案例教學(xué)法應(yīng)用于“工程物探”課程教學(xué)的探索

程勃 呂玉增 丁彥禮

摘要：本文討論了勘查技術(shù)與工程專業(yè)（水工方向）開設(shè)工程物探課程的作用和特點，提出將案例教學(xué)法引入到“工程物探”課程教學(xué)的作用及教學(xué)實施方法。案例教學(xué)的過程為：以具體工程地質(zhì)問題為案例—研究需要解決的地質(zhì)問題的地球物理特征—尋找適合的物探方法—分析物探信息—解決工程地質(zhì)問題。在案例講述過程中，展開各種地球物理方法的基本理論、野外工作方法和資料解釋技術(shù)。并引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實際工程地質(zhì)問題設(shè)計工程物探施工方法，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。案例教學(xué)方法獲得了較好的教學(xué)效果，有益于培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)法;工程物探;教學(xué)改革;教學(xué)實踐

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）45-0248-02

《工程物探》是工程地球物理勘探的簡稱，是工程建設(shè)、水文和環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的重要勘探方法之一。為了利用好地球物理方法，勘查技術(shù)與工程專業(yè)（水工方向）的學(xué)生開設(shè)了《工程物探》課程，這一課程是一門重要勘探方法課。同時也使學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，拓展學(xué)生的視野，了解和掌握物探方法技術(shù)，以便在勘查工作中結(jié)合物探方法技術(shù)解決工程地質(zhì)學(xué)中的相關(guān)問題，有利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。[1]

對于水工方向的學(xué)生，最需要掌握的是其中的三個部分：某種地球物理方法的基本原理——如何解決工程地質(zhì)問題——如何將分析解釋結(jié)果與工程地質(zhì)問題結(jié)合起來。針對這種現(xiàn)狀，教師們提出一種：利用物探方法解決工程水文地質(zhì)問題的實例為主線的教學(xué)方法，即案例教學(xué)法[2，3]。通過這些案例，有助于培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)及參與課堂討論的興趣。

一、《工程物探》課程的特點及教學(xué)中存在的問題：

1.《工程物探》課程理論內(nèi)容多，不易在短時間內(nèi)掌握。該門課程幾乎涵蓋了應(yīng)用地球物理學(xué)專業(yè)的6種勘探方法：電法勘探、地震勘探、重力勘探、磁法勘探、放射性勘探和地溫測量。其中，常用于工程地質(zhì)勘查的主要方法技術(shù)的電法勘探和地震勘探是主要講授內(nèi)容，其他方法為輔助方法，只是簡單介紹。對于水工方向的學(xué)生而言，工程物探方法僅是各種勘探方法中的一種，配合其他勘探方法解決實際工程地質(zhì)問題，關(guān)鍵問題在于在具體的工程地質(zhì)問題中，如何選擇最合適的、經(jīng)濟(jì)快捷的物探方法。在課程理論內(nèi)容多的情況下，教師必須有限的課時中，根據(jù)教學(xué)目的和關(guān)鍵問題對教學(xué)內(nèi)容有所取舍，改進(jìn)教學(xué)思路，研究教學(xué)方法。

2.《工程物探》課程實驗課時多，易于增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識。《工程物探》課程理論內(nèi)容偏難，為了利于學(xué)生掌握這一方法，安排了5種地球物理方法的實驗課，讓學(xué)生直觀了解利用物探儀器獲得地球物理信息的方法、野外施工的設(shè)計及施工人員的配置等實際野外工作技術(shù)。學(xué)生們對這些實驗課程非常感興趣，但這些實驗課程往往停留在地球物理信息的獲得上，沒有進(jìn)一步和水文、工程問題結(jié)合起來。在學(xué)生獲得了較多感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)利用這些實驗課程，進(jìn)一步將學(xué)生的感性認(rèn)識提高到對物探方法的理解、使用的水平上。

二、《工程物探》課程的案例教學(xué)方法研究

針對目前教學(xué)中存在的問題，教師認(rèn)為，《工程物探》課程的教學(xué)需要調(diào)整教學(xué)思路，在有限的教學(xué)課時中，根據(jù)教學(xué)目的和關(guān)鍵問題對教學(xué)內(nèi)容有所取舍：利用實驗課程，深化學(xué)生對物探方法的理解;聯(lián)系實際工程地質(zhì)問題，使學(xué)生的學(xué)習(xí)關(guān)注點從物理概念轉(zhuǎn)移到與工程地質(zhì)問題相關(guān)的物探方法上。以解決某種具體工程地質(zhì)問題為案例：研究需要解決的地質(zhì)問題的地球物理特征—尋找適合的物探方法—分析物探信息—解決工程地質(zhì)問題。在以案例為主線的教學(xué)過程中，從尋找適合的物探方法開始，使學(xué)生們參與到教學(xué)中，從而達(dá)到學(xué)習(xí)和掌握物探方法的目的。

在《工程物探》課程教學(xué)中使用案例教學(xué)方法，包括以下幾個環(huán)節(jié)：找到合適的教學(xué)案例;設(shè)計案例學(xué)習(xí)中的關(guān)鍵內(nèi)容;引出合適的物探方法;學(xué)習(xí)某種物探方法原理及分析物探成果;歸納總結(jié)物探方法解決工程地質(zhì)問題的特點。

1.提出具有典型意義的教學(xué)案例。《工程物探》這門課的授課對象是勘查技術(shù)與工程水工專業(yè)的學(xué)生。他們已經(jīng)具備了水文、工程地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)，并已經(jīng)學(xué)習(xí)了一些勘查方法，對本專業(yè)需要解決的地質(zhì)問題比較熟悉;在大學(xué)期間，還學(xué)習(xí)了大學(xué)物理，具備了學(xué)習(xí)地球物理知識的基礎(chǔ)，只要加以引導(dǎo)，就可以將工程地質(zhì)問題與介質(zhì)的物理性質(zhì)聯(lián)系起來。因此，用案例教學(xué)方法教授《工程物探》課程，首先要選好案例。

首先選擇的案例所解決的工程地質(zhì)問題應(yīng)該是有代表性、學(xué)生普遍了解的工程地質(zhì)問題。這些案例中的物探方法有效性非常突出，一般具有較高的經(jīng)濟(jì)價值和現(xiàn)實意義，學(xué)生很容易對物探方法的特點留下深刻的印象。第二，所選擇的案例需要解決的地質(zhì)問題是有一定難度的，不僅需要多種勘探方法配合，還必須采用物探方法。第三，案例具備課最重要的基礎(chǔ)在于讓學(xué)生理解巖土介質(zhì)的巖土成分、結(jié)構(gòu)和膠結(jié)物質(zhì)等方面的差異如何表現(xiàn)為巖、土物理性質(zhì)上的差異;這些物理性質(zhì)的差異如何被測量出來，測量出的信息如何理解。這些概念對各種物探方法的后續(xù)知識的學(xué)習(xí)有非常重要的基礎(chǔ)性作用，需要反復(fù)強(qiáng)調(diào)。方法介紹、公式推導(dǎo)在比較好的概念基礎(chǔ)上更容易被學(xué)生接受。

2.設(shè)計案例學(xué)習(xí)中的關(guān)鍵內(nèi)容。在《工程物探》課程案例教學(xué)過程中，教師設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容為：第一，案例所代表的某種類型的工程地質(zhì)問題的地質(zhì)特征。提出案例后，首先分析案例中工程地質(zhì)問題的工程地質(zhì)特征，這部分內(nèi)容是學(xué)生熟悉的，要求學(xué)生分析地質(zhì)信息的差異。例如，以探測大型廠址內(nèi)隱伏斷裂為例，要求學(xué)生分析覆蓋層與基巖的巖性差異、斷裂帶兩側(cè)的地層及巖性差異、斷裂破碎帶與兩側(cè)的巖性差異。第二，分析各種地質(zhì)差異與地球物理特性的關(guān)系。結(jié)合具體的地質(zhì)或巖性差異講解物性差異，即給出案例中的地球物理方法解決地質(zhì)問題的依據(jù)。然后給出案例中的物探成果。以綜合剖面顯示的物探異常與地質(zhì)剖面的關(guān)系，較直觀地說明了物探方法的有效性。例如，在尋找隱伏斷裂的工作中，斷裂破碎帶與覆蓋層、及其兩側(cè)的完整巖石都有明顯的電性差異，在覆蓋層較薄的情況下，可以采用電阻率聯(lián)合剖面法和電阻率測深方法來確定斷裂位置、傾向和埋深等地層結(jié)構(gòu)參數(shù)。從物探圖件可以看到反映斷裂帶存在的明顯異常。學(xué)生們認(rèn)識到電阻率方法尋找斷裂的作用明顯，增強(qiáng)學(xué)生對地球物理方法的認(rèn)識，愿意進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)。第三，講授與案例有關(guān)的物探方法的基本原理、數(shù)據(jù)采集方法和儀器、方法特點和資料解釋技術(shù)。在這一部分物探方法的基本原理以物理分析為主，只給出關(guān)鍵的公式，并進(jìn)一步理解產(chǎn)生物理差異的原因。學(xué)什么還可以在實驗課了解物探儀器并學(xué)習(xí)獲得物探數(shù)據(jù)的方法。例如，尋找斷裂所的主要物探方法為電法，其中用于淺部勘探的電阻率法，所依據(jù)的物理差異是巖土層的導(dǎo)電性差異，斷裂破碎帶由于破碎巖石的導(dǎo)電性好于完整巖石，因此會產(chǎn)生良導(dǎo)體異常。

三、案例教學(xué)法的實現(xiàn)

對《工程物探》課程的案例教學(xué)方法研究探討了教學(xué)思路，以及教學(xué)過程的各個階段的關(guān)鍵問題，經(jīng)過實施，獲得了較好的教學(xué)效果。

根據(jù)2.1節(jié)中的原則，教師選擇5個與5種物探方法相關(guān)的案例。即采用電法勘探、地震勘探、重力、磁法勘探和放射性勘查等方法解決工程地質(zhì)問題的案例，其中有些案例為采用多種物探方法，進(jìn)行綜合應(yīng)用，配合鉆探方法，解決疑難工程地質(zhì)問題的案例。

提出案例后，學(xué)生在講解的是地質(zhì)特征、地層構(gòu)造、巖性等特點時，能夠積極發(fā)言，與教師一起分析工程地質(zhì)問題的地質(zhì)情況。給講解與之對應(yīng)的地球物理性質(zhì)打下良好基礎(chǔ)。教師重點分析地質(zhì)特征到地球物理特征后，分析巖土介質(zhì)的物理性質(zhì)差異，差異大小的作用，引導(dǎo)學(xué)生找到有針對性的解決問題的主要物理性質(zhì)的差異。

隨著案例數(shù)量的增加，學(xué)生逐步掌握各種物探方法。這時學(xué)生會發(fā)現(xiàn)一種工程問題可能可采用多種物探方法來解決。教師和學(xué)生一起分析比較各種物探方法的特點，這種歸納分析和對比應(yīng)該是全方面的，即包含技術(shù)層面：方法的有效探測深度、抗干擾能力、技術(shù)難點;也包含非技術(shù)層面：成本、施工難度等。力求讓學(xué)生對物探方法有較全面的認(rèn)識。

《工程物探》的實驗課加強(qiáng)學(xué)生對物探方法的感性認(rèn)識，通過實驗，可以直觀地了解物探方法的儀器設(shè)備、野外施工統(tǒng)計、數(shù)據(jù)采集方法及野外勘探的工作效率等信息。因此，在有條件的情況下，盡量選擇室外場地進(jìn)行實驗。

為了配合案例教學(xué)方法的實施，在實驗課程開始之前，教師要將實驗設(shè)計為具有特定勘探目標(biāo)的實際演練，這樣學(xué)生不僅關(guān)注儀器如何使用，也會關(guān)注如何分析采集到的信息。

四、結(jié)論

根據(jù)勘查技術(shù)與工程專業(yè)（水工方向）的“工程物探”課程的特點，結(jié)合學(xué)生的實際情況，在“工程物探”課程的教學(xué)中采用案例教學(xué)法。教師根據(jù)工程物探主要解決的工程和水文勘查實際問題給出有代表性的案例，每個案例突出某種物探方法。與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，《工程物探》是實踐性非常強(qiáng)的課程，案例教學(xué)法的優(yōu)勢十分突出，大大改善了教學(xué)效果，有利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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