建设精品实验项目 提高地球物理实验教学水平

张新兵，于 鹏，吴健生

同济大学 海洋与地球科学学院，上海 200092

实践教学

建设精品实验项目 提高地球物理实验教学水平

张新兵，于 鹏，吴健生

同济大学 海洋与地球科学学院，上海 200092

精品实验项目“直流电法和高密度电阻率法的数据采集”以校园防空洞等为探测对象，利用高密度电阻率采集系统研究地下防空洞的电阻率断面特征。该项目将电法勘探理论与实际问题相联系，从理论到实践，形成一个完整的探索性综合实验，增强学生学习兴趣，激发学生的主观能动性，培养学生解决实际问题的能力和创新能力。

精品实验项目；直流电法；高密度电阻率法；实验教学

传统的实验教学以教师为主导，教师为学生设计实验，由学生完成实验过程。在目前倡导创新型人才培养的教学模式下，在新型的实验教学模式中如何改变教师和学生的地位，如何通过新型的实验教学锻炼学生的实际解决问题的能力、创新和探究能力，是实验教学改革需要重点关注的问题。精品实验项目的建立可以使实验的教学形式更多样化，加大改革力度，提高了教学水平，锻炼学生的创新和探究能力。

本项目通过选择同济大学四平路校区大礼堂旁黑松林草地及海洋楼西侧西北一楼前的防空洞作为研究对象，采用WGMD—4集中式高密度电阻率成像系统进行实验，对地下介质的地电结构开展研究。实验与具体工程地质问题相结合，将理论知识与工程技术问题相结合。学生从地质问题分析、实验设计、数据采集、数据处理与综合解释、实验延伸探究拓展自主完成整个实验。其教学内容包括地球物理理论知识、工程实践、仪器等相关知识，是比较典型的重视培养学生实践能力、创新和拓展能力的相关实验，是学以致用的最好实践，可以实现由提高学生的知识水平向发展学生的实践及创新能力的过渡。

一、精品实验项目建设的目的和意义

1.加强理论联系实际，丰富教学内容

本项目的实验原理是高密度电阻率法，将该理论知识与地质工程实践紧密结合在一起，解决工程实际中遇到的问题，如工程建设中遇到的地下溶洞的探测，传统电阻率法实验中多为物理模拟和数值模拟的问题，本实验与传统实验不同，其目的是与工程实践结合，探索探测参数、资料处理参数、地质解释的合理性。该过程是从理论到实践，需要学生主动去探索，去发现和研究，是对理论教学和实践教学的极大丰富。

2.锻炼学生动手能力，增强学生主观能动性，培养学生实践及创新能力

实验中强调学生的主体地位，教师则处于辅导服务地位。教师围绕学生开展工作，提出实验的基本要求和目标，并启发和引导学生。学生在掌握基本理论的基础下，开展实验整个过程的实施探究。在实验中，改变单一的传授和接受式的教学方式，由学生自主完成实验设计、数据采集、数据处理与解释、分析及实验总结、拓展研究。

实验项目以培养学生实验素质、综合实践及探究能力为核心，通过对相关知识点的综合学习和应用，促进加深对已掌握的基础知识和基本理论的理解，全面提高学生的动手能力，并将知识融会贯通，使学生得到较全面的知识、实践技能和拓展能力的训练。

二、精品实验项目实施

1.实验项目特点

实验项目将学科理论知识与基本原理与具体工程地质问题结合起来，建立实际问题情境，激发学生探究知识的兴趣。让学生直接接触实践和实际工作问题，这些问题除了教师的引导，更需要学生自己根据已学知识，开展整个地球物理工作过程的锻炼，提高分析和解决实际问题的能力。

2.典型案例

高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，就其原理而言，它与常规电阻率法完全相同。在工程勘探中， 高密度电阻率法集电剖面和电测深于一体， 既可以观测地下一定深度范围内的横向电性变化情况， 又可以观测垂向电性的变化特征， 与其他电法相比具有明显的优势。

本实验选择海洋楼西侧西北一楼前的防空洞作为研究对象，采用WGMD-4集中式高密度电阻率成像系统进行实验，对地下介质的地电结构开展实验研究。

防空洞顶部埋深约2m，可见入口（朝东南），内部目前无法进入，根据有关资料初步推测此防空洞在平面图上大体呈长方形，见图1。目标离地表深度较浅，但受地表植被或土壤的稀疏度以及人类活动的影响较大，测区内的坑洞、下水道等也可能对区域内的测量结果影响较大。

图1 防空洞平面分布位置示意图

3.实验过程

实验具体过程如下:

（1）按图2为仪器（ WGMD-4高密度电阻率成像系统）实验连接装置。

图2 高密度电阻率测量系统野外施工布线示意图

（2）开展野外数据采集测线布设及数据采集，进行测线布设及数据采集时，要求测线垂直于地下目标体的走向，数据采集中要求考虑采集系统不同的观测方式，如α、β、γ等常用的观测方式。

（3）采集系统主机连接电脑，导出观测数据，并进行数据格式转换。

（4）对观测数据进行数据整理和处理，并进行二维反演，对同一剖面的不同观测方式的数据处理结果进行对比解释，了解不同观测方式采集数据的处理结果的异同。

（5）测线设计、数据采集、资料整理与处理、处理结果解释等过程严格按照设计控制、数据采集规范、资料处理控制、解释控制、不合格资料控制、职业健康安全控制等规范，填写相关表格和报告。

4.实验现象分析、总结与实验报告

实验结果分析、总结要求做以下几方面工作:资料整理过程需要对数据的质量进行评价，分析干扰噪声来源及影响程度；资料处理过程探索采用不同的反演方法、反演参数，对比不同结果的地质效果；结合地质资料对处理结果作出合理的地质地球物理综合解释，推断地下地电结构特征；总结实验收获，对实验提出建设性建议。对不同走向及观测方式的剖面采集结果进行综合分析，探测防空洞的地下走向延伸及其埋藏深度（见图3）。

实验现象分析与总结对学生提出了更高的要求，他们一方面需要通过对相关知识点的综合学习和应用，进一步加深对基础知识的理解；另一方面必须学会运用相关知识和实验结果，对所观测的数据及处理结果做综合分析和解释，得出目标体-防空洞的埋藏状态。在此过程中，教师进行难点的讲解、指导，以启发为主，鼓励学生提出自己的见解和看法，真正实现以学生为主体、教师为辅导服务的新型教学形式。体现出以知识和基本技能为基础性内容、实践能力、创新能力培养为中心内容的实验教学体系。学生除了全过程参加实践外，还必须根据实验内容，在亲身体验中探究新知识点，拓展创新思路，完成实验报告。这对学生进行系统的理论学习、方法和技能的培养，具有重要意义。

图3 高密度探测防空洞剖面结果

5.实验延伸探究

实验延伸探究拓展，要求学生总结思考回答以下几方面问题:观测方式对观测结果有何影响？高密度采集系统中的地电干扰主要有哪些，实际实验数据中有哪几种存在，如何克服这些干扰，在数据处理中能否采取措施去除或者减少干扰？不同观测方式的剖面数和剖面上的测点数怎么计算？不同观测方式的分辨率如何？

三、实验项目的拓展与提升

精品实验项目的后续深入拓展对于实验教学工作的不断提升有重要意义，将积累了丰富的教学研究和教学改革的经验作为实验教学研究的范例，建立精品实验项目的意义不仅仅在于项目本身的实施，更多的是对于实验课程的发展、“精品化”具有重要意义。

1.继续丰富教学内容

目前精品实验探测对象为防空洞为主，对象比较单一。通过实验，学生对高密度电阻率法有了全面的认识和了解，在接下来的实验中，将拓展研究对象，如地下污水管、电缆以及多个对象的组合，增加探测对象的复杂度，让学生了解地球物理多解性等复杂问题。

2.规范地球物理数据采集实验规程

本次实验中测线设计、数据采集、资料整理与处理、处理结果解释等过程编制了设计控制、数据采集规范、资料处理控制、解释控制、不合格资料控制、职业健康安全控制等规范，在今后实践中将进一步完善规范实验流程。

四、结语

精品实验项目“直流电法和高密度电阻率法的数据采集”以校园防空洞为探测对象，采用WGMD-4集中式高密度电阻率成像系统对地下介质的地电结构开展实验研究。将课堂上的理论知识与工程地质实际问题相结合，激发了学生的学习兴趣，增强了学生的主观能动性，促进了学生分析问题、解决问题的实践能力和创新能力等多方面能力的培养和提高。

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high quality experimental projects；direct current （dc） method； high density resistivity method； experimental teaching

G640

A

1006-9372（2015）02-0078-03

2015-05-10。

同济大学精品实验项目“直流电测深和高密度电阻率法的数据采集实验”。

张新兵，男，讲师，主要从事地球物理数据处理与综合解释研究工作。

投稿网址： www.chinageoeducation.net.cn 联系邮箱:bjb3162@cugb.edu.cn

引用格式:张新兵，于鹏，吴健生.采建设精品实验项目，提高地球物理实验教学水平［J］.中国地质教育，2015，24（2）:78-80.

Title: Constructing High Quality Experimental Projects to Raise the Level of Experimental Teaching of Geophysics

Author（s）: ZHANG Xin-bing， YU Peng， WU Jian-sheng