地球物理學(xué)專業(yè)測繪課程教學(xué)改革探索

何平，鄒蓉

摘要：本文闡述了目前國內(nèi)高校地球物理學(xué)專業(yè)測繪課程設(shè)計的現(xiàn)狀，對其存在的問題提出針對性改善建議。具體以北戴河地球物理專業(yè)實踐教學(xué)為例，進行重、磁和GNSS RTK綜合實踐教學(xué)設(shè)計探索，對學(xué)科發(fā)展具有一定的現(xiàn)實參考意義。

關(guān)鍵詞：地球物理學(xué)；信息化測繪；北戴河實踐教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）46-0128-02

一、引言

地球物理學(xué)專業(yè)以人類生息的地球及其周圍空間為主要研究對象，綜合運用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、測繪遙感科學(xué)、計算機科學(xué)等學(xué)科的理論方法和現(xiàn)代高科技手段，從事探索地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、資源勘察、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測等方面的工作[1]。地球物理學(xué)作為地球科學(xué)的先導(dǎo)學(xué)科，在對地球物理性質(zhì)的基本認識、國民經(jīng)濟發(fā)展和國家安全需要方面，都具有重要的意義，應(yīng)該得到重視和發(fā)展[2]。目前全國共有24所大學(xué)開設(shè)有地球物理學(xué)專業(yè)，包括北京大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)、武漢大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)等著名高校，高校數(shù)量有逐年增加趨勢。

作為一門實踐性和探索性并重的學(xué)科專業(yè)，地球物理學(xué)專業(yè)實踐教學(xué)是本科生人才培養(yǎng)必不可少的重要環(huán)節(jié)[3]。以中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）的本科實踐教學(xué)為例，建立有專門的校外實踐教學(xué)基地，包括秭歸基礎(chǔ)地質(zhì)認識、周口店野外地質(zhì)教學(xué)和北戴河地球物理觀測實驗教學(xué)三大基地。本文結(jié)合地球物理專業(yè)的特點，針對各高校地球物理學(xué)專業(yè)信息化測繪課程的現(xiàn)狀，重點探索當(dāng)前地球物理專業(yè)測繪課程的改革方向，并以中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理專業(yè)北戴河實踐教學(xué)為例進行探索。

二、信息化測繪與地球物理學(xué)

測繪科學(xué)致力于提供空間和時間服務(wù)，在地球物理學(xué)中起著不可或缺的重要作用，同時為許多地球物理問題的解決提供邊界約束[4]。利用空間衛(wèi)星可以對地表、斷層、塊體的位移和運行提供精確的約束，代表技術(shù)有：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）、衛(wèi)星重力測量、干涉合成孔徑雷達（InSAR）等。空間觀測技術(shù)的飛速發(fā)展，促使近代測繪學(xué)科完成了由模擬測繪到數(shù)據(jù)化測繪的轉(zhuǎn)變，并向信息化跨越，使人們的生活開始進入“智慧地球”和“大數(shù)據(jù)”階段[5]。信息化測繪科學(xué)與地球物理學(xué)相交叉，產(chǎn)生了許多新的研究方向和學(xué)科，如構(gòu)造大地測量學(xué)、空間物理大地測量學(xué)等等，在地震科學(xué)、地球動力學(xué)、淺層地質(zhì)災(zāi)害分析等領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。

三、高校地球物理學(xué)專業(yè)信息化測繪課程設(shè)計現(xiàn)狀及改進

雖然測繪遙感是地球物理學(xué)專業(yè)的組成部分，但是目前國內(nèi)各高校相關(guān)課程設(shè)置整體薄弱。在各高校的地球物理專業(yè)測繪相關(guān)課程中，北京大學(xué)開設(shè)有《重力學(xué)與大地測量》專業(yè)基礎(chǔ)課，同濟大學(xué)開設(shè)有《測量學(xué)》及實習(xí)并作為工程地球物理方向的建議選修課，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）開設(shè)有《測量學(xué)》及實習(xí)作為專業(yè)基礎(chǔ)課，另有《大地測量學(xué)》為專業(yè)選修課，中國科學(xué)院大學(xué)該專業(yè)開設(shè)有《現(xiàn)代大地測量學(xué)基礎(chǔ)》、《物理大地測量學(xué)》、《測量數(shù)據(jù)處理理論和方法》，武漢大學(xué)開設(shè)的相關(guān)課程最多，主要有《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》、《空間定位技術(shù)及應(yīng)用》、《地球物理大地測量學(xué)課程設(shè)計》、《遙感原理與應(yīng)用》等。目前地球物理學(xué)專業(yè)的信息化測繪課程教學(xué)上以武漢大學(xué)和中國科學(xué)院大學(xué)較為完善，值得借鑒。目前國內(nèi)高校地球物理學(xué)專業(yè)測繪課程建設(shè)上主要存在以下不足：（1）測繪課程偏少和老化，很多高校都只開設(shè)有《測量學(xué)》一門課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課或選修課，課程教學(xué)停留在經(jīng)緯儀、水準儀和大平板繪圖講授，內(nèi)容老舊，與現(xiàn)代信息測繪脫節(jié)；（2）測繪課程認識上的片面化和工具化，目前許多高校的地球物理教學(xué)和宣傳只提“重、磁、電、震”，對測繪基礎(chǔ)認識和應(yīng)用能力缺乏，沒有從空間和時間角度來綜合分析傳統(tǒng)地球物理觀測結(jié)果；（3）專業(yè)背景師資不足，由于各學(xué)科歷史發(fā)展的局限性，造成了測繪教學(xué)和地球物理學(xué)專業(yè)的分割，一定程度上導(dǎo)致教學(xué)思想的偏頗。針對以上問題，地球物理學(xué)專業(yè)測繪課程設(shè)置應(yīng)考慮以下幾個方面：（1）注重測繪基礎(chǔ)類課程設(shè)置，讓學(xué)生理解和認識各類參考框架、坐標系統(tǒng)、高程基準面、幾何觀測和物理觀測的統(tǒng)一、測量數(shù)據(jù)精度評定等，具體可以選擇《大地測量學(xué)》為基礎(chǔ)課程；（2）引入現(xiàn)代空間測繪遙感課程，空間衛(wèi)星技術(shù)改變了傳統(tǒng)測繪的作業(yè)模式，也體現(xiàn)在部分地球物理學(xué)教學(xué)方法的改進上，例如衛(wèi)星重力測量、高頻GNSS與地震波融合、InSAR（遙感）地表觀測及動力學(xué)反演等；（3）綜合設(shè)計實踐教學(xué)，將現(xiàn)代空間測繪遙感技術(shù)的實踐教學(xué)融入傳統(tǒng)的“重、磁，、電、震”四類地球物理學(xué)教學(xué)方法中，進行數(shù)據(jù)聯(lián)合反演處理分析地球物理學(xué)問題。

四、北戴河地球物理實踐教學(xué)信息化測繪內(nèi)容設(shè)計探索

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）北戴河地球物理實習(xí)是相關(guān)專業(yè)的核心實踐課程，為了深化信息化測繪下的教學(xué)改革探索，將GNSS RTK教學(xué)作為此次實習(xí)的重要組成部分，與重、磁實踐教學(xué)一起進行整體設(shè)計，具體教學(xué)分為兩部分：

一是實習(xí)站內(nèi)GNSS RTK單方法的操作實踐。主要在實習(xí)站內(nèi)進行RTK的原理和操作講解；安排學(xué)生分組進行GNSS RTK操作練習(xí)，掌握點測量、點放樣和點檢校的方法；了解RTK進行區(qū)域地物地籍圖測量的方法，理解RTK在實際工作中的限制影響因素。

二是野外重、磁和GNSS RTK方法組的綜合教學(xué)，讓學(xué)生掌握不同技術(shù)方法聯(lián)合作業(yè)的特點及要求。由于磁法對坐標的精度要求低，可以用手持GPS獲取施測點坐標，因此RTK配合重力測量是此次實踐教學(xué)的重點內(nèi)容。RTK在此次重力測量中的應(yīng)用主要有三個方面：一是剖線坐標點放樣，取代傳統(tǒng)拉測繩、插筷子的模式；二是重力施測點高程坐標采集，用于取代低等水準測量的地形改正；三是RTK進行采礦區(qū)的體積測量計算，用于重力異常校正，測線終點處有多個巨型灰?guī)r采礦坑相連，等效直徑超500m，平均深度40-50m。

五、效果與體會

筆者結(jié)合自己專業(yè)研究背景和教學(xué)實踐，具體探索了信息化測繪背景下北戴河地球物理學(xué)專業(yè)測繪課程實踐教學(xué)，有以下幾點體會：

1.理論聯(lián)系實際，教學(xué)效果好。實踐教學(xué)是課堂教學(xué)的延伸和深化，學(xué)生將所學(xué)理論知識應(yīng)用到具體數(shù)據(jù)采集分析工作，在實習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)問題，掃除課堂學(xué)習(xí)的盲點。具體在實踐操作中，學(xué)生直觀感覺了不同坐標系下觀測值的差異和適用情況，RTK測量過程中單點、浮動和固定解的影響因素，靜態(tài)和動態(tài)觀測的區(qū)別聯(lián)系。

2.綜合設(shè)計難度高，激發(fā)探索精神。改變以往單一實驗方法教學(xué)模式，將重、磁、GNSS結(jié)合在一起，讓學(xué)生結(jié)合地球物理學(xué)研究和應(yīng)用實際，自主進行觀測方案設(shè)計、人員安排、觀測方案實施和后期模型反演分析。21世紀地球物理學(xué)向著系統(tǒng)化、信息化、協(xié)同化方向發(fā)展，因此需要利用不同觀測手段的優(yōu)勢，共同解決地球物理反演多解問題。綜合設(shè)計有效地激發(fā)了學(xué)生的探索精神和綜合管理組織能力。

3.增加專業(yè)技能，拓寬就業(yè)選擇。地球物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的就業(yè)分為兩種[6]，一是地球物理勘探，主要在油礦勘察行業(yè)，近年來就業(yè)萎縮，同時行業(yè)性質(zhì)導(dǎo)致女生就業(yè)更為困難；二是理論地球物理，主要從事地震相關(guān)行業(yè)研究工作。隨著中國北斗技術(shù)的飛速發(fā)展，進行測繪相關(guān)課程改革后將有利于拓寬地球物理學(xué)專業(yè)學(xué)生在測繪類相關(guān)行業(yè)的就業(yè)面。

總體而言，結(jié)合信息化測繪進行地球物理學(xué)專業(yè)測繪課程教學(xué)改革探索，符合本專業(yè)發(fā)展特點和時代前進方向，對學(xué)生創(chuàng)新精神、學(xué)科交叉能力和國際性視野的提高作用顯著。本文對地球物理學(xué)專業(yè)測繪課程教學(xué)改革的探索，結(jié)合具體實踐教學(xué)進行改革嘗試，教學(xué)反饋效果好，具有一定的現(xiàn)實參考意義。

參考文獻：

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