物探与化探
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多个物探实验课创新创业模式的联合构建*

国内外,物探在石油工业中的地位相当重要而且还是一门边缘学科。物探专业知识涉及到应用地球物理、计算机、数学、岩土工程等多个领域。桂林理工大学勘查技术与工程专业的物探方向发展到现在,人才辈出。这是因为在本科教学环节中,勘查技术与工程教研室始终坚持先进的教学理念,物探教学模式不断推陈出新,以适应复杂多变的物探市场环境。为了满足用人单位的需要,桂林理工大学勘查技术与工程专业物探方向的本科毕业生具有较宽的专业面。在四年本科教学中,教研室安排了科研和教学能力较强的教师从事本科课程的教学。本科课程教学包括重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、地基与基础检测、超声波探测等理论课和实验课两方面的教学。阮百尧等(2004)指出挪威物探教学模式的引入等至关重要[1],能够让学生在物探数据处理和解释方面具有较深厚的理论知识和较强的实践能力。

目前,在工程教育专业认证背景下,美国、德国、日本、中国等国的高等工程教育专业认证标准已被确定。在中国申请认证的工程专业必须证实毕业生具有较高能力,如具有综合运用所学科学理论和技术手段分析并解决复杂工程问题的能力、具有对终身学习的正确认识和学习能力等[2]。对于提高学生的社会竞争力,培养能满足社会需求的实用型人才,值得教师思考[3]。针对本校勘查技术与工程物探专业的认证,物探课程的实验课教学模式的实用性改革刻不容缓,这将对学生发展产生长远影响。由于目前物探本科毕业生就业问题较为突出,物探实验课的实用性主要体现在如何提高本科生的创新创业素质,将实验课教学与创新创业教育相结合上面。多个物探专业选修课的理论教学与创新创业教育相结合的教学方法已经得到有效应用[4,5],如“地基与基础检测技术”、“声波探测技术”、“科学计算与编程”等课程。针对以上物探实验课的创新创业模式构建问题,主要通过下述几个方面进行分析:

一、加强实验课的实用性

国外物探专业毕业论文的选题实用性很强,可以直接由雇主来决定,因为大多数物探毕业生事先与雇主联系。尤其是美国、加拿大等石油物探公司非常愿意接收优秀毕业生,并且要求他们将毕业论文所要解决的科学问题与生产结合起来,鼓励毕业生为公司研发创新性技术。不过美国斯坦福地球物理专业没有本科生,科研面向石油工业界需求,毕业生一半都去石油公司。桂林理工大学物探专业将来有机会从事石油物探的本科毕业生较少,大多从事工程物探,所以在实验课中学生主要结合生产中存在的一些工程物探问题开展实验。物探本科生需要用身边的小项目和小成绩激励自己产生强烈学习兴趣。阮百尧在分析挪威物探专业教育现状时指出,为满足国内各物探用人单位对人才的高要求,物探人才培养需要借鉴国外模式,如挪威的5年制本硕连读的模式,特别是物探专业招生困难的情况下该模式更为可取[1]。国外大学实验课程内容分区、分层次,由责任教授制定实验室的课程体系。低年级学生实验以实物和感性的内容为主,中、高年级学生自己动手进行设计性实验,毕业班级的实验课与工业结合紧密。国内大学的实验室很多跟工业的结合较为欠缺,实验内容更新慢。国内大学实验课程模式的构建可以从国外得到较多启迪。美国休斯敦大学的地球物理学专业,其实验教学在人才培养体系中所占比重非常大,尤其是地质类课程的实验教学的学时超过理论教学。培养学生的创新能力、合作意识、自学能力是实验教学的核心理念,应当注重教学、科研、生产的结合[6]。

表1 多个实验课程的部分实验项目地基与基础检测技术实验项目 声波探测实验项目 科学计算与编程实验项目桩基检测仪的认识 声波仪的认识 循环语句的使用桩基低应变数据采集 岩体跨孔超声波检测 模块和接口的使用桩基低应变数据分析 板材质量的超声波检测 文件读写

对于“地基与基础检测技术”、“声波探测技术”、“科学计算与编程”这三门选修课程的实验课教学来说,实验内容安排或实验计划具有各自的特点。事实上,超声波探测技术也可以用于基桩跨孔检测,而检测又需要开发相应的处理软件。因此三门实验课之间存在关联,它们之间的结合容易产生出新的理论与实验方案,激发教师与学生的创新精神,营造良好的创新氛围。以上三门课的教学计划中部分实验项目如表1所示。

桩基低应变数据的采集和分析,是利用锤击震源在桩顶激发地震波,并用接收换能器接收来自波阻抗界面的反射波。低应变法桩基检测实验项目,比较简单。国内,低应变法数据处理软件很多,如武汉岩海公司的低应变数据处理软件广为人知。无论是时间域桩缺陷分析还是频率域桩缺陷分析,只要根据简单的计算公式就能够推断缺陷的空间位置。超声波探测实验课程的实验项目,主要利用超声波的透射波初至旅行时和被检测材料的空间距离计算材料的超声波波速。超声波跨孔检测桩基的完整性或桩基的质量,是个非常成熟的技术。例如武汉岩海公司就研发了超声波跨孔检测仪器和系统,不但适用于桩基检测还适用于混凝土、岩体裂缝检测等。尽管已有许多公司开发了相应的仪器和系统,但是对于实际实验课教学却碰到了“巧妇难为无米之炊”的问题。我们需要投入大量的资金去购买桩基模型或者建设实际带超声波声测管的桩基,以用于超声波跨孔检测。另一个问题是,一些公司的处理软件需要定义其内部格式的数据,通常这些格式不为外人所知。利用“科学计算与编程”这门实验课程中的一些文件读写实验项目,需要花费大量的时间去摸索内部数据格式的打开与读写。最后一个问题是,这些课本上已经存在实验结果的模仿性实验项目,除了能够加深学生对课本知识的掌握程度以外,其他创新性思维没有得到体现。