多種教學模式在暑期地震野外實踐教學中的應用

［摘 要］ 暑期野外實踐教學對于地學類專業(yè)學生的培養(yǎng)至關重要，暑期多雨的氣候條件卻給野外實踐教學帶來一定的挑戰(zhàn)。在暑期多雨的氣候條件下，以勘查技術與工程專業(yè)地震方向的實踐教學為例，探討了包括分組競賽、室內(nèi)室外聯(lián)動及線上線下混合等多種教學模式在野外實踐教學中的應用。學生的反饋和實踐經(jīng)驗的總結證實了多種教學模式的結合可以應對暑期天氣的影響，靈活的教學方法有效地激發(fā)了學生的實習熱情和參與感。

［關鍵詞］ 多種教學模式結合；野外實踐教學；雨季影響；地震勘探

［基金項目］ 2022年度中國地質(zhì)大學（北京）本科教育質(zhì)量提升計劃建設項目“‘地震勘探原理與解釋’課程改革”（JG202227）

［作者簡介］ 楊 春（1988—），女，江蘇徐州人，博士，中國地質(zhì)大學（北京）地球物理與信息技術學院副教授，碩士生導師，主要從事勘探地球物理學研究；王 赟（1969—），男，遼寧大連人，博士，中國地質(zhì)大學（北京）地球物理與信息技術學院教授，博士生導師，主要從事勘探地球物理學研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）44-0151-04 ［收稿日期］ 2023-10-07

引言

實踐對于大學生的成長至關重要，高等學校要強化實踐育人的意識，合理制訂實踐教學方案，切實加強實驗、實習等實踐教學環(huán)節(jié)，從而保障各環(huán)節(jié)的時間和效果。

地學類專業(yè)具有實踐性強的特點，中國地質(zhì)大學（北京）作為國內(nèi)著名的地學類高等學府，非常重視野外的實踐教學，如對勘查技術與工程專業(yè)學生的本科前三年暑期分別開設了北戴河地質(zhì)認識實習（2周、2學分），周口店地質(zhì)教學實習（5周、5學分）以及野外實踐教學（6周、6學分）。尤其是大學三年級暑假在柳江地學實習基地開展的野外實踐教學，涉及地震、重力、磁法、電法、測井、放射性等多種地球物理勘探方法的野外觀測、數(shù)據(jù)采集、資料處理與綜合地質(zhì)解釋。學生可以鞏固已學習的專業(yè)基礎知識，培養(yǎng)自身的專業(yè)興趣，鍛煉學生解決實際問題的能力，從而使其成長為能在資源勘查與開發(fā)、工程勘查、深部探測、災害與環(huán)境監(jiān)測防治、城市地下空間探測、信息服務等領域解決復雜問題的高素質(zhì)應用創(chuàng)新型人才［1-4］。

柳江地學實習基地位于我國河北省秦皇島市境內(nèi)，是國內(nèi)最大的地學類高校野外實踐教學基地。這里常年有北京大學、中國地質(zhì)大學（北京）、中國科學院等80余所大學、16 000多名師生到此開展教學實習［5］。由于基地僅可以同時接納1 300多名師生開展實踐教學活動，每年的暑期地質(zhì)實習旺季人滿為患，各高校需要在既定的日期開展實踐教學，從而盡可能地緩解基地的接待壓力。然而，暑期實習正逢秦皇島的雨季，夏季多陰雨，年降雨多集中于7、8月份，可達到年降水量的70%，秦皇島地區(qū)暑期多雨的氣候條件給野外實踐教學帶來一定的挑戰(zhàn)。本文以勘查技術與工程專業(yè)地震方向的實踐教學為例，探討多種教學模式在暑期多雨天氣下野外實踐教學中的應用。

一、野外實踐教學

（一）教學目的

中國地質(zhì)大學（北京）勘查技術與工程專業(yè)是由原北京地質(zhì)學院的地球物理勘探、金屬物探、石油物探等專業(yè)發(fā)展而來的。2008年，本專業(yè)獲批國家級高等學校特色建設專業(yè)；2021年，本專業(yè)獲批國家級“一流本科專業(yè)”建設點。勘查技術與工程專業(yè)對學生的培養(yǎng)目標可以總結為：掌握多種地球物理勘探方法野外觀測、數(shù)據(jù)采集、資料處理與綜合地質(zhì)解釋等基本技能，能發(fā)現(xiàn)和分析地球物理勘查過程中的關鍵科技問題，并提出合理的解決方案，具備合格的地球物理勘探工程師的素質(zhì)和能力。同時，畢業(yè)要求里也對多種地球物理方法的掌握進行了明確說明。例如，識別和判斷地球物理勘查方法、儀器，從而能夠進行數(shù)據(jù)采集、處理和解釋領域中復雜工程問題的關鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)，能夠正確表達勘查地球物理領域的工程問題及其解決方案。

勘查技術與工程專業(yè)學生已經(jīng)在大學三年級系統(tǒng)地學習了各種地球物理方法的核心課程，包括“地震勘探”“重力勘探”“磁法勘探”“電法勘探”“地球物理測井以及核地球物理”。在大學三年級暑期設置地震、重力、磁法、電法、測井、放射性等多種地球物理勘探方法的野外觀測、數(shù)據(jù)采集、資料處理與解釋，從而及時地引導學生將所學的理論知識與實踐融會貫通［6］。野外實踐教學是本專業(yè)學生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，能夠充分支持本專業(yè)的培養(yǎng)目標。

（二）教學內(nèi)容及資源

地震方向?qū)嵙暟说卣鹂碧綇牟杉⑻幚淼浇忉尩幕具^程，具體包括以下7個方面的內(nèi)容：熟悉儀器組件及連接與軟件端操作、儀器的一致性實驗及地震記錄與排列認識、采集試驗、多次覆蓋觀測系統(tǒng)采集、組合檢波實驗、三維地震勘探認識、小折射實驗。

實習參考書使用了由中國地質(zhì)大學（北京）地球物理與信息技術學院教師編纂的《地震勘探野外采集實習指導書》。視頻資源是本學院教師錄制的實習教學視頻，包括：地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述、采集設備的認識和連接、檢波器一致性實驗、二維數(shù)據(jù)采集實驗、多次覆蓋觀測二維采集實驗以及三維地震采集實驗。

二、多種教學模式及考核

勘查技術與工程專業(yè)野外實踐教學總計6周，包括柳江地學實習基地室外實習3周和學校室內(nèi)實習3周。本次參加實習的學生共計53人，被分為兩大組（1至3組26人、4至6組27人）進行多種地球物理方法的輪換實習。1至3組日程依次安排為：電法、地震、重力、磁法、放射性、測井等各地球物理勘探方法的實習。共計四日的地震方法實習在前兩日遇到了大雨，只有靈活調(diào)整實習方法，采取多種教學模式相結合的方式，才能保證實習的順利完成。

（一）分組競賽模式

分組競賽模式貫穿了地震實習的全過程，一方面可以增強學生的團隊合作意識；另一方面可以更大限度地調(diào)動學生的積極性和參與感。當天氣下雨時，我們借用基地的室內(nèi)自習室進行儀器的認識和連接實習。地震勘探實習涉及眾多儀器設備。包括：Geode地震儀、組件主要包括電腦上安裝的Geometrics、Seismodule、Controller軟件，網(wǎng)絡接口盒、Geode采集站、檢波器、電源、鐵錘、鐵板、兩種類型的數(shù)據(jù)傳輸線、檢波器線（大線）、Y型電纜、炮線、電源線、打印機。涉及較為復雜的線路連接，尤其是各臺設備的輸出輸入端是固定的。儀器的認識及正確連接則是地震勘探實習能夠有效推進的首要條件。以小組為單位，開展儀器辨別與作用介紹的競賽。實習指導書上的圖片變成了生動的實物，激發(fā)了學生的積極性；輸入輸出端的認識及連接方式的實踐也調(diào)動了學生的動手操作熱情。

在地震實習過程中，競賽分組完成了以下實習內(nèi)容：儀器的識別與24道采集系統(tǒng)的連接；觀測系統(tǒng)各參數(shù)設置實驗（偏移距實驗：0 m、4 m、8 m偏移距；排列長度實驗：24道1 m、48道1 m；道間距實驗：24道2 m、48道1 m；激發(fā)方式：鐵板、土地；其中偏移距實驗、排列長度實驗、道間距實驗分別由小號、中間、大號端激發(fā)，激發(fā)方式由小號端激發(fā)）；一致性實驗；小折射實驗；小三維實驗；組合檢波（線性組合檢波方式、三角組合方式、單點檢波方式）。在以上分組競賽完成后，1至3組配合完成了劉家河實習點的多次覆蓋實驗。設置最小偏移距為0m、24道接收、道間距1m、炮檢距為道間距的2倍，總共設置72道，其中24道以小組為單位完成搬家。分組競賽以小組為單位進行考核，納入實習平時成績，每次考核滿分10分。

前三天將所有既定實習內(nèi)容完成，最后一天復習所有學習內(nèi)容并在基地空地上進行分組隨機命題練習與考核。1組：小折射實驗，要求：連接48道采集系統(tǒng)；2組：48道采集系統(tǒng)，小號端、中間、大號端激發(fā)；3組：多次覆蓋實驗（24道接收，多次覆蓋4次），要求：連接48道采集系統(tǒng)，滾動3次。

（二）室內(nèi)室外聯(lián)動模式

相比課堂教學，野外實踐教學可以更有效地將理論與實踐相結合。從理論出發(fā)預測可能出現(xiàn)的結果，及時地在野外實踐中進行論證。同時，野外觀測到的現(xiàn)象也需要依據(jù)理論基礎進行解釋。理論與實踐的有機結合也在多雨天氣下的室內(nèi)室外聯(lián)動得到了很好的體現(xiàn)。

實習第一天是大雨天氣，每名學生在室內(nèi)完成了24道采集系統(tǒng)儀器連接示意圖的繪制和一致性實驗波形的分析。其中一致性分析中設置一個為空道、一個為反極性道。雨歇期間，學生便在基地空地上開展了以上兩組實驗的驗證。

實習第二天依然是大雨天氣，室內(nèi)進行前一天采集數(shù)據(jù)的處理，并進行濾波分析不同地震信號的特征。繪制單邊激發(fā)單邊接收多次覆蓋觀測系統(tǒng)圖，要求24道接收，道間距1 m，炮檢距為道間距的2倍。雨歇期間，每組選取一個繪制較好的多次覆蓋觀測系統(tǒng)，進行現(xiàn)場復現(xiàn)，完成多次觀測系統(tǒng)的連接、數(shù)據(jù)的采集與基本地震波形的識別。

以問題的形式向?qū)W生提問實踐過程中的采集要點及數(shù)據(jù)特征，引導學生思考其理論依據(jù)。例如，小折射實驗中兩端道間距要減小的依據(jù)是什么？組合方式和單點方式哪種壓制面波的效果更好？分析實際采集地震信號中的噪聲信號和有效信號，并在后續(xù)室內(nèi)數(shù)據(jù)處理階段完成噪聲信號的去除，有效信號的提取并分析地下地層信息。

室內(nèi)室外聯(lián)動的模式強調(diào)讓學生自主完成地震勘探野外數(shù)據(jù)采集、資料處理等方案的設計及實現(xiàn)，符合畢業(yè)中設計與開發(fā)解決方案及科學研究等方面的要求，即能夠設計針對地球物理勘查領域復雜工程問題的解決方案，具有地球物理勘查野外數(shù)據(jù)采集、資料處理和地質(zhì)解釋等方案設計能力。能夠基于科學原理并采用科學方法對地球物理勘查領域復雜工程問題進行研究，包括地球物理勘查數(shù)據(jù)采集方案設計、數(shù)據(jù)資料分析與處理和地質(zhì)地球物理綜合解釋，并通過多數(shù)據(jù)聯(lián)合反演得出合理有效的結論，從而具備初步的科學研究能力。

（三）線上線下混合教學模式

充分利用實習教學視頻，并集中學習了對采集設備的認識和連接、多次覆蓋觀測二維地震采集及三維地震采集實驗等部分內(nèi)容。由于基地無法提供多媒體等設備，充分利用教職工宿舍中的電視機等設備為學生創(chuàng)造學習的條件與空間，將1至3組學生重組為2組，分批集中觀看并學習教學視頻，復習儀器的認識與連接，并講解采集信號中不同類型波的識別。對已采集的數(shù)據(jù)進行濾波并分析不同地震信號的特征。學習多次覆蓋觀測系統(tǒng)及三維地震數(shù)據(jù)采集，為多次覆蓋觀測系統(tǒng)的繪制與實現(xiàn)、小三維地震實驗打下理論基礎。

同時，將視頻材料上傳至學習通，學生可以自主對地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述、檢波器一致性實驗、二維數(shù)據(jù)采集實驗等內(nèi)容進行重點學習，并對集中學習材料進行復習。通過室內(nèi)與室外聯(lián)動、線上與線下混合的教學模式，充分利用學生的自主性與能動性。線上與線下混合教學模式有效地結合了傳統(tǒng)教學和網(wǎng)絡教學，增強了學生的自學能力，也符合對學生終身學習的要求，即具有自主學習和終身學習的意識，能夠不斷學習地球物理領域新方法和新技術，有不斷學習和適應發(fā)展的能力。

三、學生反饋

參加實習的26名學生中，有近10名學生在實習報告的總結中對多種教學模式的靈活授課方式給有詳細的正向反饋，部分報告內(nèi)容摘錄如下。

學生王某某：實習的第二天有降雨，楊老師帶領全班同學分批次地在教師宿舍進行多次覆蓋觀測系統(tǒng)的視頻學習，并講解了濾波和各波形識別的相關知識。這使我對于直達波、折射波和面波的鑒別有了很深的印象與理解，啟發(fā)了我對于反射波形成條件的思考。天氣并沒有影響我們的實習進度，我們在楊老師的帶領下抓住時機，順利地完成了各項實驗。在最后一天，實習的各小組也完成了考核。楊老師面對惡劣天氣環(huán)境，及時調(diào)整教學安排，使我實習的思路非常清晰，對知識的掌握也更加深刻，也使我有序地完成了各項實驗。

學生楊某某：地震實習開頭兩天一直是大雨下個不停的天氣，但這并不能阻礙我們地震實習的進度。第一天的早上，楊老師帶我們?nèi)チ俗粤暿艺J識室內(nèi)儀器。楊老師用比賽加分的形式帶我們認識儀器，我突然覺得之前課本上枯燥刻板的地震儀器似乎也沒那么難以分辨認識。窗外雨一直下，室內(nèi)的我們在老師和學長們的指導講解下，每個人都參與在熟悉連接儀器及學習軟件端操作的過程中。因為擔心實習后幾天的天氣影響，當前兩天下午雨停后，我們便立刻前往基地小樹林邊進行室外地震采集工作。記得第二天下午，大家將儀器都搬到小樹林后雨又下了起來，但這并沒有影響大家工作的熱情，那天大家都穿著雨衣，打著雨傘在雨中布設地震儀器，大家一起努力的樣子會是我日后美好的回憶。

學生任某某：為期4天的地震實習帶給了我很大的收獲，雖然實習的進程一直因為大雨而延誤，但我們的學習一直在進行。我們在教室學習了識別相應儀器，通過在老師的公寓觀看教學視頻以及相互討論，我們對本次實習的目的及出發(fā)點有了進一步的了解。實習結束后，我對儀器的連接、使用以及注意事項等都依然記憶深刻。我們還在實習最后一天獨自進行了實驗，我們有一種獲得知識的滿足感。

結語

野外實踐教學可以有效地實現(xiàn)理論知識和實踐知識的融會貫通，對于地學類專業(yè)的學生培養(yǎng)至為重要。本文以中國地質(zhì)大學（北京）勘查技術與工程專業(yè)的地震實踐教學為例，研究了結合多種教學模式應對暑假雨季對實踐教學的影響。實踐經(jīng)驗總結和學生反饋證實了包括分組競賽、室內(nèi)室外聯(lián)動及線上線下混合等多種教學模式在暑期多雨天氣下野外實踐教學的有效性，為我國高校地學專業(yè)的暑期實踐教學提供了較好的參考。

參考文獻

［1］顏丹平，張維宸，王根厚，等.本科階段人才培養(yǎng)中的分層次地學實踐教學體系建設［J］.中國地質(zhì)教育，2009，18（1）：65-68.

［2］陳軒，胡明毅，李強，等.地學類專業(yè)協(xié)同、遞進式實踐教學體系的探索與實施：以長江大學為例［J］.中國地質(zhì)教育，2023，32（2）：33-36.

［3］王中亮，趙國春.北戴河地質(zhì)認識實踐教學經(jīng)驗體會［J］.教育教學論壇，2021（19）：93-96.

［4］趙俊峰，王震亮，任戰(zhàn)利.資源勘查工程專業(yè)生產(chǎn)實習教學體系的構建與實踐［J］.教育教學論壇，2021（19）：97-100.

［5］趙敬民.高等院校地學類專業(yè)野外實踐教學基地建設新模式探討：以河北省秦皇島市柳江地學實習基地為例［J］.中國地質(zhì)教育，2019（1）：80-84.

［6］賈正元，黃兆輝.淺談地球物理專業(yè)實踐教學［J］.重慶科技學院學報（社會科學版），2008（7）：192-193.

Application of Multiple Teaching Modes in Summer Seismic Field Practical Education

YANG Chun， WANG Yun

（School of Geophysics and Information Technology， China University of Geosciences Beijing， Beijing 100083， China）

Abstract： Summer field practical education is crucial in the education of students majoring in Earth sciences. However， rainy weather during the summer season presents specific challenges to outdoor practical teaching. Taking seismic practice in Prospecting Technology and Engineering as an example， this paper explores the application of multiple teaching modes， including group competitions， indoor-outdoor coordination， and blended online-offline teaching. Students’ feedback and practical experience confirm that the combination of multiple teaching modes effectively addresses the impact of summer weather， and the flexible teaching methods successfully stimulate students’ enthusiasm and engagement in the internship.

Key words： integration of multiple teaching modes; field practical teaching; impact of rainy season; seismic prospecting