《重磁勘探》實驗教學探討與研究

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》是勘查技術與工程專業（物探方向）的主干課程之一，是一門理論與實踐結合非常緊密的課程，其中，實驗教學是該課程體系中的重要一環。為了使學生能夠牢固掌握《重磁勘探》的基礎知識和基本技能，文章對實驗體系和教學內容、實驗教學方法、實驗教學管理和實驗教學評價等方面進行研究與探討，提升《重磁勘探》實驗教學效果。

關鍵詞：重磁勘探；實驗教學；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：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》是勘查技術于工程專業（物探方向）的核心課程之一[1]，是一門理論與實踐結合非常緊密的課程[2]。因此，在本專業的人才培養體系以及課程大綱中，《重磁勘探》實驗教學是整個課程體系中的重要一環，是對理論教學的必要補充。《重磁勘探》實驗教學的主要目的為：通過實驗使學生了解重力儀和磁力儀的基本原理和結構；掌握重力儀和磁力儀的操作，野外數據采集方法與過程；掌握重力數據和磁法數據的初步整理及異常獲得的內容、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；通過編輯空間域和波數域的數據處理程序，掌握不同處理方法的效果[2]。實驗安排與理論課程相關，一般在理論后講授完相關的內容后，緊接著做相應的實驗，這樣可以通過實驗加深對《重磁勘探》相關知識點的了解與掌握。為了達到上述目的，桂林理工大學勘查技術與工程（物探）教研室，對《重磁勘探》課程實驗教學做了研究與探討。

一、《重磁勘探》的實驗體系與教學內容

《重磁勘探》實驗體系的構建緊密結合勘查技術與工程專業設置的人才培養計劃、學校辦學定位思想，理論和實驗教學環節相互呼應，完美銜接，注重培養學生的動手實踐能力和創新創造能力。

實驗教學內容改革遵從“夯實專業基礎、開拓創新思維、培養科技創新能力、強化實踐教學、提高工程實踐能力”的指導思想，按照勘查技術與工程專業人才培養目標和課程體系設計的要求，對《重磁勘探》系列課程的教學內容進行重新規劃和組織，編制《重磁勘探》實驗指導書，并結合企業生產實際設計《重磁勘探》課程實驗教學內容，包括儀器認識與操作、數據采集、數據整理與異常獲得、重磁異常認識以及重磁反演方法等。使學生通過學習《重磁勘探》實驗，掌握重磁勘探的思維方式并提高工程實踐能力。按照上述指導思想，設立了8個實驗項目（表1），由于實驗課時限制，除了2個儀器認識與操作實驗外，其余6個項目中選做3個，另外鼓勵學生在課外完成剩下的實驗項目。從表1可以看出，所設計的實驗內容基本上涵蓋了上述內容，按照實驗體系完成教學，完全可以達到課程的目的。通過實驗課程的學習和操作，學生可以加深對理論知識的理解，并對《重磁勘探》由數據采集的資料解釋這一過程進行了解。

二、《重磁勘探》的實驗教學方法

《重磁勘探》實驗采用多元化的教學方式[3]。針對理論課程中的某一知識點，開展實驗設計、實驗指導、實驗驗證和總結分析的方法，引導學生理論聯系實際，全面深入地了解重磁儀器、野外工作設計、數據采集、數據處理及資料解釋的思路，從而增強學生對《重磁勘探》的感性認識，培養與提高學生分析問題和解決問題的能力。

（一）儀器認識與操作實驗的教學方法

教師采用授課和實物觀測的方法，讓學生了解重磁儀器的基本原理和結構。采用演示的方式，讓學生了解儀器的操作步驟與注意事項。在上面的基礎上，讓學生設計一個測網，測網中，測線的多少由安排的組數決定，一般一個組一條測線，線距根據場地而定（一般為5-10米），每條測線上測點個數約20個，測點間距2-5米。準備完以后，讓學生按照儀器操作的規范和流程采集數據，每組學生采集一條測線，每條測線采集兩次，一方面讓每個同學有機會操作儀器，另一方面，可以檢查觀測精度。室外數據采集完畢后，要求學生編寫實驗報告。報告內容主要包括實驗目的、實驗內容、實驗步驟以及分析。在實驗分析部分，要求學生對所采集的數據進行簡單的處理和誤差分析。簡單處理包括綜合零點漂移校正、日變校正，繪制異常剖面圖和異常平面圖，對曲線的異常形態進行簡單的描述。通過這類實現，學生掌握了儀器的操作流程、方法和注意事項，對野外數據觀測的基本過程有所了解，并學習重磁數據的初步處理的方法和過程，對異常形態的認識和描述均有感性認識。

（二）電算實驗的教學方法

電算實驗主要包括重磁異常的正演計算以及數據處理實驗。首先，對實驗內容進行回顧，組織學生對程序流程進行討論，然后上機編程實現。以重力異常正演計算為例，一般要求讓學生編制臺階的重力異常程序，計算重力異常并進行評價。首先，要跟學生明確要計算的物理量（有些學生可能第一次編制專業方面的程序，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上的值。然后要明確需要輸入的變量（這些變量包括測點的坐標，臺階的上下低埋深，臺階頂角的坐標，臺階的傾角，臺階的剩余密度等）。舉例說明1-3點的重力異常值的計算過程，然后過度到采用循環的方式計算所有測點上的異常值，這樣就可以讓學生很容易掌握循環的思路。在上機之前，學生分組討論整個程序的框架，選出合理的框架指導編程。通過前面的準備，一般來說程序可以很快編制出來。程序運行后，可以對程序的可靠性進行評價，主要通過書上的例子進行試算和對比。在程序正確的前提下，對一些模型和書上的結論進行計算和驗證，加深對臺階異常特征的認識。其他的電算實驗內容也是基本上遵循上述方法和過程進行教學。應該說，通過這些實驗，學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到的效果的理解。

（三）異常獲得實驗的教學方法

異常獲得實驗主要包括重力異常獲得實驗和磁力異常獲得實驗，主要目的是通過實驗，使學生掌握異常獲得的方法，計算過程及注意事項的。主要采取引導-討論-手動計算的方式進行教學。以磁異常的獲得實驗教學為例。首先，引導學生要通過哪項處理才能獲得磁異常。然后，對學生進行分組對磁異常獲得的方法進行討論，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，結合實際的例子進行計算。為了便于理解，要求所有的計算均采用手動計算的方法進行計算。通過這類實驗的學習，學生基本上能夠掌握磁異常或重力異常的獲得的思路、方法和途徑。

三、《重磁勘探》實驗教學管理

實驗教學與理論教學之間相互獨立、相互依存和相互促進[4]。在整個專業課程體系中，由于《重磁勘探》實驗主要依附于理論教學，為加深理論的理解而設定的。因而實驗課程的開設時間一般不早于理論課程的教學，但也不晚太長時間。

在實驗之前，要求指導老師和實驗室管理人員做好充分準備。比如在儀器操作和認識的實驗中，要保證儀器完好，要有充足的電量以保證實習的運行。在電算類實驗中，保證計算機能滿足所有學生的使用，電腦上安裝的軟件可以讓學生完成電算實驗。實驗結束后，對實驗器材進行整理。

良好的實驗教學紀律是實驗效果的保障之一。因此，《重磁勘探》的實驗教學要求嚴格的課堂紀律，每次實驗教學均對學生進行考勤，一般來說不允許請假，對于遲到和早退的情況，均會在實驗成績上面體現。鼓勵學生勇于發言和勤于思考。此外，對學生的一些規范必須嚴格執行，比如必須做到實驗前預習；在磁力儀的認識與操作中，學生身上不能有金屬飾件（金屬邊框的眼鏡、手機、皮帶扣等）；實驗報告必須保質保量按時提交等等。

四、《重磁勘探》實驗教學評價

《重磁勘探》課程實驗作為理論教學的重要一環，實驗成績是《重磁勘探》課程成績的重要組成部分，占課程總成績的25%。《重磁勘探》課程實驗成績劃分為以下2個部分：1. 平時實驗技能考察部分（占總成績的50%），主要考察學生的出勤情況、實驗態度、實驗操作和實驗技能的掌握。2. 實驗報告（占總成績的50%），主要考察學生對《重磁勘探》課程實驗內容、實驗物理現象的理解與分析能力及對實驗數據處理和綜合分析問題的能力。

五、結束語

《重磁勘探》實驗教學是課程教學的重要一環，主要是為了使學生加深對《重磁勘探》的基本知識和基本技能的掌握，培養學生創新精神和實踐能力。為了提高實驗教學質量和效果，應該不斷地對實驗體系進行研究與探索，應系統設置和優化實驗課程體系，合理安排實驗教學內容，豐富教學方法與手段。在實驗教學過程中，應該嚴格遵守實驗教學制度，并做好實驗教學評價。通過不斷加強教學研究與改革，提升《重磁勘探》課程實驗教學的效果。

參考文獻：

[1]崔燕麗.《重磁勘探》課程教學改革的探索與實踐[J].長沙鐵道學院學報（社會科學版），2010，11（1）：161-162.

[2]宋紅偉，張占松.《地球物理測井》實驗教學改革探討[J].長江大學學報（自科版），2013，10（22）：138-139.

[3]方根顯.地球物理勘探課程群教學內容改革的研究[J].東華理工大學學報（社會科學版），2008，27（3）：273-275.

[4]賈豫葛.基于翻轉課堂的《重磁勘探》教學設計[J].教育教學論壇，2018，7：182-185.

[5]付茂如，張平松，吳榮新，等.地學專業地球物理類課程課內實驗教學認識[J].高教學刊，2016（01）：95-96.

[6]黃航，杜曉娟，張旭.重、磁數據處理綜合性設計性實驗的研究與實踐[J].高教學刊，2015（17）：220-221.