“地磁日变观测与日变规律研究”开放实验教学的探索与实践

李淑玲

中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院，北京 100083

“地磁日变观测与日变规律研究”开放实验教学的探索与实践

李淑玲

中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院，北京 100083

“地磁日变观测与日变规律研究”是针对地球物理学专业学生设立的专题研究性实验项目，旨在使学生通过实际观测了解地球磁场存在的短期平静变化规律，深入认识日变观测在地磁勘探中的重要性及其影响因素，增强学生实际动手能力，培养学生在实践中发现问题、分析与解决问题的综合研究能力。

地磁日变；开放实验；实践教学

一、“地磁日变观测与日变规律研究”开放实验设立背景

我国的高等教育在实验教学方面与国外相比有很大的差距，以创新人才培养为目标的实验教学改革已势在必行。创新型实验教学体系的构建是当前实验教学改革的核心，在传统实验项目的基础上增设综合型、设计型、学生自主型、专题研究型的开放实验项目对解决当前实验教学资源紧缺、提高实验教学质量和培养创新人才均具有重要的意义[1-3]。中国地质大学（北京）在实验教学方面推出一系列改革举措，通过整合实验室资源创建一批开放实验室（中心），为学生创造了自主学习和研究性学习的实验条件，并设立开放实验基金以鼓励和资助开放实验项目的实施。这种以实验教师为主导、以学生实践和研究为主体的开放性教学实验项目的探索与实践正在有序地推进，并已初见成效。

地球物理学专业是一个理工结合、强调实践能力与研究能力培养的应用型地学专业，学生可以依托地球物理开放实验室（中心）和地球物理学专业相关的开放实验项目进行实践能力与创新能力的拓展。“地磁日变观测与日变规律研究” 是在“应用地磁学”课程实验教学大纲之外设立的专题研究性实验项目，旨在让学生通过实际观测了解地球磁场存在的短期平静变化规律，深入认识地磁勘探中地磁日变观测的必要性，并掌握日变观测与日变校正的方法，增强学生实际动手能力，培养学生在科学研究中发现问题、分析与解决问题的能力。

二、“地磁日变观测与日变规律研究”的实验设计

“地磁日变观测与日变规律研究”开放实验教学项目设计紧密结合了“应用地磁学”课程的教学内容[4]，将地磁场理论中的地磁日变规律作为研究内容，以实际观测为研究手段，以我校校园及周边作为观测场所开展地磁日变专题实验研究。此实验对仪器设备、观测场所、学生“容量”及知识储备均有较高的要求。要求选用性能稳定、高精度、带电时间长的质子磁力仪进行观测，观测场所要空旷、无各种人为干扰。同时要求参与实验的学生（6～8人）提前学习“地磁场理论”与“野外磁测方法”的相关知识，这样有助于最大程度地提高学生在观测实验中发现问题、解决问题的能力，有助于深化学生对日变观测和日变校正对磁力勘探具有重要意义的认识。

本次实验的总体设计思路是，在我校教学区及周边选择适合日变观测的场所，组织学生利用质子磁力仪进行地磁场的日变观测，根据一年四季中具有代表性时日（设计4～8天）的24小时观测结果，分析地磁日变随季节、地方时的变化规律以及影响地磁日变观测的因素等。

三、“地磁日变观测与日变规律研究”的关键环节

根据实验设计的总体思路确定了实验的关键环节，包括日变观测场所的选择实验、多台观测仪器的对比实验、日变观测及数据分析、日变规律与影响因素研究等。

在如上的实践环节中，以学生为主体通过分组与协作完成各环节的任务，此间教师起到引导和监督作用。比如在日变观测场所的选择上，学生在教学区内选择了一处空旷地并进行长达20小时的日变观测，发现观测数据没有表现出白天变化大、夜晚变化小且依赖于地方时的日变规律，而是被干扰信号所淹没。学生通过分析数据发现这种干扰信号具有周期性特点，认为可能是教学区内的各种设备产生电磁干扰所致。此时，学生们大胆提出了更换观测场所的建议，选择在距学校较近的奥林匹克森林公园内进行，利用3台仪器分别连续观测10小时，后发现观测数据依然表现出周期信号的特点，分析认为公园内尽管地面建筑及设备较少、人为干扰小，但地下密集的管线是影响观测数据的重要干扰因素。因此再次转移观测场所至北京郊区延庆县岔道村的开阔田地里，此处多台仪器的观测结果均显示出日变幅度依赖于地方时的明显规律。此外，由于日变幅度较小（为十几个纳特），利用多台仪器同时观测日变时，不仅要求仪器性能稳定、精度高，还要求仪器的一致性能好，因此学生进行了6台仪器在多个观测场所的一致性对比实验与噪声实验，最终选择3台质子磁力仪用于日变观测。在日变数据分析、日变规律及影响因素的研究中，为了对比不同季节、不同地域、不同环境下的变化特点，学生们提出能否借用北京以外其他地区的日变数据做综合分析，经讨论选择了北戴河地区的夏季日变数据（数据来源于2009年地球物理专业学生的生产实习）和西藏地区的秋季日变数据（数据来源于科研项目）进行日变规律及影响因素分析。

在每一个实践环节中，教师提要求、严把关，学生亲自动手、用心发现问题并分析问题。尽管实验的过程很漫长、实验的条件很艰辛，但学生从实验中学会了面对科学问题应该具有的科学态度和研究思路，针对实验中出现的问题采取有效的方法进行分析与解决，最终得出严谨、科学的研究成果。

四、“地磁日变观测与日变规律研究”实验成果

通过采用质子磁力仪在北京城区（我校教学区内、奥运森林公园）及延庆郊区进行的春、夏两季的地磁日变观测，并结合北戴河、西藏地区的夏、秋季日变观测数据，分析总结出春、夏、秋三季的地磁日变特点及影响日变观测的影响因素。

北京郊区、北戴河及西藏地区的日变曲线特征明显，总体规律表现为在春、夏、秋三季白天地磁场变化较大，极值出现在中午时分，年幅度在n～10n纳特，夜晚变化小且平缓。我校校园区及奥运森林公园内的实际观测数据干扰严重，日变完全淹没在干扰信号中，干扰源复杂，周边来往车辆及行人、信号发射塔台、变电设备及地下管线等均可能为日变观测的影响因素。因此在地磁测量时，为了保证得到良好的日变数据，应选择远离干扰源的地点作日变站进行日变观测。

四、结语

日变观测与日变校正是磁力勘探中至关重要的环节，通过本次专题实验研究让学生了解了地磁日变的规律及日变观测的影响因素，认识到地磁日变观测与日变校正是地磁勘探工作的一项关键任务，增强了学生在地球物理研究中的实际动手能力和研究能力。相信开放式教学实验项目的探索与实践一定会积累出丰硕的成果，为我校创新型实验教学体系的构建与实验教学改革贡献一份力量。

[1]夏庆林，何谋春，边建华，等.矿产勘查实验教学改革的探索与实践[J].中国地质教育，2009，(1)：95-97．

[2]朱世坤，聂宜珍.以专题研究为载体推动综合性实验的开设[J].实验室科学，2008，(46)：17-18．

[3]杨珩.开放性实验教学对创新型复合人才培养的探索[J].实验室研究与探索，2008，27(3)：128-130．

[4]管志宁.地磁场与磁力勘探[M].北京：地质出版社，2005：20-26.

Research and Practice on Opening Experimental Teaching in Observation and Research on Geomagnetic Diurnal Variation

LI Shu-ling
China University of Geosciences, Beijing 100083, China

The opening teaching, the observation and research on geomagnetic diurnal variation is the special topic experimental project designed for students majoring geophysics, which enables them to learn about short-period changes of geomagnetic field by practice and deeply understand the importance and factors of diurnal variation in magnetic exploration. It can improve students’practice abilities and cultivate their comprehensive research abilities of identifying, analyzing and solving problems.

geomagnetic diurnal variation; opening experiment; practice teaching

G642

A

1006-9372 （2011）01-0058-03

2010-10-28。

中国地质大学（北京）教学实验室（中心）开放基金项目资助。

李淑玲，女，讲师，主要从事地球物理专业重磁方向的教学和研究工作。