《重磁勘探》实验教学探讨与研究

罗润林 李亚南 徐志锋 熊彬 丁彦礼 李长伟 程勃

摘 要：《重磁勘探》是勘查技术与工程专业（物探方向）的主干课程之一，是一门理论与实践结合非常紧密的课程，其中，实验教学是该课程体系中的重要一环。为了使学生能够牢固掌握《重磁勘探》的基础知识和基本技能，文章对实验体系和教学内容、实验教学方法、实验教学管理和实验教学评价等方面进行研究与探讨，提升《重磁勘探》实验教学效果。

关键词：重磁勘探；实验教学；教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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》是勘查技术于工程专业（物探方向）的核心课程之一[1]，是一门理论与实践结合非常紧密的课程[2]。因此，在本专业的人才培养体系以及课程大纲中，《重磁勘探》实验教学是整个课程体系中的重要一环，是对理论教学的必要补充。《重磁勘探》实验教学的主要目的为：通过实验使学生了解重力仪和磁力仪的基本原理和结构；掌握重力仪和磁力仪的操作，野外数据采集方法与过程；掌握重力数据和磁法数据的初步整理及异常获得的内容、方法和过程；通过编辑简单形体的重磁正演程序，了解程序编制的思路、步骤和简单形体的重磁异常形态；通过编辑空间域和波数域的数据处理程序，掌握不同处理方法的效果[2]。实验安排与理论课程相关，一般在理论后讲授完相关的内容后，紧接着做相应的实验，这样可以通过实验加深对《重磁勘探》相关知识点的了解与掌握。为了达到上述目的，桂林理工大学勘查技术与工程（物探）教研室，对《重磁勘探》课程实验教学做了研究与探讨。

一、《重磁勘探》的实验体系与教学内容

《重磁勘探》实验体系的构建紧密结合勘查技术与工程专业设置的人才培养计划、学校办学定位思想，理论和实验教学环节相互呼应，完美衔接，注重培养学生的动手实践能力和创新创造能力。

实验教学内容改革遵从“夯实专业基础、开拓创新思维、培养科技创新能力、强化实践教学、提高工程实践能力”的指导思想，按照勘查技术与工程专业人才培养目标和课程体系设计的要求，对《重磁勘探》系列课程的教学内容进行重新规划和组织，编制《重磁勘探》实验指导书，并结合企业生产实际设计《重磁勘探》课程实验教学内容，包括仪器认识与操作、数据采集、数据整理与异常获得、重磁异常认识以及重磁反演方法等。使学生通过学习《重磁勘探》实验，掌握重磁勘探的思维方式并提高工程实践能力。按照上述指导思想，设立了8个实验项目（表1），由于实验课时限制，除了2个仪器认识与操作实验外，其余6个项目中选做3个，另外鼓励学生在课外完成剩下的实验项目。从表1可以看出，所设计的实验内容基本上涵盖了上述内容，按照实验体系完成教学，完全可以达到课程的目的。通过实验课程的学习和操作，学生可以加深对理论知识的理解，并对《重磁勘探》由数据采集的资料解释这一过程进行了解。

二、《重磁勘探》的实验教学方法

《重磁勘探》实验采用多元化的教学方式[3]。针对理论课程中的某一知识点，开展实验设计、实验指导、实验验证和总结分析的方法，引导学生理论联系实际，全面深入地了解重磁仪器、野外工作设计、数据采集、数据处理及资料解释的思路，从而增强学生对《重磁勘探》的感性认识，培养与提高学生分析问题和解决问题的能力。

（一）仪器认识与操作实验的教学方法

教师采用授课和实物观测的方法，让学生了解重磁仪器的基本原理和结构。采用演示的方式，让学生了解仪器的操作步骤与注意事项。在上面的基础上，让学生设计一个测网，测网中，测线的多少由安排的组数决定，一般一个组一条测线，线距根据场地而定（一般为5-10米），每条测线上测点个数约20个，测点间距2-5米。准备完以后，让学生按照仪器操作的规范和流程采集数据，每组学生采集一条测线，每条测线采集两次，一方面让每个同学有机会操作仪器，另一方面，可以检查观测精度。室外数据采集完毕后，要求学生编写实验报告。报告内容主要包括实验目的、实验内容、实验步骤以及分析。在实验分析部分，要求学生对所采集的数据进行简单的處理和误差分析。简单处理包括综合零点漂移校正、日变校正，绘制异常剖面图和异常平面图，对曲线的异常形态进行简单的描述。通过这类实现，学生掌握了仪器的操作流程、方法和注意事项，对野外数据观测的基本过程有所了解，并学习重磁数据的初步处理的方法和过程，对异常形态的认识和描述均有感性认识。

（二）电算实验的教学方法

电算实验主要包括重磁异常的正演计算以及数据处理实验。首先，对实验内容进行回顾，组织学生对程序流程进行讨论，然后上机编程实现。以重力异常正演计算为例，一般要求让学生编制台阶的重力异常程序，计算重力异常并进行评价。首先，要跟学生明确要计算的物理量（有些学生可能第一次编制专业方面的程序，对要计算的东西没有概念），这个物理量就是剖面上的重力异常值，也就是要计算剖面上不同的测点上的值。然后要明确需要输入的变量（这些变量包括测点的坐标，台阶的上下低埋深，台阶顶角的坐标，台阶的倾角，台阶的剩余密度等）。举例说明1-3点的重力异常值的计算过程，然后过度到采用循环的方式计算所有测点上的异常值，这样就可以让学生很容易掌握循环的思路。在上机之前，学生分组讨论整个程序的框架，选出合理的框架指导编程。通过前面的准备，一般来说程序可以很快编制出来。程序运行后，可以对程序的可靠性进行评价，主要通过书上的例子进行试算和对比。在程序正确的前提下，对一些模型和书上的结论进行计算和验证，加深对台阶异常特征的认识。其他的电算实验内容也是基本上遵循上述方法和过程进行教学。应该说，通过这些实验，学生基本上能掌握重磁勘探正演计算的概念和过程，编制一些简单的处理程序。加深典型局部形体的重磁异常特征以及各种处理方法所能达到的效果的理解。

（三）异常获得实验的教学方法

异常获得实验主要包括重力异常获得实验和磁力异常获得实验，主要目的是通过实验，使学生掌握异常获得的方法，计算过程及注意事项的。主要采取引导-讨论-手动计算的方式进行教学。以磁异常的获得实验教学为例。首先，引导学生要通过哪项处理才能获得磁异常。然后，对学生进行分组对磁异常获得的方法进行讨论，日变校正的方法、高程校正的方法和纬度校正的方法（正常梯度校正）等。最后，结合实际的例子进行计算。为了便于理解，要求所有的计算均采用手动计算的方法进行计算。通过这类实验的学习，学生基本上能够掌握磁异常或重力异常的获得的思路、方法和途径。

三、《重磁勘探》实验教学管理

实验教学与理论教学之间相互独立、相互依存和相互促进[4]。在整个专业课程体系中，由于《重磁勘探》实验主要依附于理论教学，为加深理论的理解而设定的。因而实验课程的开设时间一般不早于理论课程的教学，但也不晚太长时间。

在实验之前，要求指导老师和实验室管理人员做好充分准备。比如在仪器操作和认识的实验中，要保证仪器完好，要有充足的电量以保证实习的运行。在电算类实验中，保证计算机能满足所有学生的使用，电脑上安装的软件可以让学生完成电算实验。实验结束后，对实验器材进行整理。

良好的实验教学纪律是实验效果的保障之一。因此，《重磁勘探》的实验教学要求严格的课堂纪律，每次实验教学均对学生进行考勤，一般来说不允许请假，对于迟到和早退的情况，均会在实验成绩上面体现。鼓励学生勇于发言和勤于思考。此外，对学生的一些规范必须严格执行，比如必须做到实验前预习；在磁力仪的认识与操作中，学生身上不能有金屬饰件（金属边框的眼镜、手机、皮带扣等）；实验报告必须保质保量按时提交等等。

四、《重磁勘探》实验教学评价

《重磁勘探》课程实验作为理论教学的重要一环，实验成绩是《重磁勘探》课程成绩的重要组成部分，占课程总成绩的25%。《重磁勘探》课程实验成绩划分为以下2个部分：1. 平时实验技能考察部分（占总成绩的50%），主要考察学生的出勤情况、实验态度、实验操作和实验技能的掌握。2. 实验报告（占总成绩的50%），主要考察学生对《重磁勘探》课程实验内容、实验物理现象的理解与分析能力及对实验数据处理和综合分析问题的能力。

五、结束语

《重磁勘探》实验教学是课程教学的重要一环，主要是为了使学生加深对《重磁勘探》的基本知识和基本技能的掌握，培养学生创新精神和实践能力。为了提高实验教学质量和效果，应该不断地对实验体系进行研究与探索，应系统设置和优化实验课程体系，合理安排实验教学内容，丰富教学方法与手段。在实验教学过程中，应该严格遵守实验教学制度，并做好实验教学评价。通过不断加强教学研究与改革，提升《重磁勘探》课程实验教学的效果。

参考文献：

[1]崔燕丽.《重磁勘探》课程教学改革的探索与实践[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2010，11（1）：161-162.

[2]宋红伟，张占松.《地球物理测井》实验教学改革探讨[J].长江大学学报（自科版），2013，10（22）：138-139.

[3]方根显.地球物理勘探课程群教学内容改革的研究[J].东华理工大学学报（社会科学版），2008，27（3）：273-275.

[4]贾豫葛.基于翻转课堂的《重磁勘探》教学设计[J].教育教学论坛，2018，7：182-185.

[5]付茂如，张平松，吴荣新，等.地学专业地球物理类课程课内实验教学认识[J].高教学刊，2016（01）：95-96.

[6]黄航，杜晓娟，张旭.重、磁数据处理综合性设计性实验的研究与实践[J].高教学刊，2015（17）：220-221.