多個物探實驗課創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模式的聯(lián)合構(gòu)建

魏亦文 薛霆

摘 要：在桂林理工大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)物探方向的本科教學(xué)中，利用相互關(guān)聯(lián)的多門物探實驗課程聯(lián)合構(gòu)建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模式，以提高物探本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。通過分析各門實驗課程的教學(xué)規(guī)律及特點，將不同課程的亮點進行有效組合，嵌入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，獲得創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果。這種模式充分考慮了各實驗課程之間的內(nèi)在聯(lián)系以及將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力的可能性，能夠在物探本科實驗教學(xué)中得到實施，而且具有良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)；實驗教學(xué)；物探

中圖分類號：G640 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）11-0031-04

Abstract： In the undergraduate teaching process of geophysical prospecting of exploration technology and engineering specialty in Guilin University of Technology， we use several related experiment courses on geophysical exploration to build an innovative and entrepreneurial mode to improve the corresponding ability of geophysical-major undergraduates. By analyzing the teaching rules and characteristics of experimental courses， we effectively combine different highlights of the courses， embed innovation and entrepreneurship education to get innovative and entrepreneurial results. The mode takes full account of the internal connection between experimental courses and the possibility of transforming knowledge into productive forces. It can be implemented in experimental teaching process in undergraduate courses of geophysical exploration， and has good teaching effect.

Keywords： innovation and entrepreneurship； experimental teaching； geophysical prospecting

國內(nèi)外，物探在石油工業(yè)中的地位相當(dāng)重要而且還是一門邊緣學(xué)科。物探專業(yè)知識涉及到應(yīng)用地球物理、計算機、數(shù)學(xué)、巖土工程等多個領(lǐng)域。桂林理工大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)的物探方向發(fā)展到現(xiàn)在，人才輩出。這是因為在本科教學(xué)環(huán)節(jié)中，勘查技術(shù)與工程教研室始終堅持先進的教學(xué)理念，物探教學(xué)模式不斷推陳出新，以適應(yīng)復(fù)雜多變的物探市場環(huán)境。為了滿足用人單位的需要，桂林理工大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)物探方向的本科畢業(yè)生具有較寬的專業(yè)面。在四年本科教學(xué)中，教研室安排了科研和教學(xué)能力較強的教師從事本科課程的教學(xué)。本科課程教學(xué)包括重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探、地基與基礎(chǔ)檢測、超聲波探測等理論課和實驗課兩方面的教學(xué)。阮百堯等（2004）指出挪威物探教學(xué)模式的引入等至關(guān)重要[1]，能夠讓學(xué)生在物探數(shù)據(jù)處理和解釋方面具有較深厚的理論知識和較強的實踐能力。

目前，在工程教育專業(yè)認證背景下，美國、德國、日本、中國等國的高等工程教育專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)已被確定。在中國申請認證的工程專業(yè)必須證實畢業(yè)生具有較高能力，如具有綜合運用所學(xué)科學(xué)理論和技術(shù)手段分析并解決復(fù)雜工程問題的能力、具有對終身學(xué)習(xí)的正確認識和學(xué)習(xí)能力等[2]。對于提高學(xué)生的社會競爭力，培養(yǎng)能滿足社會需求的實用型人才，值得教師思考[3]。針對本校勘查技術(shù)與工程物探專業(yè)的認證，物探課程的實驗課教學(xué)模式的實用性改革刻不容緩，這將對學(xué)生發(fā)展產(chǎn)生長遠影響。由于目前物探本科畢業(yè)生就業(yè)問題較為突出，物探實驗課的實用性主要體現(xiàn)在如何提高本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質(zhì)，將實驗課教學(xué)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相結(jié)合上面。多個物探專業(yè)選修課的理論教學(xué)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相結(jié)合的教學(xué)方法已經(jīng)得到有效應(yīng)用[4，5]，如“地基與基礎(chǔ)檢測技術(shù)”、“聲波探測技術(shù)”、“科學(xué)計算與編程”等課程。針對以上物探實驗課的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模式構(gòu)建問題，主要通過下述幾個方面進行分析：

一、加強實驗課的實用性

國外物探專業(yè)畢業(yè)論文的選題實用性很強，可以直接由雇主來決定，因為大多數(shù)物探畢業(yè)生事先與雇主聯(lián)系。尤其是美國、加拿大等石油物探公司非常愿意接收優(yōu)秀畢業(yè)生，并且要求他們將畢業(yè)論文所要解決的科學(xué)問題與生產(chǎn)結(jié)合起來，鼓勵畢業(yè)生為公司研發(fā)創(chuàng)新性技術(shù)。不過美國斯坦福地球物理專業(yè)沒有本科生，科研面向石油工業(yè)界需求，畢業(yè)生一半都去石油公司。桂林理工大學(xué)物探專業(yè)將來有機會從事石油物探的本科畢業(yè)生較少，大多從事工程物探，所以在實驗課中學(xué)生主要結(jié)合生產(chǎn)中存在的一些工程物探問題開展實驗。物探本科生需要用身邊的小項目和小成績激勵自己產(chǎn)生強烈學(xué)習(xí)興趣。阮百堯在分析挪威物探專業(yè)教育現(xiàn)狀時指出，為滿足國內(nèi)各物探用人單位對人才的高要求，物探人才培養(yǎng)需要借鑒國外模式，如挪威的5年制本碩連讀的模式，特別是物探專業(yè)招生困難的情況下該模式更為可取[1]。國外大學(xué)實驗課程內(nèi)容分區(qū)、分層次，由責(zé)任教授制定實驗室的課程體系。低年級學(xué)生實驗以實物和感性的內(nèi)容為主，中、高年級學(xué)生自己動手進行設(shè)計性實驗，畢業(yè)班級的實驗課與工業(yè)結(jié)合緊密。國內(nèi)大學(xué)的實驗室很多跟工業(yè)的結(jié)合較為欠缺，實驗內(nèi)容更新慢。國內(nèi)大學(xué)實驗課程模式的構(gòu)建可以從國外得到較多啟迪。美國休斯敦大學(xué)的地球物理學(xué)專業(yè)，其實驗教學(xué)在人才培養(yǎng)體系中所占比重非常大，尤其是地質(zhì)類課程的實驗教學(xué)的學(xué)時超過理論教學(xué)。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、合作意識、自學(xué)能力是實驗教學(xué)的核心理念，應(yīng)當(dāng)注重教學(xué)、科研、生產(chǎn)的結(jié)合[6]。

對于“地基與基礎(chǔ)檢測技術(shù)”、“聲波探測技術(shù)”、“科學(xué)計算與編程”這三門選修課程的實驗課教學(xué)來說，實驗內(nèi)容安排或?qū)嶒炗媱澗哂懈髯缘奶攸c。事實上，超聲波探測技術(shù)也可以用于基樁跨孔檢測，而檢測又需要開發(fā)相應(yīng)的處理軟件。因此三門實驗課之間存在關(guān)聯(lián)，它們之間的結(jié)合容易產(chǎn)生出新的理論與實驗方案，激發(fā)教師與學(xué)生的創(chuàng)新精神，營造良好的創(chuàng)新氛圍。以上三門課的教學(xué)計劃中部分實驗項目如表1所示。

樁基低應(yīng)變數(shù)據(jù)的采集和分析，是利用錘擊震源在樁頂激發(fā)地震波，并用接收換能器接收來自波阻抗界面的反射波。低應(yīng)變法樁基檢測實驗項目，比較簡單。國內(nèi)，低應(yīng)變法數(shù)據(jù)處理軟件很多，如武漢巖海公司的低應(yīng)變數(shù)據(jù)處理軟件廣為人知。無論是時間域樁缺陷分析還是頻率域樁缺陷分析，只要根據(jù)簡單的計算公式就能夠推斷缺陷的空間位置。超聲波探測實驗課程的實驗項目，主要利用超聲波的透射波初至旅行時和被檢測材料的空間距離計算材料的超聲波波速。超聲波跨孔檢測樁基的完整性或樁基的質(zhì)量，是個非常成熟的技術(shù)。例如武漢巖海公司就研發(fā)了超聲波跨孔檢測儀器和系統(tǒng)，不但適用于樁基檢測還適用于混凝土、巖體裂縫檢測等。盡管已有許多公司開發(fā)了相應(yīng)的儀器和系統(tǒng)，但是對于實際實驗課教學(xué)卻碰到了“巧婦難為無米之炊”的問題。我們需要投入大量的資金去購買樁基模型或者建設(shè)實際帶超聲波聲測管的樁基，以用于超聲波跨孔檢測。另一個問題是，一些公司的處理軟件需要定義其內(nèi)部格式的數(shù)據(jù)，通常這些格式不為外人所知。利用“科學(xué)計算與編程”這門實驗課程中的一些文件讀寫實驗項目，需要花費大量的時間去摸索內(nèi)部數(shù)據(jù)格式的打開與讀寫。最后一個問題是，這些課本上已經(jīng)存在實驗結(jié)果的模仿性實驗項目，除了能夠加深學(xué)生對課本知識的掌握程度以外，其他創(chuàng)新性思維沒有得到體現(xiàn)。

目前大學(xué)生“互聯(lián)網(wǎng)+”項目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目在本科生中備受青睞。對于上述三門實驗課程的教學(xué)，如果還是采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，那么學(xué)生難以得到實用性強的方法用于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。教與學(xué)都需要創(chuàng)新，教要以學(xué)生為中心。學(xué)生在課堂上能有效利用短暫的師生互動時間向老師提出關(guān)鍵問題，此過程就是很好的以學(xué)生為中心的教學(xué)過程。例如某學(xué)生向老師在課堂上提出“超聲波可以檢測材料內(nèi)部裂縫，也可以檢測樁基缺陷，那它有什么特點？”。那作者的回答是“超聲波頻率在20000Hz以上，利用超聲波在材料或樁基中傳播產(chǎn)生的透射波初至走時可以估算超聲波波速，以推斷材料及基樁彈性參數(shù)”。顯然，此時就是以學(xué)生為中心的教學(xué)。因為學(xué)生問老師問題，本身也表明該學(xué)生對此問題很關(guān)注。對于學(xué)生比較關(guān)注的一些問題，老師可以充分挖掘課程的內(nèi)在聯(lián)系，指導(dǎo)學(xué)生申請與這些問題相關(guān)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)激情。

二、建立實驗課程評價系統(tǒng)

創(chuàng)新實驗教學(xué)理念、發(fā)展特色教學(xué)方法以及改革評價模式是實驗教學(xué)研究的重要內(nèi)容[6]。德國大學(xué)實驗室開放程度很高，一般無專門的實驗室管理機構(gòu)，無“實驗中心”式的運行模式，但實驗室交叉使用的情況并不多。德國大學(xué)注重將科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)內(nèi)容，精心構(gòu)筑實驗教學(xué)課程體系和實驗教學(xué)氛圍，開設(shè)的實驗項目一定是設(shè)計性的，對學(xué)生能力培養(yǎng)也一定具有創(chuàng)新性[7]。物探實驗課程應(yīng)借鑒國外模式，實行本科導(dǎo)師制，通過導(dǎo)師組成學(xué)生團隊參與開放實驗室創(chuàng)新性項目，對提高學(xué)生的實踐能力非常重要。學(xué)生是實驗室的主人，實驗教學(xué)的質(zhì)量評價完全交給學(xué)生和用人單位，實驗課程考核不合格的同學(xué)必須重修，這將彌補教師評閱學(xué)生作業(yè)的傳統(tǒng)評價機制存在的缺陷。充分依賴網(wǎng)上評教系統(tǒng)，評價信息反饋及時，無疑評教系統(tǒng)激發(fā)了學(xué)生對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的實驗課模式的興趣。客觀公正的對指導(dǎo)老師工作的有效性進行評價，對促進實驗項目的實用性發(fā)揮重要作用。

目前，網(wǎng)上在線評教系統(tǒng)較為成熟。但是，大學(xué)對此項績效考核所占權(quán)重較少，主要還是依靠督導(dǎo)組對老師的聽課評教進行教學(xué)績效考核。實驗課的評教相對理論課來說較為容易，因為實驗課的成績可以通過一些創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)性實驗效果來進行評價。大學(xué)應(yīng)該要重視實驗效果，但可以不評價實驗過程。事實上，教師科研成果離不開實驗數(shù)據(jù)的支持，許多高質(zhì)量論文中避免不了實驗數(shù)據(jù)的論證。另外，產(chǎn)品或軟件的開發(fā)也離不開實驗數(shù)據(jù)的支持。一個好的產(chǎn)品在推向市場之前，首先要進行產(chǎn)品性能測試實驗等，以證明產(chǎn)品具有合格的質(zhì)量。因此，建立一套有效的實驗課評價體系，非常重要。作者認為，必須把實驗項目與社會或行業(yè)需求緊密結(jié)合，不能只是對課本上的實驗內(nèi)容進行簡單的模仿和操作。只有創(chuàng)新性實驗才能引起社會的共鳴。把實驗課與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相結(jié)合，極大提高了科研轉(zhuǎn)化為社會經(jīng)濟效益的速度。學(xué)生從實驗課中不但得到了學(xué)分同時還得到了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐能力和經(jīng)濟利益，成為了大學(xué)教育真正的受益者。

三、引入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目

桂林理工大學(xué)物探實驗課如“地基與基礎(chǔ)檢測技術(shù)”、“聲波探測技術(shù)”、“科學(xué)計算與編程”等課程的傳統(tǒng)模式的構(gòu)建很穩(wěn)定。首先，依據(jù)各個課程教學(xué)大綱和教學(xué)計劃制定實驗課教學(xué)計劃，然后編寫實驗指導(dǎo)書，實驗課中學(xué)生可以根據(jù)實驗指導(dǎo)書獨立完成各個實驗項目并提交作業(yè)，部分難點可以由老師指導(dǎo)完成，最后對各個學(xué)生的作業(yè)進行批閱得到實驗成績，并據(jù)此評價實驗教學(xué)效果。傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，通過將學(xué)生的實驗作業(yè)及成績刻盤等歸檔措施，達到一個比較好的教學(xué)效果。傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式雖然也重視實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力分，但沒有體現(xiàn)出學(xué)生的創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)能力。物探實驗課可以借鑒國外實驗課模式，通過獲得創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的支持，以學(xué)生為中心，建立良好的創(chuàng)新性實驗氛圍，從而容易構(gòu)建新的實驗課模式以提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質(zhì)。

國外大學(xué)在本科階段推行導(dǎo)師制，為學(xué)生參與創(chuàng)新性項目提供了便利。國外大學(xué)的創(chuàng)新項目經(jīng)費大多是自費，學(xué)校支持少[8]。在國內(nèi)，政府對大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的扶持力度相當(dāng)強，比國外政府優(yōu)越，如大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心、“互聯(lián)網(wǎng)+”項目、大學(xué)生微創(chuàng)業(yè)項目等能滿足學(xué)生的創(chuàng)新要求。目前，作者已經(jīng)在“聲波探測技術(shù)“課程中嵌入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，順利指導(dǎo)1名本科生獲得全國大學(xué)生微創(chuàng)業(yè)行動銀獎。該項目主要利用超聲波流量計等超聲波設(shè)備實現(xiàn)高溫管道中煙道灰氧化鋅含量的檢測，初見成效。作者還指導(dǎo)了國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目1項，名稱是利用地震波測定礦物的各向異性。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目可以由老師構(gòu)思，讓學(xué)生完成。此過程中，老師一直發(fā)揮指導(dǎo)作用，老師并沒有從中獲得太大經(jīng)濟利益，受益的是學(xué)生。但是，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的運作會給學(xué)生帶來許多挑戰(zhàn)，對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力產(chǎn)生了深遠影響。甚至，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的開展還有助于學(xué)生以后的生產(chǎn)實踐和科研工作。

對于“地基與基礎(chǔ)檢測技術(shù)”、“聲波探測技術(shù)”、“科學(xué)計算與編程”三門實驗課程，如何引入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目是一個需要探討的問題。作者認為，可以從非常規(guī)樁基檢測技術(shù)和檢測系統(tǒng)的開發(fā)入手。嘗試用新的觀測系統(tǒng)、新的震源進行混凝土構(gòu)件的檢測。檢測系統(tǒng)的開發(fā)，就是要將Fortran語言編程用于數(shù)據(jù)處理程序的開發(fā)。利用檢測儀器設(shè)備以及設(shè)計獨特的觀測系統(tǒng)，可以采集得到較好的地震數(shù)據(jù)。通過先進的數(shù)學(xué)工具，可以開發(fā)出有效信號識別系統(tǒng)，完成地震數(shù)據(jù)的分析和解釋。此過程中，可以對震源設(shè)備的研制、觀測系統(tǒng)的設(shè)計、檢測系統(tǒng)的開發(fā)等多個方面進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐。

四、持續(xù)改進實驗課程教學(xué)

工程教育專業(yè)認證是國際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎(chǔ)[9]。2017年6月桂林理工大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)順利通過中國工程教育專業(yè)認證。2018年本?？辈榧夹g(shù)與工程物探方向也正在開展認證工作。工程教育專業(yè)認證有一個非常重要的理念就是持續(xù)改進。“持續(xù)”是連續(xù)的時間概念，在認證之后，仍需促進教育教學(xué)改革的持續(xù)深化，設(shè)計課程體系，改進課程教學(xué)，提高教學(xué)效果。因此，多個物探實驗課程持續(xù)改進的重要性不言而喻。

“地基與基礎(chǔ)檢測技術(shù)”、“聲波探測技術(shù)”和“科學(xué)計算與編程”等物探實驗課的每個實驗都與物探生產(chǎn)中的基本過程息息相關(guān)。而且實驗室為學(xué)生開放，開放實驗室是我國高校經(jīng)過不斷探索、改革和實踐，是實驗教學(xué)如何培養(yǎng)創(chuàng)新性、復(fù)合型、高素質(zhì)人才方面形成的基本共識的核心載體[8]。通過物探實驗課程的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模式的推廣，學(xué)生不僅能加深對理論知識的理解、掌握一定的實驗技能和實驗方法，為畢業(yè)生參加工作打下夯實的基礎(chǔ)，而且畢業(yè)生更能體驗到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)存在的風(fēng)險，提高自身創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質(zhì)。實驗課的持續(xù)改進，一方面需要結(jié)合實驗課程的特點和要求，提供相應(yīng)的創(chuàng)業(yè)知識和技能服務(wù)，不斷探索培養(yǎng)模式。另一方面，以學(xué)生為中心，不斷借鑒國內(nèi)外大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)一些成功經(jīng)驗，進一步優(yōu)化物探實驗課程創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)體系。

五、結(jié)束語

由于國內(nèi)大學(xué)近期的高度強調(diào)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和實踐環(huán)節(jié)的重要性，不惜投入資金成立大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心和科技中心，以鼓勵學(xué)生獲得創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。作為高校教師，將實驗課程教學(xué)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐相結(jié)合，是為了滿足當(dāng)前大學(xué)教學(xué)發(fā)展的需要。勘查技術(shù)與工程物探開放實驗室充分利用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，在培養(yǎng)人才方面注重本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐能力的提高。這對于本專業(yè)大學(xué)畢業(yè)生今后的就業(yè)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等方面具有重要的意義。物探實驗課在管理措施上、課程體系上可以多借鑒國外大學(xué)，以加強實驗課的實用性。通過建立實驗課評價系統(tǒng)，讓企業(yè)對學(xué)生實驗項目進行評價。通過工程教育認證中的持續(xù)改進理念，不斷完善物探實驗課程創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)體系。最后通過學(xué)生在各個創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)賽事中獲獎等結(jié)果，表明以上方法能有效建立物探實驗課的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模式。

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