地球物理學專業(yè)測繪課程教學改革探討

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1、地球物理學專業(yè)測繪課程教學改革探討 地球物理學專業(yè)測繪課程教學改革探討 2017/11/17 《礦物巖石地球化學通報》2017年第5期 摘要：本文闡述了目前國內(nèi)高校地球物理學專業(yè)測繪課程設計的現(xiàn)狀，對其存在的問題提出針對性改善建議。具體以北戴河地球物理專業(yè)實踐教學為例，進行重、磁和GNSSRTK綜合實踐教學設計探索，對學科發(fā)展具有一定的現(xiàn)實參考意義。 關鍵詞：地球物理學；信息化測繪；北戴河實踐教學 一、引言

2、 地球物理學專業(yè)以人類生息的地球及其周圍空間為主要研究對象，綜合運用數(shù)學、物理學、地質學、測繪遙感科學、計算機科學等學科的理論方法和現(xiàn)代高科技手段，從事探索地球內(nèi)部結構、資源勘察、地質災害預測等方面的工作[1]。地球物理學作為地球科學的先導學科，在對地球物理性質的基本認識、國民經(jīng)濟發(fā)展和國家安全需要方面，都具有重要的意義，應該得到重視和發(fā)展[2]。目前全國共有24所大學開設有地球物理學專業(yè)，包括北京大學、中國科學院大學、武漢大學、中國地質大學等著名高校，高校數(shù)量有逐年增加趨勢。作為一門實踐性和探索性并重的學科專業(yè)，地球物理學專業(yè)實踐教學是本科生人才培養(yǎng)必不可少的重要環(huán)節(jié)[3]。以中國地質大

3、學（武漢）的本科實踐教學為例，建立有專門的校外實踐教學基地，包括秭歸基礎地質認識、周口店野外地質教學和北戴河地球物理觀測實驗教學三大基地。本文結合地球物理專業(yè)的特點，針對各高校地球物理學專業(yè)信息化測繪課程的現(xiàn)狀，重點探索當前地球物理專業(yè)測繪課程的改革方向，并以中國地質大學（武漢）地球物理專業(yè)北戴河實踐教學為例進行探索。 二、信息化測繪與地球物理學 測繪科學致力于提供空間和時間服務，在地球物理學中起著不可或缺的重要作用，同時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)星可以對地表、斷層、塊體的位移和運行提供精確的約束，代表技術有：全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNS

4、S）、衛(wèi)星重力測量、干涉合成孔徑雷達（InSAR）等。空間觀測技術的飛速發(fā)展，促使近代測繪學科完成了由模擬測繪到數(shù)據(jù)化測繪的轉變，并向信息化跨越，使人們的生活開始進入“智慧地球”和“大數(shù)據(jù)”階段[5]。信息化測繪科學與地球物理學相交叉，產(chǎn)生了許多新的研究方向和學科，如構造大地測量學、空間物理大地測量學等等，在地震科學、地球動力學、淺層地質災害分析等領域應用潛力巨大。 三、高校地球物理學專業(yè)信息化測繪課程設計現(xiàn)狀及改進 雖然測繪遙感是地球物理學專業(yè)的組成部分，但是目前國內(nèi)各高校相關課程設置整體薄弱。在各高校的地球物理專業(yè)測繪相關課程中，北京大學開設有《重力學與大地

5、測量》專業(yè)基礎課，同濟大學開設有《測量學》及實習并作為工程地球物理方向的建議選修課，中國地質大學（武漢）開設有《測量學》及實習作為專業(yè)基礎課，另有《大地測量學》為專業(yè)選修課，中國科學院大學該專業(yè)開設有《現(xiàn)代大地測量學基礎》、《物理大地測量學》、《測量數(shù)據(jù)處理理論和方法》，武漢大學開設的相關課程最多，主要有《大地測量學基礎》、《空間定位技術及應用》、《地球物理大地測量學課程設計》、《遙感原理與應用》等。目前地球物理學專業(yè)的信息化測繪課程教學上以武漢大學和中國科學院大學較為完善，值得借鑒。目前國內(nèi)高校地球物理學專業(yè)測繪課程建設上主要存在以下不足：（1）測繪課程偏少和老化，很多高校都只開設有《測量學

6、》一門課程作為專業(yè)基礎課或選修課，課程教學停留在經(jīng)緯儀、水準儀和大平板繪圖講授，內(nèi)容老舊，與現(xiàn)代信息測繪脫節(jié)；（2）測繪課程認識上的片面化和工具化，目前許多高校的地球物理教學和宣傳只提“重、磁、電、震”，對測繪基礎認識和應用能力缺乏，沒有從空間和時間角度來綜合分析傳統(tǒng)地球物理觀測結果；（3）專業(yè)背景師資不足，由于各學科歷史發(fā)展的局限性，造成了測繪教學和地球物理學專業(yè)的分割，一定程度上導致教學思想的偏頗。針對以上問題，地球物理學專業(yè)測繪課程設置應考慮以下幾個方面：（1）注重測繪基礎類課程設置，讓學生理解和認識各類參考框架、坐標系統(tǒng)、高程基準面、幾何觀測和物理觀測的統(tǒng)一、測量數(shù)據(jù)精度評定等，具體可

7、以選擇《大地測量學》為基礎課程；（2）引入現(xiàn)代空間測繪遙感課程，空間衛(wèi)星技術改變了傳統(tǒng)測繪的作業(yè)模式，也體現(xiàn)在部分地球物理學教學方法的改進上，例如衛(wèi)星重力測量、高頻GNSS與地震波融合、InSAR（遙感）地表觀測及動力學反演等；（3）綜合設計實踐教學，將現(xiàn)代空間測繪遙感技術的實踐教學融入傳統(tǒng)的“重、磁，、電、震”四類地球物理學教學方法中，進行數(shù)據(jù)聯(lián)合反演處理分析地球物理學問題。 四、北戴河地球物理實踐教學信息化測繪內(nèi)容設計探索 中國地質大學（武漢）北戴河地球物理實習是相關專業(yè)的核心實踐課程，為了深化信息化測繪下的教學改革探索，將GNSSRTK教學作為此次實習的重

8、要組成部分，與重、磁實踐教學一起進行整體設計，具體教學分為兩部分：一是實習站內(nèi)GNSSRTK單方法的操作實踐。主要在實習站內(nèi)進行RTK的原理和操作講解；安排學生分組進行GNSSRTK操作練習，掌握點測量、點放樣和點檢校的方法；了解RTK進行區(qū)域地物地籍圖測量的方法，理解RTK在實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，讓學生掌握不同技術方法聯(lián)合作業(yè)的特點及要求。由于磁法對坐標的精度要求低，可以用手持GPS獲取施測點坐標，因此RTK配合重力測量是此次實踐教學的重點內(nèi)容。RTK在此次重力測量中的應用主要有三個方面：一是剖線坐標點放樣，取代傳統(tǒng)拉測繩、插筷子的模式；二

9、是重力施測點高程坐標采集，用于取代低等水準測量的地形改正；三是RTK進行采礦區(qū)的體積測量計算，用于重力異常校正，測線終點處有多個巨型灰?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 筆者結合自己專業(yè)研究背景和教學實踐，具體探索了信息化測繪背景下北戴河地球物理學專業(yè)測繪課程實踐教學，有以下幾點體會： 1.理論聯(lián)系實際，教學效果好。實踐教學是課堂教學的延伸和深化，學生將所學理論知識應用到具體數(shù)據(jù)采集分析工作，在實習過程中發(fā)現(xiàn)問題，掃除課堂學習的盲點。具體在實踐操作中，學生直觀感覺了不同坐標系下觀測值的差異和適用情況，RTK測

10、量過程中單點、浮動和固定解的影響因素，靜態(tài)和動態(tài)觀測的區(qū)別聯(lián)系。 2.綜合設計難度高，激發(fā)探索精神。改變以往單一實驗方法教學模式，將重、磁、GNSS結合在一起，讓學生結合地球物理學研究和應用實際，自主進行觀測方案設計、人員安排、觀測方案實施和后期模型反演分析。21世紀地球物理學向著系統(tǒng)化、信息化、協(xié)同化方向發(fā)展，因此需要利用不同觀測手段的優(yōu)勢，共同解決地球物理反演多解問題。綜合設計有效地激發(fā)了學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。地球物理學專業(yè)學生的就業(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，同時行業(yè)性

11、質導致女生就業(yè)更為困難；二是理論地球物理，主要從事地震相關行業(yè)研究工作。隨著中國北斗技術的飛速發(fā)展，進行測繪相關課程改革后將有利于拓寬地球物理學專業(yè)學生在測繪類相關行業(yè)的就業(yè)面?？傮w而言，結合信息化測繪進行地球物理學專業(yè)測繪課程教學改革探索，符合本專業(yè)發(fā)展特點和時代前進方向，對學生創(chuàng)新精神、學科交叉能力和國際性視野的提高作用顯著。本文對地球物理學專業(yè)測繪課程教學改革的探索，結合具體實踐教學進行改革嘗試，教學反饋效果好，具有一定的現(xiàn)實參考意義。 參考文獻： [1]劉喜武.地球信息科學與技術專業(yè)的定位與人才培養(yǎng)模式探索[J].中國地質教育,2007,(3):96-9

12、9. [2]滕吉文.當代中國地球物理學向何處去[J].地球物理學進展,2006,21(2):327-339. [3]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. [4]高星.對中國地球物理學發(fā)展的思考[J].地球科學進展,1999,14(2):124-132. [5]許才軍.測繪工程專業(yè)課程創(chuàng)新體系初探[J].測繪通報,2007,(11):74-77. [6]Palacky,G.J.,黃皓平,曲增芳.地球物理專業(yè)中的人才資源———人才統(tǒng)計和教育[J].世界地質,1991,(3):013.