地质-地球物理复合专业测井教学优化设计与探索

谭茂金，邹长春，徐敬领，景建恩

中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院，北京　100083

地质-地球物理复合专业测井教学优化设计与探索

谭茂金，邹长春，徐敬领，景建恩

中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院，北京100083

摘 要：近年来，针对复合专业人才的培养目标，一些地质高校开辟了地质-地球物理复合专业。由于学时少，内容多，如何有效地开展测井教学是一个值得研究的课题。该课题以地质-地球物理复合专业培养目标和专业需求为准则，合理安排教学内容和设置教学计划，开展教学方法和教学技术的探索。研究了比较、类比、导入与归纳等教学方法和“黑板演绎+多媒体+仪器与图件+实例探究”的“多合一”教学技术。通过课上发问、课后作业、期末考试来检查教学效果，最终形成一套面向复合专业学生的知识面宽、联系有机、特色鲜明、富有张力的课程教学方法，实现课程的教学互动与教学相长。

关键词：地质-地球物理复合专业；教学方法；教学效果

针对国家对复合型地学人才培养的迫切需求，中国地质大学(北京)等地质院校近年来设立了地质-地球物理复合专业，旨在培养利用地球物理理论与技术开展地质理论研究、矿产勘查以及地球深部探测等跨学科科学研究的创新人才[1]。

地球物理测井是应用地球物理的一门重要学科，也是井中地球物理中不可或缺的重要勘探手段[2]。为此，“地球物理测井”一直是地球物理学(勘查技术与工程）、矿产普查与勘探以及石油工程专业的必修课程，其教学内容包括测井方法理论、仪器、解释理论与应用[3]。所有石油院校均开设测井原理、测井仪器、测井解释等三门课程，地质院校开设测井原理、测井处理与解释，有的院校将“测井原理与解释”合并为一门课程。然而，这些课程的教学主要面向油气能源的需求，围绕油气测井和储层解释应用。新设立的地质-地球物理复合专业不仅要面向针对油气资源的勘探和其他矿产资源勘探(如金属和非金属测井），而且要面向其他领域科学研究的需要，如大陆科学钻探测井工程、地震科学钻探测井工程以及针对气候、环境、海洋等的科学钻探等，这些领域的科学研究需求对于测井教学与研究提出了很大的挑战[4]。而且，由于课时少，内容多，照搬原有的、针对石油勘探开发的测井教学方法已经不能满足需要。

为此，迫切需要对复合专业的“地球物理测井”教学内容、教学方法和教学技术开展设计、整合与优化。通过此项研究，教学内容要围绕上述需求和特点合理设计，教学方法和教学技术要能够满足课程内容多、学时少、范围宽的教学工作，能够有效地提高教学质量。当然，这个教学研究对于拓展测井学科的应用领域，培养地质-地球物理复合型人才更好地服务于国民经济各项事业具有重要意义。

一、 课程教学内容设计

地球物理测井是在钻孔中进行的各种地球物理勘探方法的总称。测井的研究对象是井眼周围的地层，通过测量仪器直接获取地层原位的电学、声学、放射性等信息，达到岩性识别、储层划分、物性参数计算的目的。因此，测井技术被誉为是深入地下的”显微镜”[5]。测井的基础理论是物理学，其工作方法是数据采集和数据处理，通过分析获取的地球物理信息，可广泛地应用于石油天然气、煤田、金属等资源的勘探和古环境、古气候、古应力等井中其他地球物理研究。

针对地质-地球物理复合专业学生的专业需求、培养目标以及该课程的基本理论与体系，安排一门课程，称之为“地球物理测井教程”，教学学时32学时。如何在有限的学时内尽快使学生掌握理论知识与基本应用是该课程教学的一大难点，为此，必须合理设计和安排教学内容。

课程的主要教学内容包括测井方法原理与测井解释应用两部分。测井方法分为三大类：电测井、声波测井与核测井，分别讲述其依赖的物理基础、测量原理和基本应用。而且，其教学内容既要包括主要测井方法及其基本理论，又要紧密结合矿产勘探和科学钻探测井应用问题。为此需要理清知识结构，删减过时的方法与技术，补充当前的研究进展和需求。因此，分别针对石油等资源勘探测井和科学钻探等专题，利用大量的实例开展教学探索，巩固所讲述的测井原理，教学内容设计和课时分布如表1。表中不仅清楚地展示了教学内容，并规定了“了解”“掌握”“理解”等不同的教学要求，这样在教学过程中能够抓住教学重点，便于有的放矢。

二、课程教学方法研究

教学内容确定后，采用什么样的教学方法，能够把苦涩难懂的原理和琳琅满目、复杂多样的测井图件讲述清楚，是此门课程的一大挑战。为此，必须在教学方法上下工夫。针对测井方法多样化的特点，开展类比、比较、导入与归纳等教学方法的应用研究，通过讲述各种测井方法的区别联系，加深理解每种方法的理论精粹和方法优点，让学生不仅能够掌握知识，更重要的引导学生如何根据新需求灵活和综合运用测井资料。

表1　教学内容、学时分布与教学要求

1．比较式教学法

针对测井方法的多样性, 笔者在讲述每一类测井方法时特别注意要讲述该种测井方法发明的背景，要解决什么问题，基于物理学中什么原理。仪器是如何激发和接收的?与别的测井方法做了哪些改进等?总之,通过总结与对比使学生能够从全局上把握各种测井方法在测井学中的位置和作用,以及各种测井方法之间的关系,便于理解和掌握。为此，作为老师，采用对比的方法设计各种表格进行讲述，提高了教学效果，也便于学生理解与掌握。例如，对于电法测井这一部分讲完后，与学生一起比较了侧向测井与感应测井的异同。不同之处：从原理上看，前者是欧姆定律，后者是电磁感应；从激励源上看，前者是直流电(似稳态电流），后者是交流电；从仪器结构上看，前者是供电电极-测量电极，后者是发射-接收线圈；从测量结果上看，前者是视电阻率，后者是视电导率；从适用条件上看，前者适用于中低阻地层或盐水泥浆钻井条件，后者适用于高阻地层或淡水泥浆钻井条件。相同之处就是从资料可以研究地层的电性差异，划分地层、识别岩性、识别流体与计算饱和度。测井理论讲述完后，为了使学生很清楚地了解各种测井方法之间的区别与联系，我们举了一个例子：在大陆科学钻探中，进行测井系列设计时，由于地层坚硬，电阻率高，感应测井已经不再适用，必须采用侧向测井才能准确测量地层的视电阻率。

2．类比式教学法

测井所涉及的物理方法很多，有的学生没有学过近代物理学，某些物理学原理和概念不是很清楚，有关测井方法原理更是难以理解。为此，我们必须拿大家熟知的内容进行类比。例如，在绪论的讲述过程中，我们把所有的测井方法类比为医院中的各种检测手段，比如，电法测井——心电图检测，声波成像测井——B超，核磁共振测井——磁共振成像（MRI）井等。医生通过分析心电图，B超、磁共振成像等资料诊断病症，而测井分析家则是通过电法测井、声波成像、核磁测井来确定储层，识别流体并计算储层参数。因此，通过与医学检测技术的类比就能够了解测井这个技术体系，以及在解决地质问题中的地位和作用。具体到某种测井方法中，再做详细的类比。例如，在讲授声波成像测井时，我们可以拿新生体检中的B超检查作类比：在进行腹部检查过程中，医生就是利用超声波在腹部某一部位的反射亮度来推测是否病变，而声波成像测井也是利用井壁上裂缝和地层的波阻抗差异来探测裂缝的。通过多种形式的类比，能够把复杂的原理讲述的深入浅出，达到了我们的教学目的，受到学生的欢迎。

3．导入与归纳式教学法

地球物理测井方法多，依据的测井原理也很多，对于初学者来说通常容易搞混，甚至是不懂为什么设计或者研发如此多的测井技术。为此，在讲述之前如何针对一种或者新一类测井方法进行必要的“导入”设计是很重要的。比如，在讲述“密度测井”时，要讲述岩石的密度是地层的一个重要属性，它的用途有哪些，尤其是它的特殊用途是什么，通过这样的介绍就能够知道为什么要发明“密度测井”，也就知道将来如何用密度测井解决什么问题了。

此外，由于地球物理测井既有不同类的测井方法，在同一类方法中又有多种测井技术，如果不及时地帮助学生总结归纳，学生容易混淆。为此，我们在测井方法原理部分讲述完成后，针对所讲述的测井方法从原理、仪器结构、测量结果、应用进行归纳总结表格。表2为我们在课堂上进行的归纳总结。这个总结与归纳用了比较的方法，使学生从总体上明确了各种测井技术的原理、仪器结构和主要应用，测井方法知识结构变得很清晰。这个教学方法受到学生欢迎与赞许。

三、教学技术研究

该门课程的教学内容，既包括复杂的理论与公式推导，又要认识现场实际测井图，还要针对实际数据进行分析和解释。因此，在短时间如何把复杂晦涩的原理和不同的知识传授清楚，把如此大量的知识准确地传达给每一个学生，这确实是摆在老师面前的一个重要课题[6-7]。显然，原有的板书已经不能适用，必须借助于现代教学手段和多媒体技术。为此，必须开展教学技术的革新与探索。

在教学手段上,传统的教学板书利于理论剖析、公式推导，黑板演绎的方式能使学生的注意力始终跟着老师的逻辑思维走，有利于学生对重点、难点内容的有效掌握。但是，其效率较低，传授知识的信息量较小。而多媒体教学可以生动的展示各种图像与音效，其提供的信息量大，形象生动地展现抽象的知识点，便于学生接受，但是该技术不利于公式的推导与演算，老师讲授时也不生动，学生学得不扎实。而且，为了使学生能够了解多种仪器，我们可以向学生展示一些测井仪器和测井图件，让学生切实感受到测井原理、仪器和图件的关系。此外，该门课程是应用性极强的一门课程，在讲述方法原理和测井应用时需要展示大量的案例，展示不同地层的测井响应特征和解释应用成果，这样才能使理论与实际相结合。因此，需要把传统板书教学手段与多媒体教学、实物教学以及案例分析有机结合起来，即形成了“黑板演绎+多媒体+仪器与图件+实例探究”的“多合一”教学技术。例如，在讲授泥质砂岩测井解释原理时，常采用多媒体展示地层岩石物理模型，生动形象，效果好，节约了老师在黑板上画模型的时间；在讲述孔隙度计算时，需要在黑板上进行公式推导，使学生紧跟老师思路；其计算过程我们用某个测井解释软件或者Excel表格来进行现场演示。为了展示不同孔隙度计算方法的效果，通常举个测井实例来展示声波孔隙度、中子孔隙度、密度孔隙度的计算效果和与岩心分析的差异，便于学生理解其原理差异与适用条件。

表2　主要测井方法归纳

可以看出，这种 “多合一”的授课方式使学生通过密切注意板书有效地掌握理论知识，用生动直观的多媒体和仪器便于理解测井原理和响应特征，实际的测井实例可以有效地展示测井应用成果。实践证明，这种多样化的教学方式能够有效地调动学生的学习积极性, 保证教学质量。

四、教学效果检查与考核方法

为了保证教师“教”和学生“学”的质量，我们通过课上发问、课后作业、期末考试来检查教学效果。

课上发问。在教学过程中，为了清楚地阐述一种新测井方法的原理，通常要与以前讲过的测井方法进行比较，通常在课堂上进行发问。比如，在讲到感应测井时，发射线圈与接收线圈分别是其激励源与接收装置，这时候就问大家：侧向测井的仪器结构是什么？其激励源与测量装置是什么？通过发问引导学生思考，并让某个同学回答，这样不仅能够起到活跃课堂气氛的作用，同时也能起到巩固和检查以前知识的目的。

课后作业。为了巩固所学知识，了解教学效果，通常在每一章或者每一种测井方法教学完成后要布置适当的作业。比如，在声波测井完成后，我们通常布置作业如下：用图示和公式推导的方法说明双发双收补偿测井的“补偿”原理。从学生所做的作业来看，大部分同学都掌握了这一“补偿”原理，也就理解了声波测井的核心。通过做作业，学生加深了对原理的理解，也锻炼了逻辑推导能力。

期末考试。考核方法主要通过考试内容安排、题型设计来检查学生的学习效果。在“绪论”和平时课堂教学中，把这种考核方法告诉学生，这样学生能够留意课程中的重要概念、术语、条目。为了能够有效地考查绝大多数知识点，准确地了解同学们的学习效果以及成绩的差异性，我们设置了不同的考试题型，主要有：试卷题型填空题(12分）、简答题(54分）、分析题(16分）和计算题(18分）。这种题型的设计不仅便于考核不同的知识点，训练不同的分析技能，而且成绩的区分度好。如果仅仅是设置一些问答题，老师阅卷时不好把握分数，学生的成绩反映不出学生掌握的程度差异。在2013年春季学期，本科目的考试情况为：及格率92.3%，其中优秀率为30.8%，良好率34.6%，详细情况如图3。这个成绩的分布说明教学效果还是不错的。

图3　学生考试成绩情况

五、结束语

针对地质-地球物理复合专业人才培养的需要，设计了丰富合理、联系有机的教学内容，研究的比较、类比、导入与归纳等教学方法便于地质学与地球物理专业学生的融会贯通与灵活运用，采用传统的板书教学手段，综合运用现代多媒体技术、仪器与测井图实物以及丰富的案例分析形成了有效的“多合一”教学技术，显著地提高了教学质量。通过课上发问、课后作业、期末考试来检查教学效果，并能改进、提高教学工作，最终实现课程的教学互动、教学相长。期末考试表明，大部分学生能够掌握测井的基本原理，并能够准确解决一些实际问题。当然，针对地质地球物理专业的测井授课实践还需要进一步探索和改进，今后还有很长的路要走。

参考文献：

[1] 孟宪来.地质工作面临的形势和地质人才的培养[J].中国地质教育，2006，(4)： 1-3.

[2] 邹长春，谭茂金，尉中良，等.地球物理测井教程[M].北京：地质出版社，2010.

[3] 宋红伟， 郭海敏，戴家才.《生产测井原理》精品课程建设与实践[J].长江大学学报(自然科学版)，2007，4(3)：124-126.

[4] 中国科学院地学部地学教育研究组.中国地质教育的未来[J].高校地质学报， 2003，(3)：135-138.

[5] 谭茂金.基于交叉学科的地球物理测井研究生教学探索[J].中国地质教育，2010，(2)：9-11.

[6] 段云卿.互动式教学法在”应用地震学”教学中的应用[J].中国地质教育， 2007，(4)：105-108.

[7] 边瑞雪，邓小贵.浅谈怎样学好专业课[J].石油教育，2009，(9)，60-61.

中图分类号：G642

文献标识码：A

文章编号：1006-9372 （2013）04-0078-05

收稿日期：2013-09-20。

基金项目：中国地质大学（北京）2011年教学研究与教学改革项目（JGYB-201124）资助。

作者简介：谭茂金，男，副教授，主要从事地球物理测井理论、岩石物理及解释应用的教学和研究工作。

Optimized Design and Exploration of Well Logging Teaching for Compound Major of Geology and Geophysics

TAN Mao-jin, ZOU Chang-chun, XU Jing-ling, JING Jian-en
China University of Geosciences, Beijing 100083, China

Abstract：In recent years, for cultivation of compound talents, many universities set up the composite major of Geology and Geophysics. Because of short teaching period and more teaching contents, how to teach effectively is worth studying. Based on training objectives of the composite major and professional requirements, teaching contents are designed and arranged reasonably, and the teaching plan in each class is also set up in detail. Furthermore, the teaching methods and teaching techniques are probed and studied, including comparison, analogy, guiding and summary, as well as “blackboard deducing + multimedia showing + actual tools and logs+ case study" teaching technique. Through asking questions in class, assigning homework and fi nal exam, the effects of teaching and learning can be checked and the teaching can be improved in time. Finally, a curriculum teaching oriented professional students is formed with broad aspect of knowledge, unique characteristics and full of tension. The interaction between teaching and learning is realized successfully and the teaching and learning quality is accordingly improved.

Key words：composite major of geology and geophysics; teaching technique; teaching effects