地球物理類專業(yè)野外專業(yè)實習(xí)實驗一體化模式的探索

馬國慶 李麗麗

摘 ? 要：地球物理是通過觀測得到的重、磁、電、震等場的變化來研究地下物質(zhì)的分布，從而解決地下構(gòu)造、資源分布等問題。地球物理野外實習(xí)是對理論知識實踐的重要環(huán)節(jié)，是發(fā)現(xiàn)和解決問題的主要過程?，F(xiàn)今的地球物理實習(xí)是面向?qū)嶋H地質(zhì)問題從數(shù)據(jù)采集、處理、解釋的完整流程的訓(xùn)練，能很好地增強(qiáng)學(xué)生的野外技能，但是野外地質(zhì)目標(biāo)的位置、埋深、物性等是未知的，因為學(xué)生難以檢驗所反演結(jié)果的可靠性，學(xué)生難以清晰地認(rèn)識地球物理不同方法的優(yōu)缺點、分辨能力等問題，從而無法全面的了解地球物理方法。經(jīng)過多年參與地球物理實習(xí)，摸索出地球物理專業(yè)實習(xí)實驗一體化的教學(xué)模式，其通過在實習(xí)中增加野外實驗環(huán)節(jié)來提高學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)知，在野外環(huán)境下通過預(yù)埋地質(zhì)體的方式讓學(xué)生利用儀器進(jìn)行探測，對比不同采樣點距、不同儀器對測量結(jié)果的影響，并對比不同方法反演結(jié)果與實際結(jié)果的差異，從而認(rèn)識到儀器、采集方法、反演方法所存在的差距，發(fā)現(xiàn)和解決這些差距，認(rèn)識到專業(yè)知識的差距和欠缺，從而引起思想的變化，達(dá)到學(xué)生實習(xí)綜合訓(xùn)練的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：地球物理 ?實驗 ?實習(xí) ?一體化

中圖分類號：P3-4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（c）-0199-02

地球物理學(xué)是一門實踐性很強(qiáng)的學(xué)科，實踐教學(xué)是其人才培養(yǎng)階段不可或缺的重要環(huán)節(jié)。目前各個高校的地球物理實習(xí)大多注重數(shù)據(jù)采集、處理與解釋的實質(zhì)性工作[]，而對于學(xué)生理解問題、分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)較欠缺，特別是缺少實際數(shù)據(jù)處理與解釋結(jié)果真實性的驗證，導(dǎo)致學(xué)生只是機(jī)械的操作與處理，并未能真正理解與及解決問題，缺乏一個明確的驗證過程，并不能很系統(tǒng)地完成整個實習(xí)過程，在數(shù)據(jù)處理與解釋中難以驗證結(jié)果以及方法的應(yīng)用效果，也無法判斷結(jié)果的正確性，并不能有效地的舉一反三，缺乏對知識的欲望和學(xué)習(xí)動力等，這樣就無法很好的達(dá)到地球物理專業(yè)實習(xí)培養(yǎng)要求，所以這種實習(xí)模式對于接受高等教育的大學(xué)生來講是不足的。

針對地球物理專業(yè)實習(xí)當(dāng)中存在的上述不足，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和對實際問題的解決能力，使學(xué)生的實踐能力在解決實際問題的過程中得到充分的鍛煉，為此提出地球物理類專業(yè)野外實驗實習(xí)一體化的實習(xí)教學(xué)模式。在實習(xí)過程中開展預(yù)埋目標(biāo)體的重、磁、電、震探測，通過該實驗讓學(xué)生實驗點距、測量方式對結(jié)果的影響以及所測量結(jié)果與理論結(jié)果的差異，尋找差異的原因，對實驗數(shù)據(jù)的處理與解釋結(jié)果均衡來驗證是否正確，讓學(xué)生根據(jù)已知的地質(zhì)目標(biāo)設(shè)計勘探方法，評估數(shù)據(jù)的正確性與有效性，驗證處理與反演結(jié)果的精度，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，通過已知結(jié)果來推斷未知，從而達(dá)到真正培養(yǎng)學(xué)生研究與解決問題的能力，為國家培養(yǎng)綜合素質(zhì)人才。

1 ?地球物理野外專業(yè)實習(xí)實驗一體化模式

在我?，F(xiàn)行的四年制地球物理類專業(yè)本科教學(xué)計劃中，專業(yè)生產(chǎn)實習(xí)安排在專業(yè)必修課結(jié)束后進(jìn)行，起著承上啟下的重要作用，有助于學(xué)生理論與實踐相結(jié)合，是地球物理專業(yè)學(xué)生進(jìn)入工作崗位或繼續(xù)深造的重要途徑。地球物理勘探目前主要有重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探、放射性勘探等，分別是以巖礦石的密度、磁性、電性、彈性、放射性等物理性質(zhì)的差異為勘探前提。在課堂講授完專業(yè)知識后經(jīng)過野外實習(xí)來加強(qiáng)學(xué)生野外知識技能的訓(xùn)練，以及對課本知識的理解。目前地球物理勘探實習(xí)主要針對地球物理工作流程開展，涉及野外采集、數(shù)據(jù)處理、反演、解釋等環(huán)節(jié)，使學(xué)生熟悉并掌握從施工布置、操作儀器采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理到反演解釋整個過程?，F(xiàn)今的實習(xí)模型學(xué)生僅僅學(xué)會了采用儀器完成地球物理勘探工作和數(shù)據(jù)的處理，并不知道所采用方法的準(zhǔn)確性和實用性，以及所得到的目標(biāo)的可信度，不能很好地為日后的工作提供借鑒和幫助。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，提出地球物理野外專業(yè)實習(xí)實驗一體化模式，對實習(xí)內(nèi)容作出如下的調(diào)整，按照7天一個方法進(jìn)行設(shè)計，以磁法實習(xí)安排為例（見表1）。

實驗實習(xí)一體化的模式相對以往實習(xí)主要存在以下幾個方面的改變：

（1）野外生產(chǎn)實習(xí)前引入野外實驗。

按照正常的教學(xué)實習(xí)組織地球物理專業(yè)的學(xué)生參與生產(chǎn)實習(xí)，對實習(xí)的內(nèi)容有所改變，通過在勘探區(qū)域預(yù)埋設(shè)地質(zhì)體，根據(jù)地質(zhì)體的大小設(shè)計數(shù)據(jù)的采樣點距，正確使用儀器開展數(shù)據(jù)采集。

（2）通過實驗結(jié)果明確實際測量中問題。

對比不同條件下異常與地質(zhì)體的對應(yīng)特征，由老師組織學(xué)生討論出現(xiàn)不同的原因是什么，誤差來自于哪里，點距不同、高度不同、環(huán)境干擾帶來的誤差的差異，例如磁法勘探時候遇到高壓線交變磁場數(shù)據(jù)的特征，以及如何在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理過程中去除誤差。

（3）討論結(jié)果、明確理論和實際的區(qū)別及注意事項。

實習(xí)后組織學(xué)生進(jìn)行PPT匯報，重點要突出對于實驗結(jié)果的認(rèn)識和理解，講述在實驗環(huán)節(jié)如何去除干擾因素，如何減少計算結(jié)果與理論結(jié)果的差距，在后續(xù)的生產(chǎn)實習(xí)中在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與反演中應(yīng)注意那幾個方面，對于實驗實習(xí)一體化模式有何建議。

2 ?以磁法勘探為例探索實驗實習(xí)一體化模式的應(yīng)用效果

本次實驗和實習(xí)一體化教學(xué)模式于2019年6～7月在吉林大學(xué)興城教學(xué)基地展開，東經(jīng)120°06′至120°50′，北緯40°16′至40°50′。興城地區(qū)前侏羅紀(jì)區(qū)域大地構(gòu)造位置位于華北地臺北部燕山沉降帶東段。遼寧又是中、新生代時期中國東部大陸邊緣活動帶組成部分，屬太平洋構(gòu)造域，兩大構(gòu)造域交接復(fù)合，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。磁法的實驗在空曠地區(qū)進(jìn)行，主要是試驗不同的采樣點距、不同的采集高度對觀測異常的影響，以及不同方式所獲得數(shù)據(jù)反演結(jié)果的精度分析。其具體流程如下。

（1）在空曠地區(qū)進(jìn)行已知位置、已知埋深、已知磁化強(qiáng)度的錘子的埋設(shè);

（2）根據(jù)地質(zhì)體分布特征進(jìn)行點位的設(shè)計;

（3）按小組不同點距、不同測量高度的磁法數(shù)據(jù)采集;

（4）采用計算機(jī)繪制不同觀測條件下的異常分布;

（5）根據(jù)測量結(jié)果可知，評估采用哪個高度進(jìn)行實際數(shù)據(jù)的采集。

通過本次的實習(xí)與實驗教學(xué)點，主要存在以下幾個方面的提升：

（1）培養(yǎng)了學(xué)生求真務(wù)實、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

引入已知地質(zhì)體的實際測量實驗，在理論條件下可計算出預(yù)埋地質(zhì)體在不同高度上的異常形態(tài)，通過野外環(huán)境下實際測量得到的異常，對比理論計算和實際結(jié)果的差異，尋找差距產(chǎn)生的真實原因，明確理論和實際的區(qū)別。

（2）勇于探索、不畏艱苦的工作作風(fēng)。

常規(guī)的實習(xí)是直接獲得一個觀測高度上的異常，難以去探索觀測異常與地質(zhì)體之間的對應(yīng)關(guān)系，而通過已知地質(zhì)體的野外實驗，明確了不同高度異常受何種因素的影響較大，學(xué)生通過多次的數(shù)據(jù)采樣，培養(yǎng)了勇于探索的精神。

（3）培養(yǎng)了學(xué)生的動手、分析和解決野外實際問題的能力。

學(xué)生根據(jù)已知地質(zhì)體的大小自主設(shè)計采樣合理的點距和線距，并根據(jù)異常形態(tài)設(shè)計不同的采樣高度，有效地理論聯(lián)合實際，并分析異常的特征，推斷地質(zhì)體的解釋，在綜合分析問題方面得到訓(xùn)練和提升。

（4）鞏固了理論教學(xué)內(nèi)容，理論聯(lián)系實際。

在本次實驗中，明確了理論異常和實際異常的差距，以及不同異常所表征的地質(zhì)體和背景異常特征，有效地將課堂知識轉(zhuǎn)移到實際應(yīng)用。

（5）使學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作和表達(dá)能力得到了訓(xùn)練和培養(yǎng)。

本次實驗是通過多人協(xié)作完成的，互有分工，通過協(xié)作來完成同一個實驗，團(tuán)隊協(xié)作的能力得到培養(yǎng)。

（6）培養(yǎng)學(xué)生的計算機(jī)繪圖、數(shù)據(jù)分析的能力。

異常結(jié)果的表達(dá)是地球物理實習(xí)中重要的環(huán)節(jié)，通過計算機(jī)軟件形成圖件，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析。

3 ?結(jié)語

地球物理類專業(yè)野外實驗實習(xí)一體化的模式可有效完善的地球物理類專業(yè)培養(yǎng)方案，提高學(xué)生的專業(yè)與研究技能，應(yīng)對競爭激烈的就業(yè)市場。地球物理專業(yè)培養(yǎng)的是具備堅實的數(shù)理基礎(chǔ)和較系統(tǒng)的地球物理學(xué)基本理論、基本知識和基本技能，受到基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的基本訓(xùn)練，具有較好的科學(xué)素養(yǎng)及初步的教學(xué)、研究能力，能在科研機(jī)構(gòu)、高等學(xué)?；蛳嚓P(guān)的技術(shù)和行政部門從事科研、教學(xué)、技術(shù)開發(fā)和管理工作的高級專門人才。地球物理是一門實踐性很強(qiáng)的學(xué)科，加強(qiáng)實踐教學(xué)以提高學(xué)生的動手能力和處理實際問題、分析解決實際問題的能力，是對整個專業(yè)加深了解、拓寬知識面的過程，使之能更好地適應(yīng)畢業(yè)后的實際工作，是一個非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，也是進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑之一。

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