《應(yīng)用地球物理》實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

成谷

摘要：《應(yīng)用地球物理》理論課程涉及到大量的數(shù)學(xué)物理知識(shí)，使學(xué)生感覺(jué)枯燥，應(yīng)用地球物理實(shí)驗(yàn)課程的加入，可通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，幫助學(xué)生鞏固理論知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效果。但《應(yīng)用地球物理》實(shí)驗(yàn)課程具有儀器設(shè)備多、實(shí)驗(yàn)方法多、探測(cè)參數(shù)多等特點(diǎn)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握難度較大。對(duì)此，筆者在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行了針對(duì)性的教學(xué)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，采取了分組人數(shù)確定、實(shí)驗(yàn)前方案設(shè)計(jì)、組內(nèi)工種輪換、設(shè)立學(xué)生導(dǎo)師、實(shí)驗(yàn)后交流總結(jié)等具體方案。通過(guò)以上方式，改變學(xué)生的角色，使學(xué)生不再是實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的被動(dòng)接受者，而是變成主導(dǎo)者和評(píng)估者，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用地球物理；勘探地球物理；教學(xué)改革；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）44-0271-02

一、引言

地球物理學(xué)是用物理學(xué)的原理和方法，對(duì)地球的各種物理場(chǎng)分布及其變化進(jìn)行觀測(cè)，探索地球本體及近地空間的介質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、形成演化，研究與其相關(guān)的各種自然現(xiàn)象及變化規(guī)律的一門學(xué)科。應(yīng)用地球物理學(xué)是地球物理學(xué)的一個(gè)重要分支，以地殼中各種巖、礦石間的物理性質(zhì)差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)和研究因巖、礦石物理性質(zhì)差異而引起的地球物理場(chǎng)在空間上的局部變化，推斷地下地質(zhì)構(gòu)造或巖、礦體的賦存狀態(tài)。應(yīng)用地球物理學(xué)是研究地球內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律的必要技術(shù)方法，是開(kāi)展礦產(chǎn)資源、環(huán)境與災(zāi)害調(diào)查中的重要技術(shù)手段，是現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)理論不可缺少的技術(shù)支撐，是獲取最佳地質(zhì)勘查與經(jīng)濟(jì)效果的結(jié)合點(diǎn)。

《應(yīng)用地球物理》課程是地球物理學(xué)專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程，但其理論課程內(nèi)容涉及到大量的數(shù)學(xué)物理知識(shí)，有較多的復(fù)雜公式推導(dǎo)和偏微分方程求解，容易使學(xué)生感覺(jué)枯燥，產(chǎn)生對(duì)課程的厭倦心理?！稇?yīng)用地球物理》實(shí)驗(yàn)課程的加入，是對(duì)理論課程的重要輔助和補(bǔ)充，是幫助學(xué)生理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的重要途徑。但《應(yīng)用地球物理》實(shí)驗(yàn)課程具有如下特點(diǎn)：（1）涉及的儀器設(shè)備多。如淺層地震儀、探地雷達(dá)、高密度電法儀、瞬變電磁儀、質(zhì)子磁力儀、重力儀等。（2）涉及的實(shí)驗(yàn)方法多。如地震反射波法、地震折射波法、地震映像方法、地震面波方法、不同探測(cè)頻率的探地雷達(dá)方法、高密度電法、激發(fā)極化法、瞬變電磁法等。（3）涉及的探測(cè)參數(shù)多。如地下介質(zhì)的彈性參數(shù)（地震波傳播速度）探測(cè)、介電常數(shù)參數(shù)探測(cè)、電阻率參數(shù)探測(cè)、密度參數(shù)探測(cè)、磁化率參數(shù)探測(cè)等。

因此，《應(yīng)用地球物理》實(shí)驗(yàn)課程不僅涉及的理論繁雜，而且儀器的操作復(fù)雜。實(shí)驗(yàn)過(guò)程要求學(xué)生對(duì)地球物理的各種理論知識(shí)熟練掌握，在實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)各種方法要知其然和知其所以然。同時(shí)《應(yīng)用地球物理》實(shí)驗(yàn)課程不是單個(gè)學(xué)生可獨(dú)立完成的實(shí)驗(yàn)課程，對(duì)組內(nèi)成員的工作分配和合作精神具有較高的要求。本文對(duì)《應(yīng)用地球物理》實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了有益的改革探索，對(duì)教學(xué)方式進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，力爭(zhēng)達(dá)到最佳的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

二、《應(yīng)用地球物理》實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

1.最佳分組人數(shù)確定。各種地球物理儀器多攜帶較長(zhǎng)的導(dǎo)線（如地震檢波線、高密度電法導(dǎo)線等），設(shè)備笨重，鋪設(shè)需要較大的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，測(cè)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)需學(xué)生合作同時(shí)移動(dòng)電腦主機(jī)和導(dǎo)線，即《應(yīng)用地球物理》實(shí)驗(yàn)課程不能由單個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成，而是需要多名學(xué)生的分工合作。這樣的實(shí)驗(yàn)方式對(duì)分組成員的人數(shù)確定具有一定的要求。如人數(shù)太多，則學(xué)生在個(gè)別實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)參與度不高，得到實(shí)際操作機(jī)會(huì)較少或沒(méi)有，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程流于形式，達(dá)不到最佳的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。如人數(shù)太少，則測(cè)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)整體設(shè)備的轉(zhuǎn)移困難，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無(wú)法正常進(jìn)行。因此，在實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行前，授課老師應(yīng)和學(xué)生一起討論每種實(shí)驗(yàn)方法的具體操作過(guò)程，啟發(fā)學(xué)生自行確認(rèn)最佳的分組人數(shù)，既保證實(shí)驗(yàn)的順利完成，又保證每人的操作機(jī)會(huì)。

2.詳盡的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。進(jìn)行每一種《應(yīng)用地球物理》實(shí)驗(yàn)前，由各組成員協(xié)同進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。如淺層地震方法實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)測(cè)試剖面的特點(diǎn)、預(yù)采用的實(shí)驗(yàn)方法及收集的工區(qū)地質(zhì)情況，具體確定測(cè)線的布置方向、檢波器的間隔、炮點(diǎn)到第一個(gè)檢波器的距離、時(shí)間采樣間隔等參數(shù)；在高密度電法實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)預(yù)想的探測(cè)深度確定使用電極的數(shù)目及電極間距等參數(shù)。授課老師隨機(jī)抽取組內(nèi)成員考核學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)主要目的、方法基本原理、實(shí)驗(yàn)區(qū)地質(zhì)條件、儀器操作步驟及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理流程和解釋方法等各方面的掌握程度。通過(guò)這樣的方式，進(jìn)一步夯實(shí)學(xué)生對(duì)《應(yīng)用地球物理》理論課程內(nèi)容的掌握，并做到在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有的放矢，提高實(shí)驗(yàn)效果。

3.組內(nèi)工種輪換。《應(yīng)用地球物理》實(shí)驗(yàn)一般實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)，如淺層地震方法、高密度電法中布線和收線需要花費(fèi)大量時(shí)間。為提高實(shí)驗(yàn)效率，具體操作時(shí)多需組內(nèi)成員分工合作。如利用淺層地震儀的實(shí)驗(yàn)，需要一些學(xué)生布設(shè)檢波器、一些學(xué)生布置炮線和檢波線、一些學(xué)生在電腦旁操作采集和處理軟件。組員之間的分工合作可以保證實(shí)驗(yàn)的效率，但學(xué)生可能因?yàn)閮H負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的某一具體環(huán)節(jié)而無(wú)法了解實(shí)驗(yàn)的全貌，導(dǎo)致對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的掌握不夠理想。為避免組內(nèi)成員分工不同導(dǎo)致學(xué)生不能全面掌握實(shí)驗(yàn)的整個(gè)流程及操作細(xì)節(jié)，組內(nèi)成員采用工種輪換制，保證每一學(xué)生熟悉所有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的操作過(guò)程。

4.設(shè)立學(xué)生導(dǎo)師。傳統(tǒng)的教學(xué)方式是老師對(duì)所有學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容講解，因?qū)嶒?yàn)時(shí)組內(nèi)成員需協(xié)同進(jìn)行，不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些學(xué)生不認(rèn)真聽(tīng)講、依賴組內(nèi)其他成員的現(xiàn)象。為此，提出“設(shè)立學(xué)生導(dǎo)師”的鏈?zhǔn)浇虒W(xué)方式。在每種物探方法實(shí)驗(yàn)中，授課教師作為終極導(dǎo)師，挑選一名學(xué)生對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程各個(gè)環(huán)節(jié)細(xì)致、全面的講解，培訓(xùn)完成后該名學(xué)生成為導(dǎo)師，可自主挑選另一名學(xué)生對(duì)其進(jìn)行培訓(xùn)，培訓(xùn)成功后另一名學(xué)生也成為導(dǎo)師，挑選自己的學(xué)生對(duì)其進(jìn)行培訓(xùn)。依次進(jìn)行下去，形成導(dǎo)師—學(xué)生的長(zhǎng)鏈條。終極導(dǎo)師更多地起到督導(dǎo)的作用，每個(gè)學(xué)生都經(jīng)歷從學(xué)生到導(dǎo)師的角色轉(zhuǎn)換，從學(xué)習(xí)的被動(dòng)接受者到學(xué)習(xí)的主動(dòng)傳播者。每名學(xué)生在實(shí)驗(yàn)遇到困難時(shí)，只允許咨詢自己的上級(jí)導(dǎo)師，在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生緊張感和新鮮感，幫助學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度，認(rèn)真全面地掌握實(shí)驗(yàn)過(guò)程的每一環(huán)節(jié)。

5.實(shí)驗(yàn)后及時(shí)點(diǎn)評(píng)總結(jié)。每次實(shí)驗(yàn)課程均進(jìn)行分組，不同的組進(jìn)行不同的物探實(shí)驗(yàn)。針對(duì)每種物探方法，每組學(xué)生選擇不同的測(cè)線，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、采集、處理和解釋。實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后，采用PPT的形式進(jìn)行匯報(bào)，針對(duì)同一工區(qū)不同組不同測(cè)線的觀測(cè)及處理解釋結(jié)果，組織學(xué)生進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)各組學(xué)生在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行及后期處理解釋中遇到的問(wèn)題，授課老師積極引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)討論提出自己的認(rèn)識(shí)、看法和解決方案，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立思考解決問(wèn)題的能力。

三、結(jié)論

《應(yīng)用地球物理》實(shí)驗(yàn)課程是對(duì)學(xué)生理論知識(shí)掌握情況的試金石，是學(xué)生將理論課程中學(xué)到的內(nèi)容學(xué)以致用的重要手段。但《應(yīng)用地球物理》實(shí)驗(yàn)課程儀器設(shè)備多、實(shí)驗(yàn)方法多、探測(cè)參數(shù)多，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的掌握難度較大。對(duì)此，課程進(jìn)行了一系列的教學(xué)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)前組織學(xué)生進(jìn)行最佳分組人數(shù)確定和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，組內(nèi)實(shí)驗(yàn)時(shí)采用工種輪換制，不同實(shí)驗(yàn)階段及時(shí)交流總結(jié)，實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程采取學(xué)生導(dǎo)師制。通過(guò)以上方式，使學(xué)生參與到數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、采集、處理和解釋的每一個(gè)環(huán)節(jié)中來(lái)，達(dá)到對(duì)課程內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)操作方式的全面了解；使學(xué)生變成主導(dǎo)者和評(píng)估者，責(zé)任心、榮譽(yù)感及學(xué)習(xí)興趣大大增強(qiáng)，進(jìn)而增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)際教學(xué)效果。

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Abstract：The theory part of" Applied Geophysics" curriculum involves a lot of knowledge about mathematics and physics，it will make students feel boring in learning process. Joining of the experiment part of" Applied Geophysics" curriculum may help students to consolidate the theoretical knowledge through the combination of theory and experiment，and therefore improve the learning effect. However，the experimental course of Applied Geophysics involves many experimental instruments，many experimental methods and many detection parameters，it is difficult for students to master the experimental contents.In this regard，the author designed the aiming teaching details and take measures such as determining optimum personal number within group，designing optimum experiment scheme，rotating job position within group，establishing student tutor，in-time summing up after experiment. Through the above ways，changing the students'roles from the passive recipients to the dominant in the learning process of experimental course，thus improving the teaching effectiveness of experimental course.

Key words：applied geophysics；exploration geophysics；educational reform；experimental teaching