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读科学院研究生院2009教学改革文章有感
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读科学院研究生院2009教学改革文章有感
在我的母校，中国科学院研究生院网上，非常高兴地读到一篇好文章，题目叫“提升学生的创新能力是教学改革的主要目标”（
笔下在母校曾经教了十几年课，也有所体会。首先，研究生院立志改革方向对，办法也较好，也考虑到可能出现的问题。在此想为母校再出点力，抛砖引玉嘛！
我认为，教师最好也是在科研前沿。在对研究生的教学中，不应如给大学生那样，教教科书上的基本知识。而也应教教科书上所没有的科学前沿的问题，尤其是有争议的课题。1998年为纪念恢复招考研究生制度20周年，我也写了篇教学体会，其中就有这方面的。这样教学，研究生就会独立思考，有利于培养研究生的创新能力。在地球物理学方面，本人点偏爱Steacy 的“地球物理学”，该书的特点就是给出不同的学术观点，从中我还曾找出几个课题研究。
在这方面，老师的引导是重要的，课上课下都如此。我一直记得本人的导师在课堂上指出的课题性质的问题，毕业论文是在外国学者模型的基础上的改进。此后的几年，虽然导师出国了，我还是沿此思路走下去，不断地有点创新。
学生不主动，派丢面子。是传统思想作怪，要多诱导。中国人从小所受的家庭、社会教育，或多或少带有封建思想的残余。听话最讨人喜欢，我们在某种意义上都如此。在这方面的工作可是个系统工程。要“只争朝夕”，也不可操之太急。
付： 1998年本人的一篇文章：
在课堂教学中努力提高研究生教育质量的探讨
王 亶 文
（中国地震局地球物理研究所，北京，100081）
摘要
为了提高研究生的教育质量，努力搞好课堂教学是重要环节之一。 作为中国科学院研究生院的兼职教授，在历年的教学过程中，注意激发研究生的学习积极性，注意密切与大学物理相结合，注意与地球物理的其他学科的有关知识相联系，紧跟国际学术最新动态，讲授不同的学术观点，进行学术式教学探讨。 为此，教员本身亦应加强自身的专业知识拓宽与更新，适当开展一些学科的基础研究，密切注视国际国内的最新动态。
“四人帮”倒台以后恢复研究生的招生制度至今已有二十年整了。二十年来，我们在培养跨世纪人才方面取得了丰硕成果。本人在中国科学院研究生院兼教地磁学课已十多年了，在教学过程中，就如何提高研究生教育质量问题进行了某种程度上的探讨。 现就二十周年的记念之际，小结某些个人的体会。
1 激发研究生的学习积极性
在改革开放的大好形势下，我国的科学技术得到蓬勃发展。党和国家高度重视科技，把科学技术定位到第一生产力的高度，新一代的科研队伍正在迅速壮大。但在改革大潮的冲击下，也有些年轻人被金钱所迷惑，不愿意搞科研工作，更愿意到公司去挣钱。在课堂上，教师有必要不断地启发学生从事业出发，尽最大的努力讲授得生动活泼点，使学生提高自己的学习兴趣。
十多年来，在研究生院课堂上遇到的学生来自四面八方。就地区而言，有北京的，也有外地的诸如武汉、兰州、广州、青海等地；就专业而论，有地球物理，有地质，也有地球化学，海洋学以及气象学的，等等。为什么都要学好地磁学，在开课的时候就要讲清楚。在讲序言时，本人就从我们所的40多年的历史讲起。五十年代，分出一个大气物理研究所，六十年代，又分出一个空间科学与应用研究中心，尤其是空间中心，许多成员是从地磁研究室分出来的；七十年代末期，又分出另一个地球物理研究所。地球物理学应用广泛，例如在地震、气象、物探、空间物理等领域都有广泛的应用。而地球的物理场中，引力场与地磁场是最主要的[1]。地磁学是地球物理学的重要组成部分，在地学的第二次大革命中，是地磁学中的古地磁研究的最新成果支持了大陆漂移，使得沉睡了几十年的板块学说得到新生，为大家所接受，地磁学立下了不可磨灭的历史功绩。空间物理、航空航天，向来都是尖端科学之一。地磁学向空间延伸，则成了太阳物理学，太阳黑子活动、太阳风、行星际磁场、太阳风与磁层的耦合等等，则成为空间物理的主要研究内容[2]。 可见地磁学与地球物理的其他学科、与地质学的关系密切，即使不是地磁专业的学生，学好地磁这门功课亦是十分必要的。
2 与大学物理结合紧密
地磁学，即是地球的磁学，是物理中的电磁学在地球条件下的应用。甚至地磁学的发展在某种程度上或多或少地早于普通磁学，也就是说，磁学是在地磁学的基础上发展起来的。例如，史学界已经公认磁学诞生于1600年，以吉伯“论磁学”一书为标志，吉伯从大量的地磁异常现象和偏角的不规则的情况中，总结出这样的结论：地域磁变的原因是地球并非完全对称的球体和地球质量分布的不均匀性[3]。
在讲授地磁学开篇的第一章时，我们就先讲地磁学中所用的主要的物理基础, Maxwell（麦克斯韦）方程组[4]。先复习一般性的Maxwell 方程组，再一步步讲地球物理条件下的方程组形式，如可忽略位移电流等。接着，逐步推导出地磁学中的主要偏微分方程，如Laplace（拉普拉斯）方程、扩散方程、冻结方程，以及极型场、环型场的概念[5]。
另一方面，在讲授地磁学的过程中注意处处强调理解物理意义。例如，理解高斯系数的物理意义等。对某些学地质出身的学生，则不要求他们过多的数学推导，而强调他们理解概念的物理意义。
3 与其他地球物理学科密切联系
为了能让研究生在学各地球物理分支学科时不至于孤立地、片面地看问题，在讲课时应有意识地多与其他学科相联系。例如在讲到Gass（高斯）分析时，就可同时简介引力场的球谐分析。Gass是一位著名的数学家，他在1839年率先把球谐分析（SHA）用于地磁分析。地磁场的高斯（Gass）分析与引力场的SHA在数学上都属于球谐分析，所不同的是，地磁场的球谐级数收敛的非常快，第一阶(n=1)，偶极子场，就占大约85%，所以通常国际地磁参考场（IGRF）只取到n=10，就可基本上代表核源场。而引力场的球谐级数收敛得慢。另外，地磁场的高斯系数（球谐系数）的确定用的是磁测资料（大地的、卫星的），并且其随时间的变化较明显，所以国际上每五年定一次IGRF。而引力场的球谐系数是用卫星轨迹摄动资料来定，并且其变化与地质变迁（质量变化）有关，变化的时间尺度是地质尺度。再就是，地磁高斯分析中所采用的缔合勒让德函数是半标准化的，而引力用的是全标准化的。这样联系到一起讲解，学生较容易对比分析、融会贯通。
再例如，在讲到核幔电磁耦合时，可联系地球转动的概念讲解，日长变化可能是由核幔电磁耦合所引起，而转轴方向的变化（如Chandler Wobble（钱德勒晃动）)却不是。
4 结合国际学术最新动态
紧跟国际学术最新动态，年年更新一些内容，可使学生眼光开阔，容易完成由学生向研究人员的转变。例如，1996年国际地球物理界的一个重大成果是我国留学生宋晓东博士得出的内核转动较地幔快1.10/yr.的结论。在讲解地磁发电机理论（假说）时，就可结合宋博士的结论讲解差速转动等，以及讲解宋的成果对发电机理论研究的贡献。
在给学生留参考文献时，把国际最新的权威专著，Jacobs的 Geomagnetism，列入文献系列。并有意识地向学生介绍一些国际学术刊物，例如，美国的J. Geophys. Res., 日本的 J. Geomag. Geoelectr., 英国的Geophys. J. R. astr. Soc. （现改名为 Geophysical Journal International），法国的 Ann. Geophysicae，以及 Phys. Earth Planet. Int., Phil. Trans. Roy. Soc., Tectomogeophysics, 美国的 Science, 等等。并在适当的时候介绍一些最新的国际学术会议的有关内容，比如，在香港召开的西太平洋地球物理会议(1992年)，以及IAGA(国际地磁和高空物理协会)及IUGG (International Union of Geodesy and Geophysics)等其他会议动态。也可在适当时候介绍一些区域性的会议，诸如1993年河内的国际磁赤道学术会议等。
在适当的地方加入一些有关的国际最新学术动态，有助于开阔研究生的眼界，使他们在学生时代，在学习基础知识的同时，就能开始捕捉学术前沿的热门课题。
5 学术式教学的探讨
所谓学术式教学法，主要是指在某些地方讲授不同的学术观点，甚至可以提出一些可供研究的课题。这对研究生也许特别有用。摆出不同时的学术观点，让学生积极思考，培养他们的独立思考、分析问题、解决问题的能力。
例如，在讲解SHA（球谐分析）时，强调地磁场SHA时的边界条件只是已知一个内边界上的场值与法向导数，既不同于一般椭圆方程已知边界场值的第一边界条件(Dirichlet 问题），也不同于已知全部边界场的法向导数的第二边界条件（Numann问题），更不同于混合边界条件（已知场和场的法向导数的线性组合）的劳平（Robin）问题。 在数学上这种“第四”边界条件还未得到严格证明，这就是说这种地磁SHA（高斯分析）的唯一性问题在数学上还没有得到严格证明。
再如，在讲解偶极子(Dipole) 与 非偶极子(Non-dipole)时，也指出这种分法的局限性，并介绍偏心偶极子的概念和某些学者的不同观点[6]。又如，在讲到地幔屏蔽时，可以讲解几种不同的模型以及目前对地下电导率认识的局限性等。在讲到太阳静日变化(Sq)时，可以介绍一些有争议的问题和现在前沿的热门课题，例如，计算Sq时是用日均值为基线好还是用夜间零点值好，还未见定论；一般来讲，Sq的变化主要是与纬度有关，但随经度也有变化，研究Sq的经度效应、Sq的UT（世界时）变化、Sq电流体系的精细构等还都是热门课题。
在介绍参考书时，讲清不同书的不同特点。例如，Steacy 的书的特点就是给出不同的学术观点，我比较偏爱这本书。
6 后话
在教学过程中，还应适当讲解一些自己的或者他人的研究成果。授课者多搞些学科性的基础研究对提高教学质量有益。十几年来感谢有关领导的支持，本人主要是从事基础研究，从而有利于课堂教学的提高。借此机会，顺便提一句，本人希望今后将能继续得到支持。
参考文献
［1］傅承义，陈运泰，祁贵仲. 地球物理学基础. 北京：科学出版社，1985
［2］徐传诒等. 日地空间物理学. 北京：科学出版社，1988
［3］宋德生，李国栋. 电磁学发展史. 南宁：广西人民出版社，1987
［4］曹昌祺. 电动力学. 北京：人民教育出版社，1961
［5］Jacobs, Geomagnetism. Academic press, 1987-1991
［6］Stacey, Physics of the Earth. John Wiley & Sons, Inc. 1977
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