《重磁勘探》實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討與研究

羅潤林 李亞南 徐志鋒 熊彬 丁彥禮 李長偉 程勃

摘 要：《重磁勘探》是勘查技術(shù)與工程專業(yè)（物探方向）的主干課程之一，是一門理論與實(shí)踐結(jié)合非常緊密的課程，其中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該課程體系中的重要一環(huán)。為了使學(xué)生能夠牢固掌握《重磁勘探》的基礎(chǔ)知識和基本技能，文章對實(shí)驗(yàn)體系和教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價等方面進(jìn)行研究與探討，提升《重磁勘探》實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：重磁勘探；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）11-0089-03

Abstract： Gravity and Magnetic Prospecting（G&MP） is an main course of Prospecting Techniques and Engineering Specialty（PT&E）. It is also a course in which the theory combines closely with practice. Experimental teaching of G&MP plays an important role in the course structure. To help students to know the foundation knowledge and the basic technique of G&MP， this paper studies and explores the experiments system， contents of experiment course， method for teaching， management of experiment teaching and assessment of experiment course and other aspects to improve experimental teaching effect of G&MP.

Keywords： gravity and magnetic prospecting； experiments teaching； teaching reformation

《重磁勘探》是勘查技術(shù)于工程專業(yè)（物探方向）的核心課程之一[1]，是一門理論與實(shí)踐結(jié)合非常緊密的課程[2]。因此，在本專業(yè)的人才培養(yǎng)體系以及課程大綱中，《重磁勘探》實(shí)驗(yàn)教學(xué)是整個課程體系中的重要一環(huán)，是對理論教學(xué)的必要補(bǔ)充?！吨卮趴碧健穼?shí)驗(yàn)教學(xué)的主要目的為：通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解重力儀和磁力儀的基本原理和結(jié)構(gòu)；掌握重力儀和磁力儀的操作，野外數(shù)據(jù)采集方法與過程；掌握重力數(shù)據(jù)和磁法數(shù)據(jù)的初步整理及異常獲得的內(nèi)容、方法和過程；通過編輯簡單形體的重磁正演程序，了解程序編制的思路、步驟和簡單形體的重磁異常形態(tài)；通過編輯空間域和波數(shù)域的數(shù)據(jù)處理程序，掌握不同處理方法的效果[2]。實(shí)驗(yàn)安排與理論課程相關(guān)，一般在理論后講授完相關(guān)的內(nèi)容后，緊接著做相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，這樣可以通過實(shí)驗(yàn)加深對《重磁勘探》相關(guān)知識點(diǎn)的了解與掌握。為了達(dá)到上述目的，桂林理工大學(xué)勘查技術(shù)與工程（物探）教研室，對《重磁勘探》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)做了研究與探討。

一、《重磁勘探》的實(shí)驗(yàn)體系與教學(xué)內(nèi)容

《重磁勘探》實(shí)驗(yàn)體系的構(gòu)建緊密結(jié)合勘查技術(shù)與工程專業(yè)設(shè)置的人才培養(yǎng)計劃、學(xué)校辦學(xué)定位思想，理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)相互呼應(yīng)，完美銜接，注重培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革遵從“夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)、開拓創(chuàng)新思維、培養(yǎng)科技創(chuàng)新能力、強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)、提高工程實(shí)踐能力”的指導(dǎo)思想，按照勘查技術(shù)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程體系設(shè)計的要求，對《重磁勘探》系列課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新規(guī)劃和組織，編制《重磁勘探》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，并結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際設(shè)計《重磁勘探》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，包括儀器認(rèn)識與操作、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整理與異常獲得、重磁異常認(rèn)識以及重磁反演方法等。使學(xué)生通過學(xué)習(xí)《重磁勘探》實(shí)驗(yàn)，掌握重磁勘探的思維方式并提高工程實(shí)踐能力。按照上述指導(dǎo)思想，設(shè)立了8個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（表1），由于實(shí)驗(yàn)課時限制，除了2個儀器認(rèn)識與操作實(shí)驗(yàn)外，其余6個項(xiàng)目中選做3個，另外鼓勵學(xué)生在課外完成剩下的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。從表1可以看出，所設(shè)計的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本上涵蓋了上述內(nèi)容，按照實(shí)驗(yàn)體系完成教學(xué)，完全可以達(dá)到課程的目的。通過實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)和操作，學(xué)生可以加深對理論知識的理解，并對《重磁勘探》由數(shù)據(jù)采集的資料解釋這一過程進(jìn)行了解。

二、《重磁勘探》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

《重磁勘探》實(shí)驗(yàn)采用多元化的教學(xué)方式[3]。針對理論課程中的某一知識點(diǎn)，開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和總結(jié)分析的方法，引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，全面深入地了解重磁儀器、野外工作設(shè)計、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及資料解釋的思路，從而增強(qiáng)學(xué)生對《重磁勘探》的感性認(rèn)識，培養(yǎng)與提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

（一）儀器認(rèn)識與操作實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法

教師采用授課和實(shí)物觀測的方法，讓學(xué)生了解重磁儀器的基本原理和結(jié)構(gòu)。采用演示的方式，讓學(xué)生了解儀器的操作步驟與注意事項(xiàng)。在上面的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生設(shè)計一個測網(wǎng)，測網(wǎng)中，測線的多少由安排的組數(shù)決定，一般一個組一條測線，線距根據(jù)場地而定（一般為5-10米），每條測線上測點(diǎn)個數(shù)約20個，測點(diǎn)間距2-5米。準(zhǔn)備完以后，讓學(xué)生按照儀器操作的規(guī)范和流程采集數(shù)據(jù)，每組學(xué)生采集一條測線，每條測線采集兩次，一方面讓每個同學(xué)有機(jī)會操作儀器，另一方面，可以檢查觀測精度。室外數(shù)據(jù)采集完畢后，要求學(xué)生編寫實(shí)驗(yàn)報告。報告內(nèi)容主要包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟以及分析。在實(shí)驗(yàn)分析部分，要求學(xué)生對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的處理和誤差分析。簡單處理包括綜合零點(diǎn)漂移校正、日變校正，繪制異常剖面圖和異常平面圖，對曲線的異常形態(tài)進(jìn)行簡單的描述。通過這類實(shí)現(xiàn)，學(xué)生掌握了儀器的操作流程、方法和注意事項(xiàng)，對野外數(shù)據(jù)觀測的基本過程有所了解，并學(xué)習(xí)重磁數(shù)據(jù)的初步處理的方法和過程，對異常形態(tài)的認(rèn)識和描述均有感性認(rèn)識。

（二）電算實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法

電算實(shí)驗(yàn)主要包括重磁異常的正演計算以及數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)。首先，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行回顧，組織學(xué)生對程序流程進(jìn)行討論，然后上機(jī)編程實(shí)現(xiàn)。以重力異常正演計算為例，一般要求讓學(xué)生編制臺階的重力異常程序，計算重力異常并進(jìn)行評價。首先，要跟學(xué)生明確要計算的物理量（有些學(xué)生可能第一次編制專業(yè)方面的程序，對要計算的東西沒有概念），這個物理量就是剖面上的重力異常值，也就是要計算剖面上不同的測點(diǎn)上的值。然后要明確需要輸入的變量（這些變量包括測點(diǎn)的坐標(biāo)，臺階的上下低埋深，臺階頂角的坐標(biāo)，臺階的傾角，臺階的剩余密度等）。舉例說明1-3點(diǎn)的重力異常值的計算過程，然后過度到采用循環(huán)的方式計算所有測點(diǎn)上的異常值，這樣就可以讓學(xué)生很容易掌握循環(huán)的思路。在上機(jī)之前，學(xué)生分組討論整個程序的框架，選出合理的框架指導(dǎo)編程。通過前面的準(zhǔn)備，一般來說程序可以很快編制出來。程序運(yùn)行后，可以對程序的可靠性進(jìn)行評價，主要通過書上的例子進(jìn)行試算和對比。在程序正確的前提下，對一些模型和書上的結(jié)論進(jìn)行計算和驗(yàn)證，加深對臺階異常特征的認(rèn)識。其他的電算實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也是基本上遵循上述方法和過程進(jìn)行教學(xué)。應(yīng)該說，通過這些實(shí)驗(yàn)，學(xué)生基本上能掌握重磁勘探正演計算的概念和過程，編制一些簡單的處理程序。加深典型局部形體的重磁異常特征以及各種處理方法所能達(dá)到的效果的理解。

（三）異常獲得實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法

異常獲得實(shí)驗(yàn)主要包括重力異常獲得實(shí)驗(yàn)和磁力異常獲得實(shí)驗(yàn)，主要目的是通過實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握異常獲得的方法，計算過程及注意事項(xiàng)的。主要采取引導(dǎo)-討論-手動計算的方式進(jìn)行教學(xué)。以磁異常的獲得實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例。首先，引導(dǎo)學(xué)生要通過哪項(xiàng)處理才能獲得磁異常。然后，對學(xué)生進(jìn)行分組對磁異常獲得的方法進(jìn)行討論，日變校正的方法、高程校正的方法和緯度校正的方法（正常梯度校正）等。最后，結(jié)合實(shí)際的例子進(jìn)行計算。為了便于理解，要求所有的計算均采用手動計算的方法進(jìn)行計算。通過這類實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本上能夠掌握磁異?；蛑亓Ξ惓５墨@得的思路、方法和途徑。

三、《重磁勘探》實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)之間相互獨(dú)立、相互依存和相互促進(jìn)[4]。在整個專業(yè)課程體系中，由于《重磁勘探》實(shí)驗(yàn)主要依附于理論教學(xué)，為加深理論的理解而設(shè)定的。因而實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)時間一般不早于理論課程的教學(xué)，但也不晚太長時間。

在實(shí)驗(yàn)之前，要求指導(dǎo)老師和實(shí)驗(yàn)室管理人員做好充分準(zhǔn)備。比如在儀器操作和認(rèn)識的實(shí)驗(yàn)中，要保證儀器完好，要有充足的電量以保證實(shí)習(xí)的運(yùn)行。在電算類實(shí)驗(yàn)中，保證計算機(jī)能滿足所有學(xué)生的使用，電腦上安裝的軟件可以讓學(xué)生完成電算實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行整理。

良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)紀(jì)律是實(shí)驗(yàn)效果的保障之一。因此，《重磁勘探》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求嚴(yán)格的課堂紀(jì)律，每次實(shí)驗(yàn)教學(xué)均對學(xué)生進(jìn)行考勤，一般來說不允許請假，對于遲到和早退的情況，均會在實(shí)驗(yàn)成績上面體現(xiàn)。鼓勵學(xué)生勇于發(fā)言和勤于思考。此外，對學(xué)生的一些規(guī)范必須嚴(yán)格執(zhí)行，比如必須做到實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)；在磁力儀的認(rèn)識與操作中，學(xué)生身上不能有金屬飾件（金屬邊框的眼鏡、手機(jī)、皮帶扣等）；實(shí)驗(yàn)報告必須保質(zhì)保量按時提交等等。

四、《重磁勘探》實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價

《重磁勘探》課程實(shí)驗(yàn)作為理論教學(xué)的重要一環(huán)，實(shí)驗(yàn)成績是《重磁勘探》課程成績的重要組成部分，占課程總成績的25%?！吨卮趴碧健氛n程實(shí)驗(yàn)成績劃分為以下2個部分：1. 平時實(shí)驗(yàn)技能考察部分（占總成績的50%），主要考察學(xué)生的出勤情況、實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)技能的掌握。2. 實(shí)驗(yàn)報告（占總成績的50%），主要考察學(xué)生對《重磁勘探》課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)物理現(xiàn)象的理解與分析能力及對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和綜合分析問題的能力。

五、結(jié)束語

《重磁勘探》實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程教學(xué)的重要一環(huán)，主要是為了使學(xué)生加深對《重磁勘探》的基本知識和基本技能的掌握，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效果，應(yīng)該不斷地對實(shí)驗(yàn)體系進(jìn)行研究與探索，應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程體系，合理安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)方法與手段。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，應(yīng)該嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)教學(xué)制度，并做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價。通過不斷加強(qiáng)教學(xué)研究與改革，提升《重磁勘探》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

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