多种教学模式在暑期地震野外实践教学中的应用

［摘 要］ 暑期野外实践教学对于地学类专业学生的培养至关重要，暑期多雨的气候条件却给野外实践教学带来一定的挑战。在暑期多雨的气候条件下，以勘查技术与工程专业地震方向的实践教学为例，探讨了包括分组竞赛、室内室外联动及线上线下混合等多种教学模式在野外实践教学中的应用。学生的反馈和实践经验的总结证实了多种教学模式的结合可以应对暑期天气的影响，灵活的教学方法有效地激发了学生的实习热情和参与感。

［关键词］ 多种教学模式结合；野外实践教学；雨季影响；地震勘探

［基金项目］ 2022年度中国地质大学（北京）本科教育质量提升计划建设项目“‘地震勘探原理与解释’课程改革”（JG202227）

［作者简介］ 杨 春（1988—），女，江苏徐州人，博士，中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院副教授，硕士生导师，主要从事勘探地球物理学研究；王 赟（1969—），男，辽宁大连人，博士，中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院教授，博士生导师，主要从事勘探地球物理学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）44-0151-04 ［收稿日期］ 2023-10-07

引言

实践对于大学生的成长至关重要，高等学校要强化实践育人的意识，合理制订实践教学方案，切实加强实验、实习等实践教学环节，从而保障各环节的时间和效果。

地学类专业具有实践性强的特点，中国地质大学（北京）作为国内著名的地学类高等学府，非常重视野外的实践教学，如对勘查技术与工程专业学生的本科前三年暑期分别开设了北戴河地质认识实习（2周、2学分），周口店地质教学实习（5周、5学分）以及野外实践教学（6周、6学分）。尤其是大学三年级暑假在柳江地学实习基地开展的野外实践教学，涉及地震、重力、磁法、电法、测井、放射性等多种地球物理勘探方法的野外观测、数据采集、资料处理与综合地质解释。学生可以巩固已学习的专业基础知识，培养自身的专业兴趣，锻炼学生解决实际问题的能力，从而使其成长为能在资源勘查与开发、工程勘查、深部探测、灾害与环境监测防治、城市地下空间探测、信息服务等领域解决复杂问题的高素质应用创新型人才［1-4］。

柳江地学实习基地位于我国河北省秦皇岛市境内，是国内最大的地学类高校野外实践教学基地。这里常年有北京大学、中国地质大学（北京）、中国科学院等80余所大学、16 000多名师生到此开展教学实习［5］。由于基地仅可以同时接纳1 300多名师生开展实践教学活动，每年的暑期地质实习旺季人满为患，各高校需要在既定的日期开展实践教学，从而尽可能地缓解基地的接待压力。然而，暑期实习正逢秦皇岛的雨季，夏季多阴雨，年降雨多集中于7、8月份，可达到年降水量的70%，秦皇岛地区暑期多雨的气候条件给野外实践教学带来一定的挑战。本文以勘查技术与工程专业地震方向的实践教学为例，探讨多种教学模式在暑期多雨天气下野外实践教学中的应用。

一、野外实践教学

（一）教学目的

中国地质大学（北京）勘查技术与工程专业是由原北京地质学院的地球物理勘探、金属物探、石油物探等专业发展而来的。2008年，本专业获批国家级高等学校特色建设专业；2021年，本专业获批国家级“一流本科专业”建设点。勘查技术与工程专业对学生的培养目标可以总结为：掌握多种地球物理勘探方法野外观测、数据采集、资料处理与综合地质解释等基本技能，能发现和分析地球物理勘查过程中的关键科技问题，并提出合理的解决方案，具备合格的地球物理勘探工程师的素质和能力。同时，毕业要求里也对多种地球物理方法的掌握进行了明确说明。例如，识别和判断地球物理勘查方法、仪器，从而能够进行数据采集、处理和解释领域中复杂工程问题的关键环节和参数，能够正确表达勘查地球物理领域的工程问题及其解决方案。

勘查技术与工程专业学生已经在大学三年级系统地学习了各种地球物理方法的核心课程，包括“地震勘探”“重力勘探”“磁法勘探”“电法勘探”“地球物理测井以及核地球物理”。在大学三年级暑期设置地震、重力、磁法、电法、测井、放射性等多种地球物理勘探方法的野外观测、数据采集、资料处理与解释，从而及时地引导学生将所学的理论知识与实践融会贯通［6］。野外实践教学是本专业学生培养的重要环节，能够充分支持本专业的培养目标。

（二）教学内容及资源

地震方向实习包括了地震勘探从采集、处理到解释的基本过程，具体包括以下7个方面的内容：熟悉仪器组件及连接与软件端操作、仪器的一致性实验及地震记录与排列认识、采集试验、多次覆盖观测系统采集、组合检波实验、三维地震勘探认识、小折射实验。

实习参考书使用了由中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院教师编纂的《地震勘探野外采集实习指导书》。视频资源是本学院教师录制的实习教学视频，包括：地震数据采集系统概述、采集设备的认识和连接、检波器一致性实验、二维数据采集实验、多次覆盖观测二维采集实验以及三维地震采集实验。

二、多种教学模式及考核

勘查技术与工程专业野外实践教学总计6周，包括柳江地学实习基地室外实习3周和学校室内实习3周。本次参加实习的学生共计53人，被分为两大组（1至3组26人、4至6组27人）进行多种地球物理方法的轮换实习。1至3组日程依次安排为：电法、地震、重力、磁法、放射性、测井等各地球物理勘探方法的实习。共计四日的地震方法实习在前两日遇到了大雨，只有灵活调整实习方法，采取多种教学模式相结合的方式，才能保证实习的顺利完成。

（一）分组竞赛模式

分组竞赛模式贯穿了地震实习的全过程，一方面可以增强学生的团队合作意识；另一方面可以更大限度地调动学生的积极性和参与感。当天气下雨时，我们借用基地的室内自习室进行仪器的认识和连接实习。地震勘探实习涉及众多仪器设备。包括：Geode地震仪、组件主要包括电脑上安装的Geometrics、Seismodule、Controller软件，网络接口盒、Geode采集站、检波器、电源、铁锤、铁板、两种类型的数据传输线、检波器线（大线）、Y型电缆、炮线、电源线、打印机。涉及较为复杂的线路连接，尤其是各台设备的输出输入端是固定的。仪器的认识及正确连接则是地震勘探实习能够有效推进的首要条件。以小组为单位，开展仪器辨别与作用介绍的竞赛。实习指导书上的图片变成了生动的实物，激发了学生的积极性；输入输出端的认识及连接方式的实践也调动了学生的动手操作热情。

在地震实习过程中，竞赛分组完成了以下实习内容：仪器的识别与24道采集系统的连接；观测系统各参数设置实验（偏移距实验：0 m、4 m、8 m偏移距；排列长度实验：24道1 m、48道1 m；道间距实验：24道2 m、48道1 m；激发方式：铁板、土地；其中偏移距实验、排列长度实验、道间距实验分别由小号、中间、大号端激发，激发方式由小号端激发）；一致性实验；小折射实验；小三维实验；组合检波（线性组合检波方式、三角组合方式、单点检波方式）。在以上分组竞赛完成后，1至3组配合完成了刘家河实习点的多次覆盖实验。设置最小偏移距为0m、24道接收、道间距1m、炮检距为道间距的2倍，总共设置72道，其中24道以小组为单位完成搬家。分组竞赛以小组为单位进行考核，纳入实习平时成绩，每次考核满分10分。

前三天将所有既定实习内容完成，最后一天复习所有学习内容并在基地空地上进行分组随机命题练习与考核。1组：小折射实验，要求：连接48道采集系统；2组：48道采集系统，小号端、中间、大号端激发；3组：多次覆盖实验（24道接收，多次覆盖4次），要求：连接48道采集系统，滚动3次。

（二）室内室外联动模式

相比课堂教学，野外实践教学可以更有效地将理论与实践相结合。从理论出发预测可能出现的结果，及时地在野外实践中进行论证。同时，野外观测到的现象也需要依据理论基础进行解释。理论与实践的有机结合也在多雨天气下的室内室外联动得到了很好的体现。

实习第一天是大雨天气，每名学生在室内完成了24道采集系统仪器连接示意图的绘制和一致性实验波形的分析。其中一致性分析中设置一个为空道、一个为反极性道。雨歇期间，学生便在基地空地上开展了以上两组实验的验证。

实习第二天依然是大雨天气，室内进行前一天采集数据的处理，并进行滤波分析不同地震信号的特征。绘制单边激发单边接收多次覆盖观测系统图，要求24道接收，道间距1 m，炮检距为道间距的2倍。雨歇期间，每组选取一个绘制较好的多次覆盖观测系统，进行现场复现，完成多次观测系统的连接、数据的采集与基本地震波形的识别。

以问题的形式向学生提问实践过程中的采集要点及数据特征，引导学生思考其理论依据。例如，小折射实验中两端道间距要减小的依据是什么？组合方式和单点方式哪种压制面波的效果更好？分析实际采集地震信号中的噪声信号和有效信号，并在后续室内数据处理阶段完成噪声信号的去除，有效信号的提取并分析地下地层信息。

室内室外联动的模式强调让学生自主完成地震勘探野外数据采集、资料处理等方案的设计及实现，符合毕业中设计与开发解决方案及科学研究等方面的要求，即能够设计针对地球物理勘查领域复杂工程问题的解决方案，具有地球物理勘查野外数据采集、资料处理和地质解释等方案设计能力。能够基于科学原理并采用科学方法对地球物理勘查领域复杂工程问题进行研究，包括地球物理勘查数据采集方案设计、数据资料分析与处理和地质地球物理综合解释，并通过多数据联合反演得出合理有效的结论，从而具备初步的科学研究能力。

（三）线上线下混合教学模式

充分利用实习教学视频，并集中学习了对采集设备的认识和连接、多次覆盖观测二维地震采集及三维地震采集实验等部分内容。由于基地无法提供多媒体等设备，充分利用教职工宿舍中的电视机等设备为学生创造学习的条件与空间，将1至3组学生重组为2组，分批集中观看并学习教学视频，复习仪器的认识与连接，并讲解采集信号中不同类型波的识别。对已采集的数据进行滤波并分析不同地震信号的特征。学习多次覆盖观测系统及三维地震数据采集，为多次覆盖观测系统的绘制与实现、小三维地震实验打下理论基础。

同时，将视频材料上传至学习通，学生可以自主对地震数据采集系统概述、检波器一致性实验、二维数据采集实验等内容进行重点学习，并对集中学习材料进行复习。通过室内与室外联动、线上与线下混合的教学模式，充分利用学生的自主性与能动性。线上与线下混合教学模式有效地结合了传统教学和网络教学，增强了学生的自学能力，也符合对学生终身学习的要求，即具有自主学习和终身学习的意识，能够不断学习地球物理领域新方法和新技术，有不断学习和适应发展的能力。

三、学生反馈

参加实习的26名学生中，有近10名学生在实习报告的总结中对多种教学模式的灵活授课方式给有详细的正向反馈，部分报告内容摘录如下。

学生王某某：实习的第二天有降雨，杨老师带领全班同学分批次地在教师宿舍进行多次覆盖观测系统的视频学习，并讲解了滤波和各波形识别的相关知识。这使我对于直达波、折射波和面波的鉴别有了很深的印象与理解，启发了我对于反射波形成条件的思考。天气并没有影响我们的实习进度，我们在杨老师的带领下抓住时机，顺利地完成了各项实验。在最后一天，实习的各小组也完成了考核。杨老师面对恶劣天气环境，及时调整教学安排，使我实习的思路非常清晰，对知识的掌握也更加深刻，也使我有序地完成了各项实验。

学生杨某某：地震实习开头两天一直是大雨下个不停的天气，但这并不能阻碍我们地震实习的进度。第一天的早上，杨老师带我们去了自习室认识室内仪器。杨老师用比赛加分的形式带我们认识仪器，我突然觉得之前课本上枯燥刻板的地震仪器似乎也没那么难以分辨认识。窗外雨一直下，室内的我们在老师和学长们的指导讲解下，每个人都参与在熟悉连接仪器及学习软件端操作的过程中。因为担心实习后几天的天气影响，当前两天下午雨停后，我们便立刻前往基地小树林边进行室外地震采集工作。记得第二天下午，大家将仪器都搬到小树林后雨又下了起来，但这并没有影响大家工作的热情，那天大家都穿着雨衣，打着雨伞在雨中布设地震仪器，大家一起努力的样子会是我日后美好的回忆。

学生任某某：为期4天的地震实习带给了我很大的收获，虽然实习的进程一直因为大雨而延误，但我们的学习一直在进行。我们在教室学习了识别相应仪器，通过在老师的公寓观看教学视频以及相互讨论，我们对本次实习的目的及出发点有了进一步的了解。实习结束后，我对仪器的连接、使用以及注意事项等都依然记忆深刻。我们还在实习最后一天独自进行了实验，我们有一种获得知识的满足感。