气波对浅海地区有效信号有较大的影响，而时间域方法则能够较好地压制浅海空气波的影响。与海底沉积层相比，金属等高导介质的异常相对高阻介质更加明显，相对易被可控源法、大地电磁法等电磁勘探方法识别[5]。