建設(shè)精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 提高地球物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平

張新兵，于 鵬，吳健生

同濟(jì)大學(xué) 海洋與地球科學(xué)學(xué)院，上海 200092

實(shí)踐教學(xué)

建設(shè)精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 提高地球物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平

張新兵，于 鵬，吳健生

同濟(jì)大學(xué) 海洋與地球科學(xué)學(xué)院，上海 200092

精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“直流電法和高密度電阻率法的數(shù)據(jù)采集”以校園防空洞等為探測(cè)對(duì)象，利用高密度電阻率采集系統(tǒng)研究地下防空洞的電阻率斷面特征。該項(xiàng)目將電法勘探理論與實(shí)際問(wèn)題相聯(lián)系，從理論到實(shí)踐，形成一個(gè)完整的探索性綜合實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力。

精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；直流電法；高密度電阻率法；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)以教師為主導(dǎo)，教師為學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在目前倡導(dǎo)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)模式下，在新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中如何改變教師和學(xué)生的地位，如何通過(guò)新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)鍛煉學(xué)生的實(shí)際解決問(wèn)題的能力、創(chuàng)新和探究能力，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建立可以使實(shí)驗(yàn)的教學(xué)形式更多樣化，加大改革力度，提高了教學(xué)水平，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新和探究能力。

本項(xiàng)目通過(guò)選擇同濟(jì)大學(xué)四平路校區(qū)大禮堂旁黑松林草地及海洋樓西側(cè)西北一樓前的防空洞作為研究對(duì)象，采用WGMD—4集中式高密度電阻率成像系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)地下介質(zhì)的地電結(jié)構(gòu)開(kāi)展研究。實(shí)驗(yàn)與具體工程地質(zhì)問(wèn)題相結(jié)合，將理論知識(shí)與工程技術(shù)問(wèn)題相結(jié)合。學(xué)生從地質(zhì)問(wèn)題分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與綜合解釋、實(shí)驗(yàn)延伸探究拓展自主完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。其教學(xué)內(nèi)容包括地球物理理論知識(shí)、工程實(shí)踐、儀器等相關(guān)知識(shí)，是比較典型的重視培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新和拓展能力的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，是學(xué)以致用的最好實(shí)踐，可以實(shí)現(xiàn)由提高學(xué)生的知識(shí)水平向發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐及創(chuàng)新能力的過(guò)渡。

一、精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)的目的和意義

1.加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，豐富教學(xué)內(nèi)容

本項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)原理是高密度電阻率法，將該理論知識(shí)與地質(zhì)工程實(shí)踐緊密結(jié)合在一起，解決工程實(shí)際中遇到的問(wèn)題，如工程建設(shè)中遇到的地下溶洞的探測(cè)，傳統(tǒng)電阻率法實(shí)驗(yàn)中多為物理模擬和數(shù)值模擬的問(wèn)題，本實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不同，其目的是與工程實(shí)踐結(jié)合，探索探測(cè)參數(shù)、資料處理參數(shù)、地質(zhì)解釋的合理性。該過(guò)程是從理論到實(shí)踐，需要學(xué)生主動(dòng)去探索，去發(fā)現(xiàn)和研究，是對(duì)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的極大豐富。

2.鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐及創(chuàng)新能力

實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，教師則處于輔導(dǎo)服務(wù)地位。教師圍繞學(xué)生開(kāi)展工作，提出實(shí)驗(yàn)的基本要求和目標(biāo)，并啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生。學(xué)生在掌握基本理論的基礎(chǔ)下，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程的實(shí)施探究。在實(shí)驗(yàn)中，改變單一的傳授和接受式的教學(xué)方式，由學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與解釋、分析及實(shí)驗(yàn)總結(jié)、拓展研究。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)素質(zhì)、綜合實(shí)踐及探究能力為核心，通過(guò)對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的綜合學(xué)習(xí)和應(yīng)用，促進(jìn)加深對(duì)已掌握的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論的理解，全面提高學(xué)生的動(dòng)手能力，并將知識(shí)融會(huì)貫通，使學(xué)生得到較全面的知識(shí)、實(shí)踐技能和拓展能力的訓(xùn)練。

二、精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施

1.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將學(xué)科理論知識(shí)與基本原理與具體工程地質(zhì)問(wèn)題結(jié)合起來(lái)，建立實(shí)際問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生探究知識(shí)的興趣。讓學(xué)生直接接觸實(shí)踐和實(shí)際工作問(wèn)題，這些問(wèn)題除了教師的引導(dǎo)，更需要學(xué)生自己根據(jù)已學(xué)知識(shí)，開(kāi)展整個(gè)地球物理工作過(guò)程的鍛煉，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.典型案例

高密度電阻率法實(shí)際上是一種陣列勘探方法，就其原理而言，它與常規(guī)電阻率法完全相同。在工程勘探中， 高密度電阻率法集電剖面和電測(cè)深于一體， 既可以觀測(cè)地下一定深度范圍內(nèi)的橫向電性變化情況， 又可以觀測(cè)垂向電性的變化特征， 與其他電法相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

本實(shí)驗(yàn)選擇海洋樓西側(cè)西北一樓前的防空洞作為研究對(duì)象，采用WGMD-4集中式高密度電阻率成像系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)地下介質(zhì)的地電結(jié)構(gòu)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究。

防空洞頂部埋深約2m，可見(jiàn)入口（朝東南），內(nèi)部目前無(wú)法進(jìn)入，根據(jù)有關(guān)資料初步推測(cè)此防空洞在平面圖上大體呈長(zhǎng)方形，見(jiàn)圖1。目標(biāo)離地表深度較淺，但受地表植被或土壤的稀疏度以及人類(lèi)活動(dòng)的影響較大，測(cè)區(qū)內(nèi)的坑洞、下水道等也可能對(duì)區(qū)域內(nèi)的測(cè)量結(jié)果影響較大。

圖1 防空洞平面分布位置示意圖

3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)具體過(guò)程如下:

（1）按圖2為儀器（ WGMD-4高密度電阻率成像系統(tǒng)）實(shí)驗(yàn)連接裝置。

圖2 高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)野外施工布線示意圖

（2）開(kāi)展野外數(shù)據(jù)采集測(cè)線布設(shè)及數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行測(cè)線布設(shè)及數(shù)據(jù)采集時(shí)，要求測(cè)線垂直于地下目標(biāo)體的走向，數(shù)據(jù)采集中要求考慮采集系統(tǒng)不同的觀測(cè)方式，如α、β、γ等常用的觀測(cè)方式。

（3）采集系統(tǒng)主機(jī)連接電腦，導(dǎo)出觀測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。

（4）對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和處理，并進(jìn)行二維反演，對(duì)同一剖面的不同觀測(cè)方式的數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行對(duì)比解釋?zhuān)私獠煌^測(cè)方式采集數(shù)據(jù)的處理結(jié)果的異同。

（5）測(cè)線設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、資料整理與處理、處理結(jié)果解釋等過(guò)程嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)控制、數(shù)據(jù)采集規(guī)范、資料處理控制、解釋控制、不合格資料控制、職業(yè)健康安全控制等規(guī)范，填寫(xiě)相關(guān)表格和報(bào)告。

4.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析、總結(jié)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、總結(jié)要求做以下幾方面工作:資料整理過(guò)程需要對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析干擾噪聲來(lái)源及影響程度；資料處理過(guò)程探索采用不同的反演方法、反演參數(shù)，對(duì)比不同結(jié)果的地質(zhì)效果；結(jié)合地質(zhì)資料對(duì)處理結(jié)果作出合理的地質(zhì)地球物理綜合解釋?zhuān)茢嗟叵碌仉娊Y(jié)構(gòu)特征；總結(jié)實(shí)驗(yàn)收獲，對(duì)實(shí)驗(yàn)提出建設(shè)性建議。對(duì)不同走向及觀測(cè)方式的剖面采集結(jié)果進(jìn)行綜合分析，探測(cè)防空洞的地下走向延伸及其埋藏深度（見(jiàn)圖3）。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析與總結(jié)對(duì)學(xué)生提出了更高的要求，他們一方面需要通過(guò)對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的綜合學(xué)習(xí)和應(yīng)用，進(jìn)一步加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解；另一方面必須學(xué)會(huì)運(yùn)用相關(guān)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)所觀測(cè)的數(shù)據(jù)及處理結(jié)果做綜合分析和解釋?zhuān)贸瞿繕?biāo)體-防空洞的埋藏狀態(tài)。在此過(guò)程中，教師進(jìn)行難點(diǎn)的講解、指導(dǎo)，以啟發(fā)為主，鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的見(jiàn)解和看法，真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體、教師為輔導(dǎo)服務(wù)的新型教學(xué)形式。體現(xiàn)出以知識(shí)和基本技能為基礎(chǔ)性內(nèi)容、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為中心內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。學(xué)生除了全過(guò)程參加實(shí)踐外，還必須根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在親身體驗(yàn)中探究新知識(shí)點(diǎn)，拓展創(chuàng)新思路，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這對(duì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)、方法和技能的培養(yǎng)，具有重要意義。

圖3 高密度探測(cè)防空洞剖面結(jié)果

5.實(shí)驗(yàn)延伸探究

實(shí)驗(yàn)延伸探究拓展，要求學(xué)生總結(jié)思考回答以下幾方面問(wèn)題:觀測(cè)方式對(duì)觀測(cè)結(jié)果有何影響？高密度采集系統(tǒng)中的地電干擾主要有哪些，實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中有哪幾種存在，如何克服這些干擾，在數(shù)據(jù)處理中能否采取措施去除或者減少干擾？不同觀測(cè)方式的剖面數(shù)和剖面上的測(cè)點(diǎn)數(shù)怎么計(jì)算？不同觀測(cè)方式的分辨率如何？

三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的拓展與提升

精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的后續(xù)深入拓展對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的不斷提升有重要意義，將積累了豐富的教學(xué)研究和教學(xué)改革的經(jīng)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的范例，建立精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的意義不僅僅在于項(xiàng)目本身的實(shí)施，更多的是對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的發(fā)展、“精品化”具有重要意義。

1.繼續(xù)豐富教學(xué)內(nèi)容

目前精品實(shí)驗(yàn)探測(cè)對(duì)象為防空洞為主，對(duì)象比較單一。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)高密度電阻率法有了全面的認(rèn)識(shí)和了解，在接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)中，將拓展研究對(duì)象，如地下污水管、電纜以及多個(gè)對(duì)象的組合，增加探測(cè)對(duì)象的復(fù)雜度，讓學(xué)生了解地球物理多解性等復(fù)雜問(wèn)題。

2.規(guī)范地球物理數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)規(guī)程

本次實(shí)驗(yàn)中測(cè)線設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、資料整理與處理、處理結(jié)果解釋等過(guò)程編制了設(shè)計(jì)控制、數(shù)據(jù)采集規(guī)范、資料處理控制、解釋控制、不合格資料控制、職業(yè)健康安全控制等規(guī)范，在今后實(shí)踐中將進(jìn)一步完善規(guī)范實(shí)驗(yàn)流程。

四、結(jié)語(yǔ)

精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“直流電法和高密度電阻率法的數(shù)據(jù)采集”以校園防空洞為探測(cè)對(duì)象，采用WGMD-4集中式高密度電阻率成像系統(tǒng)對(duì)地下介質(zhì)的地電結(jié)構(gòu)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究。將課堂上的理論知識(shí)與工程地質(zhì)實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，促進(jìn)了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力等多方面能力的培養(yǎng)和提高。

［1］ 張新兵，于鵬，吳健生.基于相似性原理的電法探測(cè)物理模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)［J］.中國(guó)地質(zhì)教育，2012，（2）:64-66.

［2］ 王士芬，施鼎方，唐賢春.建立精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25（6）:146-148.

［3］ 張平松，劉盛東.地球物理勘探課程設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)施與思考［J］.中國(guó)地質(zhì)教育，2005，（4）:97-99.

［4］ 賈建秀，杜曉娟，黃航.應(yīng)用地球物理課程實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)研究［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008，27（9）:88-90.

［5］ 潘保芝，劉財(cái)，杜曉娟，等.應(yīng)用地球物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的研究與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30（26）:20-21.

high quality experimental projects；direct current （dc） method； high density resistivity method； experimental teaching

G640

A

1006-9372（2015）02-0078-03

2015-05-10。

同濟(jì)大學(xué)精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“直流電測(cè)深和高密度電阻率法的數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)”。

張新兵，男，講師，主要從事地球物理數(shù)據(jù)處理與綜合解釋研究工作。

投稿網(wǎng)址： www.chinageoeducation.net.cn 聯(lián)系郵箱:bjb3162@cugb.edu.cn

引用格式:張新兵，于鵬，吳健生.采建設(shè)精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高地球物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平［J］.中國(guó)地質(zhì)教育，2015，24（2）:78-80.

Title: Constructing High Quality Experimental Projects to Raise the Level of Experimental Teaching of Geophysics

Author（s）: ZHANG Xin-bing， YU Peng， WU Jian-sheng