以應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)為導向的電法勘探實驗教學改革探究

摘 要：電法勘探是應用型交叉學科，以培養(yǎng)適應產(chǎn)業(yè)發(fā)展的應用型人才是該課程的首要目標，該文主要針對該課程實驗教學中存在的問題進行研究和探討。傳統(tǒng)模式的實驗教學多缺乏綜合性和研究性實驗，實驗內(nèi)容也與生產(chǎn)實際脫節(jié)，難以滿足應用型人才的培養(yǎng)需求。因此，該文提出深化實驗教學內(nèi)容改革、建立虛實互補的實驗教學體系、增加開放型實驗模式、積極開展課外科研活動和加強實踐實驗人才隊伍建設等措施，以加強學生的動手能力和創(chuàng)新意識，提高實驗質(zhì)量，突出專業(yè)特色性和重要性。該文的研究和探討為電法勘探課程的實驗教學提供支撐，也為應用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供重要的參考和指導。

關鍵詞：電法勘探實驗；教學改革；應用型創(chuàng)新人才；人才培養(yǎng)；實驗教學

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）30-0074-04

Abstract： Electric Exploration is an interdisciplinary applied course， and cultivating applied talents that can adapt to industrial development is the primary goal of the course. This article mainly focuses on the problems in the experimental teaching of this course and conducts research and discussion on them. The traditional mode of experimental teaching often lacks comprehensive and research-based experiments. The experimental content is also disconnected from production reality， making it difficult to meet the needs of cultivating applied talents. Therefore， this article proposes measures such as deepening the reform of experimental teaching content， establishing a complementary virtual-real experimental teaching system， increasing open experimental modes， actively carrying out extracurricular scientific research activities， and strengthening the construction of practical experimental talent teams to strengthen students' practical skills and innovative consciousness， improve experimental quality， and highlight the professional characteristics and importance of the course. This article's research and discussion support the experimental teaching of the Electric Exploration course and provide important references and guidance for cultivating applied innovative talents.

Keywords： electrical prospecting experiment; teaching reform; applied innovative talents; personnel training; experimental teaching

基金項目：江西省高等學校教學改革研究課題“‘線上+線下’混合式教學模式下自主學習能力的深度構建研究——以《電法勘探》為例”（JXJG-22-6-3）、“新媒介時代下基于‘三平臺四融合’的人機交互混合式地球物理學專業(yè)核心課程教學改革研究”（JXJG-22-6-6）；江西省學位與研究生教育教學改革研究項目“基于‘五維’協(xié)同的地球物理學研究生課程思政體系構建研究——以《勘查地球物理數(shù)據(jù)處理與解釋》為例”（JXYJG-2022-113）

第一作者簡介：王顯祥（1986-），男，漢族，山東巨野人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為地球物理專業(yè)教學與科學研究。

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和國家對能源戰(zhàn)略的重視，勘查技術與工程專業(yè)的重要性日益凸顯。作為應用型交叉學科，勘查技術與工程專業(yè)是保證國家戰(zhàn)略資源的重要技術手段，其首要目標是培養(yǎng)適應產(chǎn)業(yè)發(fā)展的應用型人才[1-6]。東華理工大學（以下簡稱“我校”）勘查技術與工程專業(yè)是一門老牌優(yōu)勢專業(yè)，起源于建校之初的“放射性地球物理勘探”，經(jīng)過多年的發(fā)展和歷練，于1998年更名為“勘查技術與工程”，2011年入選國家“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，2017年通過工程認證，2020年入選國家一流專業(yè)。60多年來，我校形成了一套完整的以（核）資源勘查及應用為特色，兼顧工程地質(zhì)勘查、環(huán)境檢測與監(jiān)測、地質(zhì)災害勘查和工程結(jié)構病害檢測等的人才培養(yǎng)體系。

在勘查技術與工程專業(yè)的課程體系中，電法勘探是一門必修的專業(yè)核心課程，也是本專業(yè)學生必須掌握的重要地球物理勘查方法之一[7-10]。該課程既是一門觀測科學，需要使用儀器設備對地球內(nèi)部、地表和空中的電場、磁場及電磁場進行觀測，又是一門理論性很強的科學，需要極強的數(shù)學功底將觀測的電、磁場資料與地球內(nèi)部電磁性結(jié)構建立聯(lián)系，做出合理的地質(zhì)解釋。經(jīng)過40多年的探索與實踐，電法勘探在教學方法上已形成了自己的特色，是我校歷史悠久的一門精品課程。本文將從電法勘探實驗中存在的問題、改革舉措等方面對其進行探討，旨在進一步提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)更多高素質(zhì)的勘查技術與工程人才，為我國資源勘查和經(jīng)濟發(fā)展作出更大的貢獻。

一 電法勘探實驗中存在的問題

電法勘探作為一門實踐性極強的課程，旨在培養(yǎng)適應產(chǎn)業(yè)發(fā)展的應用型人才。電法勘探歷史悠久，種類繁多，廣泛應用于地下水、油氣、煤、金屬礦和非金屬礦等勘探領域。近年來，隨著電法勘探技術的發(fā)展，出現(xiàn)了眾多新的勘探手段與技術。與此同時，資源的枯竭也迫使人類去勘探開發(fā)更深、條件更艱苦的新型資源，對該專業(yè)人才的要求也越來越高。

為培養(yǎng)實踐和創(chuàng)新能力的人才，實踐教學成為必不可少的途徑之一。依照“理論指導實踐，實踐升華理論”的教學理念，實驗教學是鞏固理論知識、培養(yǎng)動手能力的重要環(huán)節(jié)[11-16]。同時，加強實踐教學也是培養(yǎng)學生解決工程問題、建立科學素養(yǎng)及創(chuàng)新意識的重要途徑。然而，當前實驗教學仍停留于傳統(tǒng)模式，發(fā)展持續(xù)性不足，已不能滿足產(chǎn)業(yè)對應用人才的要求。因此，如何在現(xiàn)有條件下改革實驗內(nèi)容、拓展實驗手段，加強學生的動手能力和創(chuàng)新意識，成為當前亟待解決的問題。

我們通過對2011級和2012級兩個年級的畢業(yè)生和用人單位追蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，用人單位普遍反映畢業(yè)生具有扎實的理論功底，工程實踐能力卻較差，且缺乏理論聯(lián)系實際的能力，需要較長的時間適應工作崗位。通過對先前電法勘探教學的反思，認為應該是實踐環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，歸納原因如下。

多以驗證性實驗為主，缺乏綜合性和研究性實驗。在現(xiàn)有的教學大綱中，以驗證性實驗為主，綜合性實驗較少，更缺乏研究性實驗。實驗前，指導教師已準備好實驗儀器、實驗內(nèi)容和步驟，學生只需按部就班地完成規(guī)定內(nèi)容即可，因為實驗結(jié)果已知，實驗中學生普遍缺乏積極性，這實際上也不利于學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

新技術、新方法、新理論在實驗教學中沒有得到充分的體現(xiàn)，實驗內(nèi)容仍以傳統(tǒng)方法為主，新技術占比較少。電法勘探可分為電阻率法、激發(fā)極化法、自然電場法、充電法及電磁法。前四種方法為傳統(tǒng)方法，勘探深度淺，探測效率低，在實際生產(chǎn)中應用也越來越少。而電磁法作為近年來的新方法，因其探測深度深和探測效率高得到了普遍應用，當前研究的熱點和難點也都集中在該方法中。受慣性思維影響，有2/3的實驗課時集中在傳統(tǒng)方法上，由于教學內(nèi)容落后于生產(chǎn)實際，使得畢業(yè)生要經(jīng)過很長時間才能適應工作。

電法實驗設備通常存在價格g8Y+/aZdrpqFXX5ETJgC9w==貴、維護費用高、更新難等問題，導致實體設備套數(shù)有限，從而制約了電法勘探實驗教學水平的提高，影響了實驗教學的效果。由于設備價格較貴，EH4與Terra-TEM等儀器只購買了一臺，實驗時普遍存在十余人操作同一臺儀器的現(xiàn)象。為了在規(guī)定教學課時內(nèi)順利完成實驗安排的內(nèi)容，只有少數(shù)同學可以對儀器操作，大多數(shù)情況下是一人操作眾人圍觀的局面。這一方面打擊了專業(yè)學生對實驗的積極性，另一方面，學生遇到新儀器，特別是難操作的儀器不免產(chǎn)生緊張情緒和畏懼心理。

電法勘探實驗也存在著重采集輕處理的問題。電法勘探是一門應用性極強的學科，以解決工程問題為目的。教學大綱中普遍規(guī)定了數(shù)據(jù)采集部分的內(nèi)容，乃至數(shù)據(jù)采集的步驟和工作量，而忽視了數(shù)據(jù)處理部分。實驗結(jié)束后，指導教師基本忽略了數(shù)據(jù)的處理與分析，這導致學生做完實驗后沒有充分挖掘數(shù)據(jù)中蘊含的信息，極大地降低了實驗效率，使得學生無法理解實驗的真正意義，也無法提高學生處理實驗數(shù)據(jù)的能力，為他們將來走向?qū)嶋H崗位埋下了隱患。

二 具體教學改革

實踐教學是深化課堂教學、保障教學質(zhì)量、培養(yǎng)高素質(zhì)應用型專門人才的重要環(huán)節(jié)，學生的動手能力、綜合應用能力和創(chuàng)新思維能力必須通過相應的實踐教學環(huán)節(jié)訓練而獲得。

（一） 迎合產(chǎn)業(yè)發(fā)展，深化實驗教學內(nèi)容改革

在實踐教學中，東華理工大學積極開展校企合作，與企業(yè)建立穩(wěn)定的聯(lián)系，了解生產(chǎn)單位對于人才需求的變化和實際應用中存在的問題和難點，根據(jù)實際需求及時調(diào)整實驗內(nèi)容和方向，確保學生掌握最新、最實用的技能和知識。近年來隨著電法勘探技術的迅速發(fā)展，一些實驗內(nèi)容已與產(chǎn)業(yè)界技術的發(fā)展脫節(jié)，電阻率剖面法和測深法在實際應用中已很少部署，而電磁法日益成為研究的熱點和難點。為此，課題組以2018版教學大綱修訂為契機，對現(xiàn)有實驗課程內(nèi)容調(diào)整與融合，對于過時的實驗方法進行了調(diào)整和壓縮，將業(yè)內(nèi)最新的、最實用的技術增加到實驗教學環(huán)節(jié)，電磁法的占比由原來的1/3增加到現(xiàn)在的2/3。

本專業(yè)按照“基礎型、綜合設計型、創(chuàng)新型”三個層次設置實驗課程，減少基礎型實驗比重，重點增設綜合設計型和創(chuàng)新型實驗，同時逐步提高實驗難度，培養(yǎng)學生的獨立思考和解決問題的能力。在實驗大綱中增加數(shù)據(jù)處理部分的內(nèi)容，指導教師可利用課余時間采取錄屏的方式完成對學生的指導，對于業(yè)界應用較廣、處理技術相對復雜的實驗，增加上機實驗課程，確保學生能夠熟練掌握實驗數(shù)據(jù)的處理和分析技能。此外，還強化了實驗報告要求，在撰寫實驗報告時，要求學生完成數(shù)據(jù)的處理與分析，實驗報告中對結(jié)果做出合理解釋。

教學團隊及時更新實驗室儀器設備，保證實踐教學的軟硬件數(shù)量和質(zhì)量不斷更新，滿足教學要求和學生需求。對于業(yè)內(nèi)最新的、最實用的技術，積極增加到實驗教學環(huán)節(jié)中。學校每年下?lián)芤欢ǖ脑O備采購經(jīng)費和設備維修費用，用于實驗室儀器設備的維護和更新，保證實踐教學的軟硬件數(shù)量和質(zhì)量不斷更新，滿足教學要求。實驗室擁有V8多功能電法儀、EH4電導率成像儀、MTU-5A大地電磁和TerraTEM瞬變電磁系統(tǒng)等一批用于科研與學生科技創(chuàng)新的先進儀器設備。

2014版與2018版電法勘探實驗安排對比詳見表1。

（二） 開發(fā)虛擬實驗教學軟件，建立虛實互補的實驗教學體系

隨著計算機技術的不斷發(fā)展以及新型互聯(lián)網(wǎng)技術的普及，數(shù)字化和虛擬現(xiàn)實技術的進一步發(fā)展，技術革新推動了虛擬技術和互聯(lián)網(wǎng)應用越來越多地進入課堂教學。針對電法勘探儀器設備臺套數(shù)少、設備昂貴的問題，課程組編制了電法勘探虛擬仿真演示軟件，包括電阻率剖面法、電阻率測深法、激發(fā)激化法、大地電磁法和瞬變電磁法等常規(guī)實驗方法。虛擬仿真實驗教學資源通過實驗教學綜合平臺共享，方便學生理解和掌握相關內(nèi)容。

真實實驗與虛擬實驗相結(jié)合，建立以實為主、虛實結(jié)合的實驗教學體系。課前，學生可以使用電腦、手機、平板電腦等設備打開仿真軟件，了解實驗目的、內(nèi)容、步驟和儀器的布置方式，并在一定程度上模擬實驗過程和結(jié)果，熟悉儀器操作，理解將要進行的實驗內(nèi)容和方法。課上，指導教師以實物教學為主，對學生存在的疑問進行解答，同時講解實驗原理、方法、關鍵步驟和操作要點，學生自主完成數(shù)據(jù)采集，進一步加深對實驗的理解。課后，學生需要完成實驗報告的書寫，同時利用虛擬仿真軟件加強對實驗內(nèi)容的鞏固。采用“虛實結(jié)合”的教學方式既能滿足學生個性化的自主學習，又能促進理論與實踐的聯(lián)系，很好地服務了應用型人才的培養(yǎng)，促進了學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（三） 增加開放型實驗，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識

在完成常規(guī)實驗后，為了進一步提高學生的動手能力和創(chuàng)新意識，課程組增加了自選實驗內(nèi)容。這種教學模式緊跟產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展需求，注重培養(yǎng)學生的“專業(yè)型”和“應用型”能力。指導教師發(fā)布實驗目的和任務，根據(jù)難度給予相應的成績。學生自主組建團隊，根據(jù)自身能力選擇相應題目，并獨立完成研究內(nèi)容的設計和過程的實施。學生需要查閱文獻和書籍，確定探測方法，并根據(jù)探測目標體的埋深和大小，設計點距、剖面長度、線距等參數(shù)。通過設備選擇、實驗摸索等步驟完成開放性課題，最后對結(jié)果進行總結(jié)匯報和討論。學生還需要根據(jù)自己的專業(yè)知識分析出現(xiàn)的問題，解決問題并總結(jié)經(jīng)驗。

這種教學模式有利于提高學生的學習積極性和主動性，培養(yǎng)學生在實踐環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題的能力。通過這種實驗模式，可以幫助學生發(fā)展工程實踐能力，提高他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力。具體來說，這種模式有以下三個方面的重要意義。

第一，激發(fā)學生的學習興趣。學生根據(jù)所學理論知識，在教師的指導下，獨立設計解決問題方案，成功解決實際工程問題，從而產(chǎn)生成功后的喜悅，激發(fā)學生的學習熱情。

第二，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力。設計方案需要學生靈活和創(chuàng)造性地運用所學知識，發(fā)展他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力。

第三，提高學生的工程素養(yǎng)和創(chuàng)新精神。進行試驗時，學生需要掌握各種工程素養(yǎng)，例如嚴肅認真、一絲不茍和敢于創(chuàng)新的精神，這有利于他們在未來的工作中更好地應對各種工程挑戰(zhàn)。

因此，不僅能夠提高學生的動手能力和創(chuàng)新意識，也有助于學生更好地發(fā)展工程實踐能力，更好地適應未來的工作需求。

（四） 積極開展課外科研活動，加強科研思維訓練

學生通過參與科研項目，可以深入理解課本概念，掌握學科前沿，保持與時代發(fā)展同步的能力。為此，本專業(yè)充分利用國家重點實驗室、國防重點學科實驗室、國家級實驗教學示范中心和工程研究中心等科研實踐平臺和師資力量，開展課外創(chuàng)新實踐活動。這些活動注重調(diào)動學生的學習積極性，將學生引入科研團隊，通過工程實踐、創(chuàng)新和協(xié)作，讓學生逐步加深對社會實際生產(chǎn)的感性認識，培養(yǎng)獨立思考和方案組織能力，激發(fā)創(chuàng)新思維，鍛煉發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

在實踐過程中，學生將接觸到各種科研方法和工具，掌握各種工程素養(yǎng)，例如嚴謹認真、一絲不茍和敢于創(chuàng)新的精神。通過實踐訓練，學生將發(fā)現(xiàn)自己所學的知識可以應用于實際問題，并能夠創(chuàng)造出新的解決方案，從而不斷提升自己的能力水平。學生在這個過程中還將與其他同學和導師展開交流和合作，共同完成科研項目，進一步提高協(xié)作和溝通能力。

最后，學生將就已學知識進行總結(jié)與匯報，加強對理論知識的認知，并理解理論知識在社會實際生產(chǎn)中的指導作用。通過這種實踐教學模式，學生將更加深刻地理解和應用所學知識，培養(yǎng)出對于未來職業(yè)的實際應用能力，為自身的職業(yè)發(fā)展打下堅實的基礎。

（五） 深化管理體制改革，加強實踐實驗人才隊伍建設

作為實驗室的管理與維護者，管理員全面負責實驗室設備管理、使用及安全工作，同時也是實驗室建設的重要建設者之一。為了構建一支專職與兼職結(jié)合、具有較強工程實踐能力和技術創(chuàng)新能力的高水平實踐實驗人才隊伍，學院出臺了《專業(yè)教師參與實驗室管理辦法》，制定了專業(yè)教師參與實驗室建設管理崗位的職責、考核、津貼分配等政策，鼓勵專業(yè)教師作為實驗室責任人參與實驗室管理和建設。申請成功后，專業(yè)教師需積極申報實踐教學建設項目或?qū)嶒灱夹g開發(fā)項目，并開發(fā)新的實驗內(nèi)容、設計實驗器材和裝置，規(guī)劃實驗室建設和發(fā)展，落實申報購置實驗室儀器設備和相關配件。

為提升教師的專業(yè)實踐能力和技術開發(fā)能力，學院每年有計劃地組織專業(yè)教師到企事業(yè)單位參加頂崗訓練，通過直接參與生產(chǎn)一線工作進行學習和鍛煉，了解目前技術、設備等方面的發(fā)展狀況和趨勢，并將產(chǎn)業(yè)新技術等內(nèi)容補充到教學工作中。這些措施有助于提高實驗室管理的水平和教師的實踐能力，促進實驗室建設與教學工作的融合，為學生提供更好的實驗環(huán)境和實踐機會。同時，學院也將繼續(xù)加強對實驗室管理人員和專業(yè)教師的培訓和考核，以確保實驗室的安全和正常運行，為學院的發(fā)展和教學質(zhì)量保障提供強有力的支持。

三 結(jié)束語

電法勘探是一門既具有理論性又具有應用性很強的課程。在結(jié)合多年的課堂教學經(jīng)驗、科研實踐和學生實際情況的基礎上，我們提出了以培養(yǎng)應用型創(chuàng)新人才為目標的電法勘探實驗教學改革方案。教學實踐證明，這種改革方案不僅能夠切實增強學生的動手能力，還能提高學生的創(chuàng)新思維和專業(yè)實踐能力，為培養(yǎng)現(xiàn)代應用型創(chuàng)新人才打下了堅實的基礎。我們相信，在這些改革方案的實施下，電法勘探課程的質(zhì)量將會不斷提高，并會培養(yǎng)更多的優(yōu)秀應用型創(chuàng)新人才。

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