案例教學法應用于“工程物探”課程教學的探索

程勃 呂玉增 丁彥禮

摘要：本文討論了勘查技術與工程專業（水工方向）開設工程物探課程的作用和特點，提出將案例教學法引入到“工程物探”課程教學的作用及教學實施方法。案例教學的過程為：以具體工程地質問題為案例—研究需要解決的地質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。并引導學生結合實際工程地質問題設計工程物探施工方法，調動了學生的學習主動性。案例教學方法獲得了較好的教學效果，有益于培養應用型人才。

關鍵詞：案例教學法;工程物探;教學改革;教學實踐

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：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、水文和環境地質調查的重要勘探方法之一。為了利用好地球物理方法，勘查技術與工程專業（水工方向）的學生開設了《工程物探》課程，這一課程是一門重要勘探方法課。同時也使學生通過本課程的學習，拓展學生的視野，了解和掌握物探方法技術，以便在勘查工作中結合物探方法技術解決工程地質學中的相關問題，有利于應用型人才的培養。[1]

對于水工方向的學生，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——如何解決工程地質問題——如何將分析解釋結果與工程地質問題結合起來。針對這種現狀，教師們提出一種：利用物探方法解決工程水文地質問題的實例為主線的教學方法，即案例教學法[2，3]。通過這些案例，有助于培養學生主動學習及參與課堂討論的興趣。

一、《工程物探》課程的特點及教學中存在的問題：

1.《工程物探》課程理論內容多，不易在短時間內掌握。該門課程幾乎涵蓋了應用地球物理學專業的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，常用于工程地質勘查的主要方法技術的電法勘探和地震勘探是主要講授內容，其他方法為輔助方法，只是簡單介紹。對于水工方向的學生而言，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問題，關鍵問題在于在具體的工程地質問題中，如何選擇最合適的、經濟快捷的物探方法。在課程理論內容多的情況下，教師必須有限的課時中，根據教學目的和關鍵問題對教學內容有所取舍，改進教學思路，研究教學方法。

2.《工程物探》課程實驗課時多，易于增強學生的感性認識。《工程物探》課程理論內容偏難，為了利于學生掌握這一方法，安排了5種地球物理方法的實驗課，讓學生直觀了解利用物探儀器獲得地球物理信息的方法、野外施工的設計及施工人員的配置等實際野外工作技術。學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，沒有進一步和水文、工程問題結合起來。在學生獲得了較多感性認識的基礎上，教師應利用這些實驗課程，進一步將學生的感性認識提高到對物探方法的理解、使用的水平上。

二、《工程物探》課程的案例教學方法研究

針對目前教學中存在的問題，教師認為，《工程物探》課程的教學需要調整教學思路，在有限的教學課時中，根據教學目的和關鍵問題對教學內容有所取舍：利用實驗課程，深化學生對物探方法的理解;聯系實際工程地質問題，使學生的學習關注點從物理概念轉移到與工程地質問題相關的物探方法上。以解決某種具體工程地質問題為案例：研究需要解決的地質問題的地球物理特征—尋找適合的物探方法—分析物探信息—解決工程地質問題。在以案例為主線的教學過程中，從尋找適合的物探方法開始，使學生們參與到教學中，從而達到學習和掌握物探方法的目的。

在《工程物探》課程教學中使用案例教學方法，包括以下幾個環節：找到合適的教學案例;設計案例學習中的關鍵內容;引出合適的物探方法;學習某種物探方法原理及分析物探成果;歸納總結物探方法解決工程地質問題的特點。

1.提出具有典型意義的教學案例?！豆こ涛锾健愤@門課的授課對象是勘查技術與工程水工專業的學生。他們已經具備了水文、工程地質學基礎，并已經學習了一些勘查方法，對本專業需要解決的地質問題比較熟悉;在大學期間，還學習了大學物理，具備了學習地球物理知識的基礎，只要加以引導，就可以將工程地質問題與介質的物理性質聯系起來。因此，用案例教學方法教授《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問題應該是有代表性、學生普遍了解的工程地質問題。這些案例中的物探方法有效性非常突出，一般具有較高的經濟價值和現實意義，學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在于讓學生理解巖土介質的巖土成分、結構和膠結物質等方面的差異如何表現為巖、土物理性質上的差異;這些物理性質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知識的學習有非常重要的基礎性作用，需要反復強調。方法介紹、公式推導在比較好的概念基礎上更容易被學生接受。

2.設計案例學習中的關鍵內容。在《工程物探》課程案例教學過程中，教師設計的關鍵內容為：第一，案例所代表的某種類型的工程地質問題的地質特征。提出案例后，首先分析案例中工程地質問題的工程地質特征，這部分內容是學生熟悉的，要求學生分析地質信息的差異。例如，以探測大型廠址內隱伏斷裂為例，要求學生分析覆蓋層與基巖的巖性差異、斷裂帶兩側的地層及巖性差異、斷裂破碎帶與兩側的巖性差異。第二，分析各種地質差異與地球物理特性的關系。結合具體的地質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問題的依據。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剖面的關系，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構參數。從物探圖件可以看到反映斷裂帶存在的明顯異常。學生們認識到電阻率方法尋找斷裂的作用明顯，增強學生對地球物理方法的認識，愿意進一步深入學習。第三，講授與案例有關的物探方法的基本原理、數據采集方法和儀器、方法特點和資料解釋技術。在這一部分物探方法的基本原理以物理分析為主，只給出關鍵的公式，并進一步理解產生物理差異的原因。學什么還可以在實驗課了解物探儀器并學習獲得物探數據的方法。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，所依據的物理差異是巖土層的導電性差異，斷裂破碎帶由于破碎巖石的導電性好于完整巖石，因此會產生良導體異常。

三、案例教學法的實現

對《工程物探》課程的案例教學方法研究探討了教學思路，以及教學過程的各個階段的關鍵問題，經過實施，獲得了較好的教學效果。

根據2.1節中的原則，教師選擇5個與5種物探方法相關的案例。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問題的案例，其中有些案例為采用多種物探方法，進行綜合應用，配合鉆探方法，解決疑難工程地質問題的案例。

提出案例后，學生在講解的是地質特征、地層構造、巖性等特點時，能夠積極發言，與教師一起分析工程地質問題的地質情況。給講解與之對應的地球物理性質打下良好基礎。教師重點分析地質特征到地球物理特征后，分析巖土介質的物理性質差異，差異大小的作用，引導學生找到有針對性的解決問題的主要物理性質的差異。

隨著案例數量的增加，學生逐步掌握各種物探方法。這時學生會發現一種工程問題可能可采用多種物探方法來解決。教師和學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該是全方面的，即包含技術層面：方法的有效探測深度、抗干擾能力、技術難點;也包含非技術層面：成本、施工難度等。力求讓學生對物探方法有較全面的認識。

《工程物探》的實驗課加強學生對物探方法的感性認識，通過實驗，可以直觀地了解物探方法的儀器設備、野外施工統計、數據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行實驗。

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

四、結論

根據勘查技術與工程專業（水工方向）的“工程物探”課程的特點，結合學生的實際情況，在“工程物探”課程的教學中采用案例教學法。教師根據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。與傳統教學方式相比，《工程物探》是實踐性非常強的課程，案例教學法的優勢十分突出，大大改善了教學效果，有利于應用型人才的培養。

參考文獻：

[1]張致付，孟小紅，郭良輝.“地球物理學”課程在地質學專業中的教學實踐探討[J].中國地質教育，2008，（3）：79-81.

[2]湯崇輝，魏曉捷.案例教學法在神經外科實習帶教中的應用[J].當代醫學，2011，17（9）：162-163.

[3]李鵬飛，李正中，鄔紅，等.工程案例在“電力電子技術”課堂教學中的應用探討[J].中國電力教育，2011，（25）：101-102.

[4]陸俊元.案例教學法的本質特征及其適用性分析[J].中國職業技術教育，2007，（284）：22-24.