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中學數學教學園地范文1
【關鍵詞】初中數學；課堂教學；效率低原因
初中生處于青春發育期，有較強的學習能力，但是也容易產生厭學情緒，特別是對于枯燥、乏味的數學的學習，很多學生表現的學習興趣低，學習被動等情況，嚴重影響數學課堂效率的提高。盡管是在利用小組教學、游戲教學等合作教學的模式也較難提高數學課堂教學成效，這一問題成為初中數學教師面臨的共同難題。在實際教學過程中必須找到產生這一問題的根源，并積極的解決才能有效提高初中數學課堂教學成效。
一、初中數學課堂教學效率低原因
1.教師課堂教學理念和方法不合理。初中數學課堂教學低效的一個主要因素就是教師方面的因素在，在新課標要求下很多教師仍然采用傳統教學方式，而且在教學理念方面比較滯后，教師教學比較死板，在課堂教學過程中不能很好的結合學生講課，不能聯系實際的去講課，這種教學理念和教學方法均不利于課堂教學效率的提高。比如有些教師在課堂教學中采用傳統教學方法中題海戰術、應試考試等機械化的訓練，以期利用這種方式提高學生的考試成績，這種方法容易使學生產生厭學情緒，不能夠訓練學生思維能力和創造能力的提高，對課堂教學成效的提高也沒有什么作用。
2.學生學習觀念不正確。學生在長期“灌輸式”教學模式下失去學習興趣，往往處于一種被動的接受式學習中，自學能力比較弱，課堂學習中抓不住學習的重點，對所學的數學概念、基本定理等模糊不清，不能夠靈活的運用所學的知識，做題的過程中也是生搬硬套，很難進行舉一反三，不但養不成很好的學習習慣，也容易使自己陷入被動學習中成為學習的奴隸，更談不上快樂的學習。
二、提高初中數學課堂教學有效性的具體對策
新課標下，初中教學需要進一步的改革和發展，傳統課堂教學方法已經不能夠適應現代課堂發展需求，教師在教學的過程中必須結合現代教學技術和教學理念，積極創建新的課堂教學方式。改變傳統數學課堂教學低效的局面，提高數學課堂效率。
1.實施情景教學，激發學生學習興趣。數學的學習本來就是一個枯燥、乏味的過程，抽象性比較強，很多學生認為其比較難學，很難提高學習興趣。為了解決這個問題，教師在教學的過程中只將道理和概念是遠遠不夠的，關鍵是通過一定的方法提高學生的學習興趣。數學學習情境的設置能很好的提高學生學習興趣。比如初中教學中學習全等三角形的知識，教師可以創建以一個這樣的學習情境：“有一個同學非常調皮，一天他將學校的一塊三角形玻璃打碎成三截，事后怕教師責罰，他準備在老師發現之前將玻璃配好，這時教師可以提出疑問，問這位同學需要帶找幾塊玻璃，為什么？”，以這樣一個情景勾起學生的學習情緒，進而使學生開始發散自己的思維進行思考。
2.利用課堂提問，集中學生注意力。在數學課堂中疑問的采用灌輸式教學方法，往往將學生至于被動地位，不利于學生學習興趣的提高。而課堂提問的設置不但能夠活躍課堂氣氛，而且能夠集中學生注意力，體現課堂教學目的和任務，從而提高課堂成效，促進學生學習水平的提高。比如在數學課堂學習過程中教師可以采取口試的方法讓學生更好的掌握課堂知識；還可以利用游戲、比賽等實踐性活動提高學生的學習興趣。這樣不僅能夠提高學習興趣，而且為學生的學習提供一個輕松、愉快的學習環境，讓學生快樂的學習，輕松的掌握學習知識，同時又能夠鍛煉學生的實踐操作能力。而且如果課堂理論知識比較多，教師在講課的過程中可以采取開卷的形式增添課堂學習的靈活性，提高學生的學習興趣。
3.積極培養學生自學能力。課堂成效低的一個主要原因是學生自主學習能力比較差，所以在實際課堂教學中啊喲注重學生自學能力的培養。課堂教學過程中對對定義、法則、定理等知識的學習都要修學生必須學會自學。網學生通過自己閱讀學習提高自學能力。在教學的過程中難免會遇到一些學習不認真的學生，對于這類學生，可以利用學生好奇心強的特點，首先提出一個懸念，然后引導學生認真學習和理解，培養學生自主思考的能力。比如，在學習一元一次方程時，教師可以提出“雞兔同籠”的問題，調動學生思考積極性，引導學生對數學概念、問題和法則等進行深入的思考和討論，調動學生的思維積極性，從而培養學生自學能力，提高課堂成效。
三、結語
初中數學課堂成效低的問題形成的原因比較多，要想解決這個問題也不是一朝一夕的事情，教師必須在平時的教學實踐中利用不同的學習方式進行實踐和嘗試，總結教學方法，注重學生主體地位，培養學生學習興趣，提高學生學習能力，從而促進學生學習效率的提高，潛移默化的提高初中數學課堂成效，
參考文獻：
[1]柴改改.初中數學課堂教學有效性的研究[D].河北師范大學,2014.
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一、以情感人,培養學生的學習興趣與主動性
教育教學工作是一種極富有情感色彩的工作,教師的豐富感情是搞好教育工作的巨大動力和源泉。平日,教師本身的感情狀態,往往會使學生產生共鳴,受到潛移默化的影響。作為數學教師,首先必須忠誠黨的教育事業,熱愛學生,熱愛數學,以高度的責任感、義務感、使命感、自豪感對待數學教學,以滿腔的熱情,富有情感地講授每一堂課、每一章節。因為富有情感的課堂教學能激發學生的情感體驗,使課堂上出現相應的心理氣氛,形成和諧的教學環境,從而激發出學生的求知欲,使他們更好地感受和理解教材內容。我們常?？吹揭幻麅炐悴⒂型臄祵W教師的思想品質、教學形象、教學方法和教學設計內容給他的學生往往留下非常深刻的痕跡,不僅能熏陶學生優良思想作風和道德品質,而且還會促成學生學業上的成就。這種言傳身教的因素往往會在他的學生的身上得到延續。所以,作為一名數學教師,應該非常注意自我的思想品質修養,并身體力行,為學生作出良好的表率;其次,數學教師還必須具有堅強的意志和樂觀向上的性格。在教育教學實踐過程中教師常因學生屢次違反紀律而苦惱,這就需要教師的耐心和自制力。如果教師不能控制自己用粗暴的態度對待學生,學生可能會被暫時壓服,但這種壓服后面卻孕育著更大的不安定。數學老師不能滿足現有的知識,應努力提高自身的素質,廣泛閱讀各類書籍,擴大知識面。教學過程中學生為教師的和藹而嚴肅的態度所感染,才會心悅誠服地接受教育。
二、運用情感的感染和遷移功能,培養學生學習數學的興趣
所謂情感的感染功能就是指一個人的情感具有對他人情感施予影響的效能,情感的遷移功能就是指一個人對其它對象的情感會影響他與之有關的其它對象的情感。換句話說,當學生對教師有感情時,那么對他所交的朋友、對他經常使用過的東西都會產生好感,就是平時所說的“愛屋及烏”,教師所教的這門學科就更不用說了。要產生這種效果,首先要求教師要有一個最重要、最主要的品質就是:“熱愛自己的學生?！痹诮虒W過程中進行情感教育最根本的途徑是教師用愛心和真誠感人、育人,教師應該善于將深厚的情感傳遞給每一個學生。教師應該尊重學生在教學中的主體地位,積極為學生提供交往、溝通和探索的機會。例如,在數學教學中,可以多給學生動手的機會,讓他們在實踐中主動發現問題、解決問題。在討論和辯論時,讓學生據理力爭,充分發表自己的見解,促使他們在相互交流中達到啟迪思路、發展思維。有一次有一個基礎較差的學生搶先回答“證明三角形全等的常見方法有哪些?”時,他提到了“邊邊角”。聽了這個答案后,同學們都笑了,此時,作為教師,若加以批評或否定,無形就給這位學生,尤其是基礎差的學生以沉重的打擊,同時也對后來發言的學生造成心理上的壓力。于是我并沒有直接否定他的答案,只是用很幽默的語言從側面點撥他,以及用圖形作為反例,此時他也覺察到了答案中的錯誤,緊接著我還表揚了他積極勇敢發言。之后,同學們的討論更加激烈,解法越來越多,課堂的每個環節進行地非常順利。后來,這位學生上課發言依然很積極,而且學習成績也在逐步提高。能舉手回答問題,對于學生來說是一件很光榮的事情,很希望得到老師的肯定,也是鍛煉語言表達能力的機會。對于答錯、回答不完整、重復別人發言的學生,教師如果能給以鼓勵,肯定他們舉手的勇氣和積極性,讓他們有信心繼續思考,逐漸養成積極的思維和發言習慣。總之,教師要盡力做到對學生多給予熱情鼓勵和引導。這樣,學生就會“親其師而信其道”,更加熱愛學習數學。其次,在課堂上,教師要有廣博的知識、上課時以精練、幽默、富有情感、生動形象的語言,點燃學生興趣的火花,激起學生的學習熱情,讓學生感到教學內容生動有趣。教學語言要飽含對學生的引導,凝聚對學生的期望。引導、激勵學生積極思維,及時給予肯定性評價,讓他們覺得學習數學是件快樂有趣的事。
三、調節學習情緒,激發學習數學的熱情
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教學效率可以形象地描述為教學過程中產出與投入之比，教學效率是用學習效率來衡量的。具體可以用公式形象地描述：
下面談談課堂教學效率低下的幾種原因：
一、教師的教育觀念陳舊
教學效果差的教師往往教育觀念陳舊，而且“緊緊抱住舊觀念不放”，對別人善意的指點是“拒人于千里之外”，根本不愿意接納新的東西。往往借口學生基礎差，學生學習興趣不濃，家長不重視等來為自己開脫，來掩飾自己的缺點和問題！
1.教師教學方法陳舊
一塊黑板、一支粉筆、一張嘴，經常采用“灌輸――接受”教學模式，總是習慣于滿堂灌、題海戰術、死記硬背，教師講得口吐白沫，學生聽得昏昏欲睡……
2.教師應試思想嚴重
一切服從于中考，教師不是面向全體學生，教師教學要么就只重視優生而拋棄學困生；要么就關注中等生，反復講解，造成優生早已沒了興趣，而學困生還在云里霧里。許多數學老師都有這樣的經歷：我已經講了很多遍了，學生還是不會做……這是典型的應試教育的結果，學生不了解知識的形成過程，沒有形成解決數學問題的能力。
3.教師知識維度狹窄
許多農村初中數學教師知識廣度、知識深度狹窄。不僅表現在教師知識面不廣，對其它涉及數學相關領域的知識很少涉足，甚至根本不知；而且即使數學專業知識也是深度不夠，不了解學生進入高中后學習數學需要初中教師提供什么知識、方法、技能。
二、教師的講解語言平淡
數學的學科特點是邏輯嚴密、高度抽象、單調枯燥，由于受學科特點的影響，許多數學教師上課為了追求學科特色，而往往是語言過于平淡，幾乎是平鋪直敘、乏味，根本沒有吸引力。講解缺乏形象生動，學生聽得很吃力，甚至想睡覺。教師的講課就成了催眠曲。這是導致教學效率低下的直接原因。
三、教師的課堂設計單調
課前對教材、課標、學生研究不夠。課堂設計不科學，沒有考慮學生的“最近發展區”，更不是因材施教，有的根本就沒有“設計”，尤其是教齡較長的教師很容易出現這樣的問題。教學引入不新穎、教學目標不明確、教學方法缺乏針對性、例題選擇不典型、練習題沒有層次性、教學環節不連貫……總之一句話，課堂設計不科學、脫離生活、缺乏應用性。
四、教師的課堂氣氛沉悶
教師“一言堂”、以教師為中心、以教材為中心，課堂就像一潭死水，毫無生機與活力，教師嚴肅過頭，學生死氣沉沉……
五、課堂中學生參與度差
要么就是教師一講到底，學生像一個容器，教師使勁地往里面灌“知識”；要么就是放任自流，表面看是學生全員參與，實際是放任自流、盲目參與。
總之，課堂教學效率低下的最大責任在教師！
提高農村初中數學教學效率的策略
一、激發農村初中學生學習數學的興趣，提高課堂教學效率
為了激發學生的學習興趣，教師可以講解一些古今中外的數學史、數學家的趣聞軼事、日常生活數學的應用和嫦娥二號繞月飛行、“神十”成功地升空和返回等科技必須以數學作為基礎，讓學生領悟到華羅庚先生說的“宇宙之大，粒子之微，火箭之速，化工之巧，地球之變，生物之謎，日用之繁，無處不用數學?！币源藖砑ぐl學生對數學產生濃厚的興趣?！芭d趣是最好的老師！”除此之外，教師還要經常鼓勵和表揚學生的點滴進步，這也是提高農村初中學生學習數學興趣的重要方法。通過表揚與鼓勵，能夠激發學生學習數學的信心，讓學生自信、主動地學習數學，這樣學習效率自然會提高。
二、轉變教師教育教學觀念
觀念決定行動。新課程理念對數學教學、學習等方面提出了新的要求，教師是主導、學生是主體，師生平等交流，教師要尊重、關心、理解、愛護學生。教師要以情激情，以情帶語，以情發聲，以聲傳情，聲情并茂。用“師之愛”激發“生之情”。教師一定要改變過去那種所謂的“師道尊嚴”，建立民主、平等、和諧的師生關系，既要嚴格要求學生，又要和藹可親，與學生打成一片，平等交朋友，尤其是農村初中數學教師，本身數學的學困生相對較多，而且許多學生不敢問老師的問題。所以教師要幫助學生克服學習數學的心理障礙，充滿信心，讓學生自信、積極、主動學習數學。
三、教師要訓練自己的語言
優秀教師的課堂教學語言應該是簡單明了、抑揚頓措、幽默詼諧，不時伴隨笑聲朗朗。戴爾•卡耐基說：“有微笑的人永遠受歡迎?！倍n堂教學效率低下的教師語言平淡，沒有吸引力，沒有感召力，教師講得口吐白沫，學生聽得渾渾欲睡。課堂教學如何能高效？
教學語言要注意語音的規范（語音只有真, 才能善, 才能美）、音響的適度、聲音的清晰、語流的順暢、音調的情感。說話聲音強弱從語音角度看, 是音響問題, 而音響大小是以人聽覺的程度來衡量的。教學語言有一個合理的響度, 既不宜過高, 也不宜過低。教學語音的響度要依教室的大小、學生人數的多少、有無擴音設備而異，“應讓坐在最后一排的學生聽清, 又不使前排的學生感到震耳。” 講課時要注意克服語聲弱化、虛化。
“最佳語調是征服學生可貴的第一步?！笨梢娊處熃虒W語言對提高教學效果的重要性。要提高教育教學效果，教師要訓練自己的語言，尤其是數學教師的教學語言的專業性、精準性、簡潔性就更重要了。
四、營造民主、和諧的課堂氣氛，提高學生的參與度
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首先，我們應培養自己對每一科科目的興趣。興趣既可幫助我們提高學習效率，又可激發起我們的積極性。只要我們培養好興趣，就意味著成績將會有所提高，我們可多聽取親朋好友或老師講的一些關于學好科目的主要方法。上課認真聽講，可以從正確回答中得到鼓勵與樹立信心。
當然，制定一個切合自己實際情況的計劃也是非常重要的，學習計劃在我們學習課本內容中有很大的幫助。它是輔助我們掌握課本知識的重要方式之一。如果我們每天依照自己的學習計劃實施下去，不但可以認真學好知識，還能養成良好的學習習慣。
如果我們想把學習效率提高，也應端正學習態度。有些學生上課搞小動作，違反課堂紀律，不認真聽課，導致他們的學習成績一落千丈。那么，為了提高學習成績，我們應用什么策略呢?那就是端正學習態度。上課專心聽講，積極消化課堂內容。這對提高我們的學習成績是至關重要的。
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關鍵詞：以人為本，嶺南建筑，醫患分流，遠航
Abstract: from the project location, design concept, overall plan, this article introduces the first affiliated hospital of guangzhou university of Chinese traditional medicine clinical teaching building design, the design of the building to search for medical treatment.
Key words: it is with the person this, lingnan architecture, doctor-patient tap, the sails
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
本文以廣州中醫藥大學第一附屬醫院臨床教學樓項目為例討論現代綜合醫療建筑設計的復雜性、多樣性，以及如何實現功能清晰、流線合理，使用高效。
通過對總平面設計，單體平面設計，立面設計的闡述，商討特殊條件下新建綜合醫療建筑如何與原有建筑群體相結合；新建筑本身功能的組織安排；以及新舊建筑形象的統一，過渡，發展。
項目背景和概況
廣州中醫藥大學第一附屬醫院是一所創建于1964年的，集醫療、教學、科研、康復、保健于一體的大型綜合性中醫醫院。近年來，由于醫院醫療業務持續增長，現有醫療設施也難于滿足日益增長的需求，為了滿足醫療業務增長和人民群眾的需要，醫院決定建設一棟臨床教學樓，改善就醫、臨床教學、科研環境，為病人提供舒適、方便、高質量的醫療服務，把該院建設成現代化綜合性的中醫院。
工程用地位于廣州中醫藥大學第一附屬醫院用地東部,西臨現有門診綜合樓，南靠進修樓，北望醫院職工宿舍，東面臨近廣州中醫藥大學，新建臨床教學樓地塊呈不規則多邊形。
二、項目定位
廣州中醫藥大學第一附屬醫院臨床教學樓，將按照三級甲等醫院的設置要求進行統一規劃、建設，整體建筑設計具有鮮明特色，布局、流程合理，符合醫院建筑有關專業要求。
醫院定位
以8個國家級重點專科專病，17個省級重點?？茖２樘厣t、教、研為一體的醫學中心，為廣大平民患者提供高水平醫療服務，突出?？铺厣木C合醫院。
2、醫院服務人群
大眾化服務為主，以本地和周邊地域居民為主要服務對象，逐步擴展至周邊城區。
醫院服務理念
醫療工作圍繞病人轉，行政后勤工作圍繞醫療一線人員轉，財務工作圍繞服務轉，人力資源工作圍繞服務需要轉，實行標準化、系統化、人性化管理。
三、設計理念
1、以“患者為中心”，構建和諧醫患關系 遵循“以人為本” 、以“患者為中心”的原則。力求在醫院設計中體現更多人性化設施，追求全方位的人文關懷，力求高技術與高情感的平衡，創造人性化的醫療環境。在注重病人感受的同時，也充分考慮了醫護人員工作區域的環境質量，“以健康為中心”表達了醫院功能的延伸和對所有人群的關注。 2、 功能第一，實用為上臨床教學樓設計在總體功能布局及功能關聯性方面體現以功能實用為首選原則，注重醫院功能劃分的嚴謹和條理性，注重各種流線的清晰涇渭分明，不盲目求大、求變、求異，造成日后使用的混亂和資源浪費。
3、綠色生態節能特色設計思想是要達到“綠化生態住院樓”的效果，創造天然、無害的綠色醫療環境和良好的室內外自然生態綠化，目的是創造出“立體的空中花園”的全新生態理念。充分利用周圍資源條件，設計中重視自然采光通風和天然環保建筑材料的利用，突出環境特色、創造與自然共生的綠色醫院。
4、地域與人文特色設計著重體現建筑與整個醫院現有建筑的協調統一，同時又適當超前，在做到醫院肌理一脈相承、融入現有環境的同時，又使醫院內建筑隨時代逐步更新發展。風雨連廊、建筑遮陽、庭院園林室內設計、以及其他細部設計，表現了亞熱帶建筑和廣東建筑特色。
5、管理信息化與高效化信息技術的發展，也促進了就診模式的更新。除了樓宇自動化控制外，醫療智能管理系統應用將深入到醫院的各個部門。智能管理系統的引進（如：電腦排號、電子記帳、電腦傳遞檢測信息等）將減少工作人員繁重而重復的簡單工作以及病人的盲目奔波，同時還可以利用自動式電腦終端介紹醫院特色、軟硬件設施等，樹立醫院形象，改善與外界的溝通。
四、總平面設計：
根據相關單位對前期規劃設計的復函：新建臨床教學樓與南面進修樓間距9M，與西面的門診綜合樓保留13M，東面與用地紅線相距3米，北邊根據新建臨床教學樓高度退縮足夠的日照間距。
設計將新建臨床教學樓放置于場地南部，建筑北部齊平西面門診綜合樓，這樣在場地北面形成開放區域，該區域設置一個小廣場，住院主入口就設置在這里，該開放區域與西面綠化廣場東西向連為一體，形成院區綠化主軸。新建臨床教學樓西側靠近門診綜合樓，為方便日常使用，在該面設置一個醫技出入口和醫護服務入口，二、三層設置連廊與門診綜合樓聯通，將整個醫院建筑連接成一個整體，方便就診人員與醫護人員的日常使用。在場地綠化空間處理上，借鑒嶺南傳統園林的設計手法，在建筑周圍形成系列圍合與半圍合的綠化通廊和景觀廣場，利用場地北面地形高差，結合周邊建筑對場地的使用要求，創造一個微縮臺地景觀區，同時結合道路設計，形成一個既方便聯系醫療區與職工宿舍區，又可為醫護人員與就診人員提供一個與眾不同的郊野山地景觀體驗區。
六、單體建筑設計說明臨床教學樓標準平面為南北長方形，每層為一護理單元，基于場地限制，多數房間為東、南向，少數為西向（該部分布置醫護服務用房）。護理單元采用雙廊設計，病房區流線和醫護區流線相對獨立，護士站位于北部靠近電梯廳，便于日常管理。將病房布置在東面和南面，所有病房有獨立的衛生間，衛生間設于外側，帶來自然通風和采光，避免對護士視線的影響，提高清潔度，衛生間采用與病房成一定夾角式處理，減少陽光對病房炙烤。95%病房帶有封閉陽臺，陽臺在隱蔽位置設置專門的晾衣處，不影響外立面的美觀，同時所有病房可以欣賞中醫藥大學優美的環境，同時又阻隔了西邊機場路的交通噪音，為病人提供一個安靜、舒適的修養環境。標準層平面中部布置主要服務用房，靠近病房，方便了醫護人員的日常工作，同時由于西邊的凹口設計，主要的辦公服務用房都可以自然采光和通風，同時在凹口部位每隔三層的空中花園與之間兩層的休息陽臺設計，為醫護人員提供一個就近的戶外休息交流空間，同時減弱了西面日光的炙烤。值班服務用房和疏散、污洗用房臨西面布置，疏散、污洗用房使用頻率低，值班服務用房為夜間使用，受日照影響小，為了減少值班服務用房的日間得熱，在其窗外設置的橫向百葉遮陽和窗內活動百葉遮陽。主要垂直交通服務位于北面，共設八臺醫療電梯，專設兩部供應電梯結合醫護人員專用，與病人有所分隔，做到醫患分流。西南部位靠近護理單元端頭設一把污物電梯，做到潔污分流。
臨床教學樓首層裙樓北部朝北設有獨立出入院大堂，面向小廣場，設出入院處等。首層其余部分和二―九層為功能檢查，在靠近現有門診綜合樓部分，二、三層設連廊與現有門診綜合樓二、三層相連，同時為二―九層的功能檢查科增設兩部醫療電梯，使功能檢查獨立成區，做到與住院病人交通分離，這樣功能檢查科與門診綜合樓和十-二十八層住院部分既聯系緊密，又有一定獨立性。
八、立面造型及細部設計
建筑造型源于醫院院徽中的銀杏葉形狀，飄動的杏葉猶如三片風帆，建筑屋頂造型就來源與此，高低錯落的造型構架猶如三片鼓滿風的風帆，正引領廣州中醫藥大學第一附屬醫院這艘巨輪遠航，讓它走出廣東，走向世界。建筑整體上采用現代簡潔設計手法，講究虛實對比，比例協調，注重細部設計，將使用功能與造型完美結合，形成大方、高雅、爽心悅目的立面造型，空中花園與垂直遮陽系統，適合亞熱帶氣候特點，并體現了一定的時代性、地域性。淺色為主的基調使建筑和諧、統一、經久耐看又不失現代！
參考文獻：
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[摘要] 研究中針對地震波傳播理論教學中公式多而繁雜、內容抽象等特點，提出了將數值模擬方法引入到“地震勘探原理”課程教學中來，將地震勘探的理論教學與數值模擬技術緊密結合在一起。通過采用數值模擬，可將一些抽象的地震波動力學和運動學傳播理論進行直觀、形象、動態的展示，激發學生的學習興趣，調動學生的求知欲望，從而收到事半功倍的教學效果。
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關鍵詞] 地震勘探；課程教學；數值模擬；地震波；傳播理論；教學效果
[中圖分類號] G424 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-893X(2014)05?0054?03
[收稿日期] 2014-07-04；[修回日期] 2014-09-27
[基金項目] 湖南省普通高等學校教學改革研究項目(200910)；國家自然科學基金41004047；41274123)
[作者簡介] 張大洲(1979-)，男，甘肅榆中人，博士，中南大學地球科學與信息物理學院講師，主要研究方向：地震波正反演.
地震勘探課程在應用地球物理學中是一門非常重要的課程。對于地震勘探課程的學習，一般可分為地震勘探原理和地震資料數據處理與解釋兩部分。地震勘探原理這門課程主要是學習地震勘探的基本理論、基本原理、野外數據采集工作方法等，為學習后續課程-地震資料處理與解釋打下基礎。地震勘探原理課程教學大綱要求學生必須掌握地震波動力學和運動學的基本概念、基本原理與分析方法，但是有關地震波動力學和運動學方面的內容公式較多，推導較繁，而且比較抽象，因此學生在學習的過程中普遍反映不容易理解，學習效果差。因此，如何提高地震勘探原理課程的學習效果是任課教師必須認真思考的問題[1]。本文針對“地震勘探原理”課程公式多、內容抽象等特點，結合我校應用地球物理的專業特色，探討了在該課程課堂教學中使用數值模擬的方法來提高學生的學習興趣，收到了較好的教學效果[2-4]。
一、地震波場數值模擬簡介
地震波模擬是根據給定地下介質的結構模型和相應物理參數來模擬地震波的傳播過程，從而研究地震波在地下介質中的傳播規律。由于模擬過程中可直觀、形象、動態地顯示地震波動力學和運動學傳播特征，非常容易調動學生的學習興趣和求知欲望，可以收到事半功倍的教學效果。一般來說，地震波模擬可分為物理模擬和數值模擬兩種方法。物理模擬是在實驗室內將野外的地質構造和地質體按照一定的比例制作成物理模型，然后利用超聲波或激光超聲波等方法對野外地震勘探方法進行模擬；數值模擬就是利用有限差分、有限元等數值方法求解波動方程，從而獲得已知模型的地震波傳播。采用物理模擬方法存在費用高、選材困難等缺點，并且不適合于課堂理論教學；而數值模擬只需要一臺較高計算速度的計算機就可全部解決問題，既簡單方便，成本又低，且非常適合于課堂理論教學。
地震波場數值模擬方法主要有幾何射線法和波動方程法。幾何射線法也稱為射線追蹤法，其主要理論基礎是，在高頻近似條件下，地震波的主能量沿射線軌跡傳播，即根據地震波的傳播規律確定地震波在實際地層中傳播的射線途徑，并運用惠更斯原理和費馬原理來重建射線路徑，利用程函方程等計算射線的旅行時間。射線法的主要優點是概念明確、顯示直觀、運算方便、適應性強，缺點是旅行時的計算在一定程度上是近似的，特別是對復雜構造進行三維射線追蹤時繁瑣且誤差較大。波動方程數值模擬方法是以彈性（粘彈性）理論及牛頓力學為基礎的，求解雙典型偏微分方程-波動方程為手段的一種數值模擬方法。這種方法不僅能保持地震波的運動學特征，而且還能保持地震波的動力學特征。根據地震波場數值模擬所采用的這兩種不同方法的特點，我們在地震勘探原理課程講授過程中采用波動方程彈性波數值模擬方法，這種方法的模擬結果可以使學生更好地了解地震波在傳播過程中的運動學和動力學特征。目前用于波動方程數值模擬的方法主要有限差分法、有限元法、虛譜法等，在這些方法中有限差分法在計算精度、計算效率上都占有較大的優勢，因此我們在數值模擬時采用了有限差分模擬方法[5]。
二、應用實例
地震波數值模擬在地震勘探原理課程教學中的應用比較廣泛，在大部分的知識點講解中都可采用數值模擬來對一些方法原理進行動態演示。在本文中主要通過兩個知識點的應用來說明數值模擬方法在地震勘探原理課程教學中的效果。
（一）地震波的傳播及界面處的反射、折射、透射和波形轉換
在講解地震波場的基本知識一節中，主要講解地震波的傳播特點，其中一些名詞如波前、波后、球面波、平面波等，學生理解起來比較抽象，一些概念只能靠死記硬背。在講解地震縱、橫波的傳播特點時，對于波在界面處發生的反射、透射、折射以及波形轉換等，由于學生對波場的概念沒有直觀的認識，所以老師講解起來也非常抽象和費力。在這種情況下，我們將數值模擬技術引入到課堂教學中，通過開發地震波場實時模擬軟件，只需設置好模型和參數，軟件將以動畫的形式動態展示波場傳播的全過程。
下面以兩層介質為例進行說明：模型大小為600m×300m，網格大小為，時間采樣間隔為。模型上層縱波波速為3 000m/s，橫波波速為1 732m/s，密度為1.8g/cm3；下層縱波波速為4 000m/s，橫波波速為2 300m/s，密度為2.0g/cm3 。圖1 為兩層介質模型波場傳播快照（t=20～100ms），從圖中可見，當t=20ms 時縱波和橫波以震源為中心向下傳播，此時由于傳播時間較短，P 波（縱波）和S 波（橫波）在圖上還不能完全分清楚。當t=40ms 時，從圖中可以看出，由于P 波波速較快傳播在前，S 波在后，P、S 波都是以震源為圓心的同心半圓。根據波場快照很容易讓學生理解波前和波后的概念。當t=40ms 時，從圖1(d)中可以看出，P 波到達界面后發生反射和透射，同時產生轉換S 波。當t=80ms 時，從圖1(g)中可以看出，此時S 波到達分界面后也發生反射和透射，同時產生轉換P 波。在圖1(h)中對于不同類型的地震波做了相應的標識，從圖中可以看出對于兩層介質中彈性波傳播時波場也比較復雜，有直達P 和S波、透射P 和S 波、反射P 和S 波、PS 轉換波和SP 轉換波。由于上述波場較為復雜，在學生認識波場特征時容易混淆，鑒于這種情況，我們對于數值模擬技術做了相應的改進，在模擬過程中對P 波和S 波進行了分離，圖2 為兩層模型t=90ms 時分離后的P 波和S 波波場快照，從圖2 中可以看出分離后的波場快照波場更加清晰，學生在認識波場傳播特性時也會更加容易理解和掌握。
（二）瑞雷波傳播特性
瑞雷波方法是近年來發展較為迅速的一種工程地球物理方法，在講解瑞雷波傳播特點時主要是通過其傳播速度、能量衰減和頻散特點等三個方面展開的。由于瑞雷波屬于面波，與縱、橫波所屬的體波相比其傳播特點有較大的差別。在瑞雷波傳播特性這一節課程的講解過程中，我們就充分運用了數值模擬方法[6]。圖3 為均勻半空間模型下利用數值模擬方法獲得的t=260ms 時瑞雷波波場傳播快照，其中模型參數為：縱波速度Vp=1000ms，橫波速度Vs=577m/s，密度ρ =2.0g/cm3。從圖3 中可以看出，瑞雷波沿地表傳播，其傳播速度和橫波波速比較接近。從波場傳播快照中計算可得瑞雷波的傳播速度為Vr≈ 531m/s，而模型中已知的橫波速度為Vs=577m/s，瑞雷波速度和橫波速度兩者相比為0.92倍。由于所給模型為泊松體，從理論上分析可知，瑞雷波傳播速度和橫波傳播速度比值為0.92，這樣通過數值模擬，就很容易將瑞雷波和橫波的關系講解清楚，學生理解起來非常方便。
而對于瑞雷波傳播深度的知識點，從理論分析可知，瑞雷波的傳播深度為一個波長且波的能量呈指數衰減。對于瑞雷波的這個性質，由于和體波傳播特性差別較大，學生們理解起來存在一定的困難。我們通過數值模擬，從波場傳播快照上就可以對這個問題給予清楚說明。從圖3 的快照中可以測量出瑞雷波在模型空間中的傳播深度約為50m，在50m 以下基本上看不到瑞雷波的存在，通過計算模擬時瑞雷波傳播的最大波長為44.2m，這充分說明瑞雷波的傳播深度為一個波長。為了說明瑞雷波能量呈指數衰減的問題，我們從波場快照上提取了一道瑞雷波數據并進行指數擬合，得到該模型瑞雷波的能量衰減公式為：，其擬合曲線如圖4 所示。從圖中可見，在深度為44.2m 處能量衰減到原來的0.8%，在22.1m（即半個主波長）處能量衰減到原來的7.9%。因此，對于瑞雷波用于工程地質勘察中，通常取二分之一波長為其有效勘探深度，就可以得到較合理的解釋了。
參考文獻：
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