地球物理類專業(yè)野外專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)一體化模式的探索

馬國(guó)慶 李麗麗

摘 ? 要：地球物理是通過(guò)觀測(cè)得到的重、磁、電、震等場(chǎng)的變化來(lái)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(wèn)題。地球物理野外實(shí)習(xí)是對(duì)理論知識(shí)實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)，是發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題的主要過(guò)程。現(xiàn)今的地球物理實(shí)習(xí)是面向?qū)嶋H地質(zhì)問(wèn)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?yàn)閷W(xué)生難以檢驗(yàn)所反演結(jié)果的可靠性，學(xué)生難以清晰地認(rèn)識(shí)地球物理不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)、分辨能力等問(wèn)題，從而無(wú)法全面的了解地球物理方法。經(jīng)過(guò)多年參與地球物理實(shí)習(xí)，摸索出地球物理專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)一體化的教學(xué)模式，其通過(guò)在實(shí)習(xí)中增加野外實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)來(lái)提高學(xué)生對(duì)專業(yè)的認(rèn)知，在野外環(huán)境下通過(guò)預(yù)埋地質(zhì)體的方式讓學(xué)生利用儀器進(jìn)行探測(cè)，對(duì)比不同采樣點(diǎn)距、不同儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，并對(duì)比不同方法反演結(jié)果與實(shí)際結(jié)果的差異，從而認(rèn)識(shí)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(shí)到專業(yè)知識(shí)的差距和欠缺，從而引起思想的變化，達(dá)到學(xué)生實(shí)習(xí)綜合訓(xùn)練的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：地球物理 ?實(shí)驗(yàn) ?實(shí)習(xí) ?一體化

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

地球物理學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)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(gè)高校的地球物理實(shí)習(xí)大多注重?cái)?shù)據(jù)采集、處理與解釋的實(shí)質(zhì)性工作[]，而對(duì)于學(xué)生理解問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)較欠缺，特別是缺少實(shí)際數(shù)據(jù)處理與解釋結(jié)果真實(shí)性的驗(yàn)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(wèn)題，缺乏一個(gè)明確的驗(yàn)證過(guò)程，并不能很系統(tǒng)地完成整個(gè)實(shí)習(xí)過(guò)程，在數(shù)據(jù)處理與解釋中難以驗(yàn)證結(jié)果以及方法的應(yīng)用效果，也無(wú)法判斷結(jié)果的正確性，并不能有效地的舉一反三，缺乏對(duì)知識(shí)的欲望和學(xué)習(xí)動(dòng)力等，這樣就無(wú)法很好的達(dá)到地球物理專業(yè)實(shí)習(xí)培養(yǎng)要求，所以這種實(shí)習(xí)模式對(duì)于接受高等教育的大學(xué)生來(lái)講是不足的。

針對(duì)地球物理專業(yè)實(shí)習(xí)當(dāng)中存在的上述不足，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和對(duì)實(shí)際問(wèn)題的解決能力，使學(xué)生的實(shí)踐能力在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中得到充分的鍛煉，為此提出地球物理類專業(yè)野外實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)一體化的實(shí)習(xí)教學(xué)模式。在實(shí)習(xí)過(guò)程中開(kāi)展預(yù)埋目標(biāo)體的重、磁、電、震探測(cè)，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生實(shí)驗(yàn)點(diǎn)距、測(cè)量方式對(duì)結(jié)果的影響以及所測(cè)量結(jié)果與理論結(jié)果的差異，尋找差異的原因，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與解釋結(jié)果均衡來(lái)驗(yàn)證是否正確，讓學(xué)生根據(jù)已知的地質(zhì)目標(biāo)設(shè)計(jì)勘探方法，評(píng)估數(shù)據(jù)的正確性與有效性，驗(yàn)證處理與反演結(jié)果的精度，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，通過(guò)已知結(jié)果來(lái)推斷未知，從而達(dá)到真正培養(yǎng)學(xué)生研究與解決問(wèn)題的能力，為國(guó)家培養(yǎng)綜合素質(zhì)人才。

1 ?地球物理野外專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)一體化模式

在我校現(xiàn)行的四年制地球物理類專業(yè)本科教學(xué)計(jì)劃中，專業(yè)生產(chǎn)實(shí)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(shí)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(shí)后經(jīng)過(guò)野外實(shí)習(xí)來(lái)加強(qiáng)學(xué)生野外知識(shí)技能的訓(xùn)練，以及對(duì)課本知識(shí)的理解。目前地球物理勘探實(shí)習(xí)主要針對(duì)地球物理工作流程開(kāi)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(gè)過(guò)程。現(xiàn)今的實(shí)習(xí)模型學(xué)生僅僅學(xué)會(huì)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(shí)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(shí)際問(wèn)題的能力，提出地球物理野外專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)一體化模式，對(duì)實(shí)習(xí)內(nèi)容作出如下的調(diào)整，按照7天一個(gè)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以磁法實(shí)習(xí)安排為例（見(jiàn)表1）。

實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)一體化的模式相對(duì)以往實(shí)習(xí)主要存在以下幾個(gè)方面的改變：

（1）野外生產(chǎn)實(shí)習(xí)前引入野外實(shí)驗(yàn)。

按照正常的教學(xué)實(shí)習(xí)組織地球物理專業(yè)的學(xué)生參與生產(chǎn)實(shí)習(xí)，對(duì)實(shí)習(xí)的內(nèi)容有所改變，通過(guò)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(jì)數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)距，正確使用儀器開(kāi)展數(shù)據(jù)采集。

（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果明確實(shí)際測(cè)量中問(wèn)題。

對(duì)比不同條件下異常與地質(zhì)體的對(duì)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(lái)自于哪里，點(diǎn)距不同、高度不同、環(huán)境干擾帶來(lái)的誤差的差異，例如磁法勘探時(shí)候遇到高壓線交變磁場(chǎng)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(guò)程中去除誤差。

（3）討論結(jié)果、明確理論和實(shí)際的區(qū)別及注意事項(xiàng)。

實(shí)習(xí)后組織學(xué)生進(jìn)行PPT匯報(bào)，重點(diǎn)要突出對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的認(rèn)識(shí)和理解，講述在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)如何去除干擾因素，如何減少計(jì)算結(jié)果與理論結(jié)果的差距，在后續(xù)的生產(chǎn)實(shí)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(gè)方面，對(duì)于實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)一體化模式有何建議。

2 ?以磁法勘探為例探索實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)一體化模式的應(yīng)用效果

本次實(shí)驗(yàn)和實(shí)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(kāi)，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(tái)北部燕山沉降帶東段。遼寧又是中、新生代時(shí)期中國(guó)東部大陸邊緣活動(dòng)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(shí)驗(yàn)在空曠地區(qū)進(jìn)行，主要是試驗(yàn)不同的采樣點(diǎn)距、不同的采集高度對(duì)觀測(cè)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(diǎn)位的設(shè)計(jì);

（3）按小組不同點(diǎn)距、不同測(cè)量高度的磁法數(shù)據(jù)采集;

（4）采用計(jì)算機(jī)繪制不同觀測(cè)條件下的異常分布;

（5）根據(jù)測(cè)量結(jié)果可知，評(píng)估采用哪個(gè)高度進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)的采集。

通過(guò)本次的實(shí)習(xí)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)點(diǎn)，主要存在以下幾個(gè)方面的提升：

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

引入已知地質(zhì)體的實(shí)際測(cè)量實(shí)驗(yàn)，在理論條件下可計(jì)算出預(yù)埋地質(zhì)體在不同高度上的異常形態(tài)，通過(guò)野外環(huán)境下實(shí)際測(cè)量得到的異常，對(duì)比理論計(jì)算和實(shí)際結(jié)果的差異，尋找差距產(chǎn)生的真實(shí)原因，明確理論和實(shí)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(shí)習(xí)是直接獲得一個(gè)觀測(cè)高度上的異常，難以去探索觀測(cè)異常與地質(zhì)體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而通過(guò)已知地質(zhì)體的野外實(shí)驗(yàn)，明確了不同高度異常受何種因素的影響較大，學(xué)生通過(guò)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(dòng)手、分析和解決野外實(shí)際問(wèn)題的能力。

學(xué)生根據(jù)已知地質(zhì)體的大小自主設(shè)計(jì)采樣合理的點(diǎn)距和線距，并根據(jù)異常形態(tài)設(shè)計(jì)不同的采樣高度，有效地理論聯(lián)合實(shí)際，并分析異常的特征，推斷地質(zhì)體的解釋，在綜合分析問(wèn)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(shí)際。

在本次實(shí)驗(yàn)中，明確了理論異常和實(shí)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(shí)轉(zhuǎn)移到實(shí)際應(yīng)用。

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

本次實(shí)驗(yàn)是通過(guò)多人協(xié)作完成的，互有分工，通過(guò)協(xié)作來(lái)完成同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力得到培養(yǎng)。

（6）培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)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(shí)習(xí)中重要的環(huán)節(jié)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件形成圖件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析。

3 ?結(jié)語(yǔ)

地球物理類專業(yè)野外實(shí)驗(yàn)實(shí)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(duì)競(jìng)爭(zhēng)激烈的就業(yè)市場(chǎng)。地球物理專業(yè)培養(yǎng)的是具備堅(jiān)實(shí)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(shí)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)校或相關(guān)的技術(shù)和行政部門從事科研、教學(xué)、技術(shù)開(kāi)發(fā)和管理工作的高級(jí)專門人才。地球物理是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)以提高學(xué)生的動(dòng)手能力和處理實(shí)際問(wèn)題、分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，是對(duì)整個(gè)專業(yè)加深了解、拓寬知識(shí)面的過(guò)程，使之能更好地適應(yīng)畢業(yè)后的實(shí)際工作，是一個(gè)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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