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1、地球物理學(xué)專業(yè)測(cè)繪課程教學(xué)改革探討 地球物理學(xué)專業(yè)測(cè)繪課程教學(xué)改革探討 2017/11/17 《礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)》2017年第5期 摘要：本文闡述了目前國內(nèi)高校地球物理學(xué)專業(yè)測(cè)繪課程設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，對(duì)其存在的問題提出針對(duì)性改善建議。具體以北戴河地球物理專業(yè)實(shí)踐教學(xué)為例，進(jìn)行重、磁和GNSSRTK綜合實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)探索，對(duì)學(xué)科發(fā)展具有一定的現(xiàn)實(shí)參考意義。 關(guān)鍵詞：地球物理學(xué)；信息化測(cè)繪；北戴河實(shí)踐教學(xué) 一、引言

2、 地球物理學(xué)專業(yè)以人類生息的地球及其周圍空間為主要研究對(duì)象，綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、測(cè)繪遙感科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科的理論方法和現(xiàn)代高科技手段，從事探索地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、資源勘察、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)等方面的工作[1]。地球物理學(xué)作為地球科學(xué)的先導(dǎo)學(xué)科，在對(duì)地球物理性質(zhì)的基本認(rèn)識(shí)、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全需要方面，都具有重要的意義，應(yīng)該得到重視和發(fā)展[2]。目前全國共有24所大學(xué)開設(shè)有地球物理學(xué)專業(yè)，包括北京大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)、武漢大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)等著名高校，高校數(shù)量有逐年增加趨勢(shì)。作為一門實(shí)踐性和探索性并重的學(xué)科專業(yè)，地球物理學(xué)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)是本科生人才培養(yǎng)必不可少的重要環(huán)節(jié)[3]。以中國地質(zhì)大

3、學(xué)（武漢）的本科實(shí)踐教學(xué)為例，建立有專門的校外實(shí)踐教學(xué)基地，包括秭歸基礎(chǔ)地質(zhì)認(rèn)識(shí)、周口店野外地質(zhì)教學(xué)和北戴河地球物理觀測(cè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)三大基地。本文結(jié)合地球物理專業(yè)的特點(diǎn)，針對(duì)各高校地球物理學(xué)專業(yè)信息化測(cè)繪課程的現(xiàn)狀，重點(diǎn)探索當(dāng)前地球物理專業(yè)測(cè)繪課程的改革方向，并以中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理專業(yè)北戴河實(shí)踐教學(xué)為例進(jìn)行探索。 二、信息化測(cè)繪與地球物理學(xué) 測(cè)繪科學(xué)致力于提供空間和時(shí)間服務(wù)，在地球物理學(xué)中起著不可或缺的重要作用，同時(shí)為許多地球物理問題的解決提供邊界約束[4]。利用空間衛(wèi)星可以對(duì)地表、斷層、塊體的位移和運(yùn)行提供精確的約束，代表技術(shù)有：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNS

4、S）、衛(wèi)星重力測(cè)量、干涉合成孔徑雷達(dá)（InSAR）等。空間觀測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，促使近代測(cè)繪學(xué)科完成了由模擬測(cè)繪到數(shù)據(jù)化測(cè)繪的轉(zhuǎn)變，并向信息化跨越，使人們的生活開始進(jìn)入“智慧地球”和“大數(shù)據(jù)”階段[5]。信息化測(cè)繪科學(xué)與地球物理學(xué)相交叉，產(chǎn)生了許多新的研究方向和學(xué)科，如構(gòu)造大地測(cè)量學(xué)、空間物理大地測(cè)量學(xué)等等，在地震科學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)、淺層地質(zhì)災(zāi)害分析等領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。 三、高校地球物理學(xué)專業(yè)信息化測(cè)繪課程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及改進(jìn) 雖然測(cè)繪遙感是地球物理學(xué)專業(yè)的組成部分，但是目前國內(nèi)各高校相關(guān)課程設(shè)置整體薄弱。在各高校的地球物理專業(yè)測(cè)繪相關(guān)課程中，北京大學(xué)開設(shè)有《重力學(xué)與大地

5、測(cè)量》專業(yè)基礎(chǔ)課，同濟(jì)大學(xué)開設(shè)有《測(cè)量學(xué)》及實(shí)習(xí)并作為工程地球物理方向的建議選修課，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）開設(shè)有《測(cè)量學(xué)》及實(shí)習(xí)作為專業(yè)基礎(chǔ)課，另有《大地測(cè)量學(xué)》為專業(yè)選修課，中國科學(xué)院大學(xué)該專業(yè)開設(shè)有《現(xiàn)代大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)》、《物理大地測(cè)量學(xué)》、《測(cè)量數(shù)據(jù)處理理論和方法》，武漢大學(xué)開設(shè)的相關(guān)課程最多，主要有《大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)》、《空間定位技術(shù)及應(yīng)用》、《地球物理大地測(cè)量學(xué)課程設(shè)計(jì)》、《遙感原理與應(yīng)用》等。目前地球物理學(xué)專業(yè)的信息化測(cè)繪課程教學(xué)上以武漢大學(xué)和中國科學(xué)院大學(xué)較為完善，值得借鑒。目前國內(nèi)高校地球物理學(xué)專業(yè)測(cè)繪課程建設(shè)上主要存在以下不足：（1）測(cè)繪課程偏少和老化，很多高校都只開設(shè)有《測(cè)量學(xué)

6、》一門課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課或選修課，課程教學(xué)停留在經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀和大平板繪圖講授，內(nèi)容老舊，與現(xiàn)代信息測(cè)繪脫節(jié)；（2）測(cè)繪課程認(rèn)識(shí)上的片面化和工具化，目前許多高校的地球物理教學(xué)和宣傳只提“重、磁、電、震”，對(duì)測(cè)繪基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)和應(yīng)用能力缺乏，沒有從空間和時(shí)間角度來綜合分析傳統(tǒng)地球物理觀測(cè)結(jié)果；（3）專業(yè)背景師資不足，由于各學(xué)科歷史發(fā)展的局限性，造成了測(cè)繪教學(xué)和地球物理學(xué)專業(yè)的分割，一定程度上導(dǎo)致教學(xué)思想的偏頗。針對(duì)以上問題，地球物理學(xué)專業(yè)測(cè)繪課程設(shè)置應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：（1）注重測(cè)繪基礎(chǔ)類課程設(shè)置，讓學(xué)生理解和認(rèn)識(shí)各類參考框架、坐標(biāo)系統(tǒng)、高程基準(zhǔn)面、幾何觀測(cè)和物理觀測(cè)的統(tǒng)一、測(cè)量數(shù)據(jù)精度評(píng)定等，具體可

7、以選擇《大地測(cè)量學(xué)》為基礎(chǔ)課程；（2）引入現(xiàn)代空間測(cè)繪遙感課程，空間衛(wèi)星技術(shù)改變了傳統(tǒng)測(cè)繪的作業(yè)模式，也體現(xiàn)在部分地球物理學(xué)教學(xué)方法的改進(jìn)上，例如衛(wèi)星重力測(cè)量、高頻GNSS與地震波融合、InSAR（遙感）地表觀測(cè)及動(dòng)力學(xué)反演等；（3）綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)，將現(xiàn)代空間測(cè)繪遙感技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)融入傳統(tǒng)的“重、磁，、電、震”四類地球物理學(xué)教學(xué)方法中，進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)合反演處理分析地球物理學(xué)問題。 四、北戴河地球物理實(shí)踐教學(xué)信息化測(cè)繪內(nèi)容設(shè)計(jì)探索 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）北戴河地球物理實(shí)習(xí)是相關(guān)專業(yè)的核心實(shí)踐課程，為了深化信息化測(cè)繪下的教學(xué)改革探索，將GNSSRTK教學(xué)作為此次實(shí)習(xí)的重

8、要組成部分，與重、磁實(shí)踐教學(xué)一起進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，具體教學(xué)分為兩部分：一是實(shí)習(xí)站內(nèi)GNSSRTK單方法的操作實(shí)踐。主要在實(shí)習(xí)站內(nèi)進(jìn)行RTK的原理和操作講解；安排學(xué)生分組進(jìn)行GNSSRTK操作練習(xí)，掌握點(diǎn)測(cè)量、點(diǎn)放樣和點(diǎn)檢校的方法；了解RTK進(jìn)行區(qū)域地物地籍圖測(cè)量的方法，理解RTK在實(shí)際工作中的限制影響因素。二是野外重、磁和GNSSRTK方法組的綜合教學(xué)，讓學(xué)生掌握不同技術(shù)方法聯(lián)合作業(yè)的特點(diǎn)及要求。由于磁法對(duì)坐標(biāo)的精度要求低，可以用手持GPS獲取施測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，因此RTK配合重力測(cè)量是此次實(shí)踐教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。RTK在此次重力測(cè)量中的應(yīng)用主要有三個(gè)方面：一是剖線坐標(biāo)點(diǎn)放樣，取代傳統(tǒng)拉測(cè)繩、插筷子的模式；二

9、是重力施測(cè)點(diǎn)高程坐標(biāo)采集，用于取代低等水準(zhǔn)測(cè)量的地形改正；三是RTK進(jìn)行采礦區(qū)的體積測(cè)量計(jì)算，用于重力異常校正，測(cè)線終點(diǎn)處有多個(gè)巨型灰?guī)r采礦坑相連，等效直徑超500m，平均深度40-50m。 五、效果與體會(huì) 筆者結(jié)合自己專業(yè)研究背景和教學(xué)實(shí)踐，具體探索了信息化測(cè)繪背景下北戴河地球物理學(xué)專業(yè)測(cè)繪課程實(shí)踐教學(xué)，有以下幾點(diǎn)體會(huì)： 1.理論聯(lián)系實(shí)際，教學(xué)效果好。實(shí)踐教學(xué)是課堂教學(xué)的延伸和深化，學(xué)生將所學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用到具體數(shù)據(jù)采集分析工作，在實(shí)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)問題，掃除課堂學(xué)習(xí)的盲點(diǎn)。具體在實(shí)踐操作中，學(xué)生直觀感覺了不同坐標(biāo)系下觀測(cè)值的差異和適用情況，RTK測(cè)

10、量過程中單點(diǎn)、浮動(dòng)和固定解的影響因素，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)觀測(cè)的區(qū)別聯(lián)系。 2.綜合設(shè)計(jì)難度高，激發(fā)探索精神。改變以往單一實(shí)驗(yàn)方法教學(xué)模式，將重、磁、GNSS結(jié)合在一起，讓學(xué)生結(jié)合地球物理學(xué)研究和應(yīng)用實(shí)際，自主進(jìn)行觀測(cè)方案設(shè)計(jì)、人員安排、觀測(cè)方案實(shí)施和后期模型反演分析。21世紀(jì)地球物理學(xué)向著系統(tǒng)化、信息化、協(xié)同化方向發(fā)展，因此需要利用不同觀測(cè)手段的優(yōu)勢(shì)，共同解決地球物理反演多解問題。綜合設(shè)計(jì)有效地激發(fā)了學(xué)生的探索精神和綜合管理組織能力。 3.增加專業(yè)技能，拓寬就業(yè)選擇。地球物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的就業(yè)分為兩種[6]，一是地球物理勘探，主要在油礦勘察行業(yè)，近年來就業(yè)萎縮，同時(shí)行業(yè)性

11、質(zhì)導(dǎo)致女生就業(yè)更為困難；二是理論地球物理，主要從事地震相關(guān)行業(yè)研究工作。隨著中國北斗技術(shù)的飛速發(fā)展，進(jìn)行測(cè)繪相關(guān)課程改革后將有利于拓寬地球物理學(xué)專業(yè)學(xué)生在測(cè)繪類相關(guān)行業(yè)的就業(yè)面?？傮w而言，結(jié)合信息化測(cè)繪進(jìn)行地球物理學(xué)專業(yè)測(cè)繪課程教學(xué)改革探索，符合本專業(yè)發(fā)展特點(diǎn)和時(shí)代前進(jìn)方向，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神、學(xué)科交叉能力和國際性視野的提高作用顯著。本文對(duì)地球物理學(xué)專業(yè)測(cè)繪課程教學(xué)改革的探索，結(jié)合具體實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革嘗試，教學(xué)反饋效果好，具有一定的現(xiàn)實(shí)參考意義。 參考文獻(xiàn)： [1]劉喜武.地球信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的定位與人才培養(yǎng)模式探索[J].中國地質(zhì)教育,2007,(3):96-9

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