为深化专业学位研究生培养模式改革，构建符合专业学位特点的课程体系，加强案例教学，探索不同形式的课堂教学，切实保障专业学位研究生的培养质量，安徽理工大学于2017年开展了专业学位研究生案例教学建设的立项工作。安徽理工大学地质工程学科地球探测与信息技术研究方向至今已有近40年的教学与科研发展，尤其是在水、工、环等领域内的物探技术，其方法理论成熟、现场工作经验丰富、多年来接触的社会生产案例多，并且物探教研团队在前期教育部博士点基金、国家自然科学基金面上项目、青年项目以及大量的横向科研项目资助下，做了大量的研究工作[1-3]，对学科前沿的发展方向把握准确，可以为案例教学的技术理论和方法等奠定良好的基础。此次，学校开展的案例教学研究为《水工环物探技术及应用》课程创造了一个良好的契机，是对物探教研团队过去多年工作经验的总结和对科研成果的提取，是对改善物探课程教学体系及其建设的一个良好促进，是进一步对研究生运用所学基本知识和技能解决实际问题的能力和水平的一个本质的提高，因此积极将案例教学方法运用于《水工环物探技术及应用》课程的教学过程当中对提高研究生的综合素质具有较大的促进作用。

一、案例教学方法在物探教学中的重要性

案例教学是由美国哈佛法学院前院长于1870年首创，后经哈佛企管研究所所长推广，并从美国迅速传播到世界各地，被认为是代表未来教育方向的一种成功教育方法。案例教学[4]是一种通过模拟或者重现现实生活中的一些场景，让学生把自己纳入案例场景，通过讨论或者研讨来进行学习的一种教学方法，教学中既可以通过分析、比较，研究各种各样的成功的和失败的管理经验，从中抽象出某些一般性的管理结论或管理原理，也可以让学生通过自己的思考或者他人的思考来拓宽自己的视野，从而丰富自己的知识。安徽理工大学地球与环境学院地质工程专业研究生培养工作开展较早，但从多年的教学实践来看，研究生专业技术的培养在理论与实践等方面尚有不足，为了更好的培养研究生的综合素质，建立案例式的教学方法将具有重要意义，《水工环物探技术及应用》课程作为研究生培养方案中的一门重要技术实践性课程，采用案例教学法将起到更为突出的效果。水、工、环是物探技术应用的几个重要方向，近几年来，具有地质工程或勘查技术与工程专业的国内高校，都在不同程度的支持和探索案例教学方法，并且这种案例教学的模式在物探技术教学过程中已基本形成[5，6]，是未来专业教育的重要研究方向，这在很大程度上反映出物探技术与专业实践之间具有很好的契合点，说明案例教学在物探方法技术教学中的重要性。

二、课程案例教学建设

安徽理工大学《水工环物探技术及应用》课程教学目标主要重在：1.使学生掌握水、工、环等领域所涉及地质介质的工程特性与特征物理量的关系；2.重点要求学生掌握弹性波检测技术及其应用、电法勘探技术及其应用过程中的理论基础、仪器设备、现场工作方法及数据处理与地质解译等；3.要求学生了解各种物探方法在水、工、环等领域的技术前沿和发展方向。围绕上述课程教学目标，结合我校物探教研团队的研究方向和技术特点，前期开展了10个教学案例的建设，主要从地质问题的分析与导出-物性差异分析与物探方法的选择-野外工作方案设计-野外数据采集-数据处理-地质解译这一主线对不同探测方法在水文地质、工程地质及环境地质以及地质资源勘探等领域的应用过程中所涉及的方法理论和工作技术等内容进行阐述。具体案例名称及知识要点如表1。

表1 《水工环物探技术及应用》教学案例名称及其基本要点编号 案例名称相关知识要点1 地震波法检测桩基根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003,工程桩基础需进行单桩承载力和桩身完整性抽样检测。地震波法是在桩的顶部激振,产生的地震波沿桩身传播过程中,遇到不连续界面(如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷)和桩底面时,将产生反射波,检测并分析反射波的传播时间、幅值和波形特征,就能判断桩的完整性,为工程建设提供技术依据。该案例重在强调反射波技术原理、波在桩基础中的传播规律及波场特征(频率、能量和波速)。2 面波法在高铁岩溶路基探测中的应用某铁路路基主要为钙质页岩,具溶蚀现象,局部发育岩溶空腔或其被填充。瞬态面波法常应用于铁路、公路路基岩溶探测。人工激发产生面波后,由垂向检波器接收面波的垂向分量,依据频谱分析,可以得到两信号的自功率谱、互功率谱、传递函数及相干函数;由互功率谱可以得到两信号由于波传播过程中的时间滞后所产生的相位差的关系,即求得实测的频散曲线,再由成层地基动力学理论和反分析法可求得剪切波速度和深度的关系,进一步探查岩溶分布情况。该案例重在强调面波探测基础理论、数据处理过程以及频率和深度之间的转换关系。3 浅层反射地震探测城市区域活断层城市浅层地震勘探主要目的是调查场地覆盖层厚度、基岩面埋藏深度及基岩面起伏形态,探测隐伏地质构造、断裂破碎带空间分布、风化壳厚度及分层分带等内容。查明城区断层范围,为区内断裂活动性及稳定性调查评价以及重点地区工程建筑地基稳定性调查评价提供依据。该案例强调断层等地质条件与波阻抗等物理参数之间对应关系、浅层反射波观测系统的建立、共反射点叠加偏移成像原理以及从地震剖面到地质剖面的解译与认识。4 隧道TSP地震波法地质超前预测预报TSP地震波法是一种基于地震波反射传播原理的超前地质预报方法,对隧道掌子面前方100-150 m范围内的围岩地质情况,如围岩破碎带、裂隙密集带、含水夹泥层、断层、溶洞、暗河等不良地质体有较好的探测效果。通过在隧道掌子面后方隧道边墙处布置炮孔,激发炸药产生地震波,对所采集的地震波信号进行处理得到可视数据,据此判断隧道掌子面前方不良地质情况。该案例强调超前反射波的传播规律、超前观测系统及超前偏移成像原理。5 高密度电阻率法检测水库堤坝的渗漏因我国早期施工质量、经济技术条件、坝址区的天然地质条件等多重因素影响,水库大坝设计存在缺陷、施工质量达不到标准、防渗处理措施不到位等问题非常突出,加之后期运营维护以及长期安全监测管理不重视从而导致现今大部分的水库都存在着一定的安全隐患,因此而造成的水库渗漏问题时有发生,其不仅导致水库运营效益低下,影响水库发挥正常的功能,严重的会导致水库废弃,突发的溃坝更会给水库下游的人民群众的生命财产安全带来严重的威胁。采用高密度电法准确地探测堤坝内部渗漏等异常空间分布范围情况可防止危害发生,对于人民安全、社会稳定、国家发展具有重要的现实意义。该案例强调对水库地质结构、渗漏引起的物性特征、高密度电法工作原理、测试方法、装置特点及电阻率反演过程等认识。6 高密度电法应用于滑坡地质条件探测从工程地质的角度分析,通常滑坡体的滑面岩土体相对较为软弱,而且含水率较高,因此与滑坡体以及下伏的基床相比,存在着较大的电阻率差异,这为高密度电法勘探带来有利条件。高密度电阻率成像技术在滑坡体覆盖层勘探中,由于滑坡体与基岩之间存在明显的电性差异,故电阻率色谱图反映的物性界面清晰。覆盖层多呈低电阻率的闭合圈,而下伏基岩则表现为高阻反应,且连续性较好,可查明滑坡体厚度及滑面起伏形态,为库区稳定性评价提供了依据。该案例强调传统高密度电法的阵列布置方法、电阻率的地形修正方法及过程、野外工作方法及电阻率反演原理以及滑坡体的地质与地球物理特征等内容。7 地下管线的探地雷达法检测探地雷达可应用于管线检测是因为目标管线体与周围介质的介电常数和电磁波传播的波速存在明显差异。电磁波在金属管道界面上几乎全部反射回来， 因此， 金属管线与周围介质存在明显的电磁性差异;非金属管线除管线本身材质与周围介质存在一定差异外， 更主要的是管道内介质如水、气体等与周围介质电磁性差异更大。这些性质通常能够满足探地雷达应用的前提条件。该案例强调探地雷达技术的基本原理、仪器设备工作原理及工作参数设置、数据处理及解释技术等内容。8 生态园区地质条件的综合物探探查为最大限度的发掘老矿区土地资源的潜力,同时也为了改善生态环境与人居环境,提升淮南市的城市形象,淮南矿业(集团)有限责任公司拟在大通湿地生态区东南侧兴建大通生态体育文化园区工程。 由于规划工区内的地层、岩溶、采空岩溶塌陷等工程地质条件复杂,需进行细化调查,因上述地质条件构成多种物理性质上的差异,可采用综合工程物探勘查方法,为地质灾害评估及后续的勘察工作提供依据。该案例强调对生态园区地质与地球物理特征的认识、电法勘探与面波法勘探在解决地质问题中的优势和缺点以及联合探测解释等内容。9 地铁盾构前方孤石的综合物探法探查孤石,即球状风化花岗岩岩体,是花岗岩发育地区普遍存在的地质现象,埋藏及分布较为随机,形状各异,大小从几十公分到几米不等,强度比其周围残积土、全风化或强风化岩的大得多。未探明的“孤石”会给地铁盾构施工带来重大安全隐患,导致盾构掘进非常困难,盾构机姿态难以控制,刀盘频繁被卡或严重变形甚至磨损,即使能通过地面土壤加固、排石或换刀等技术措施处理,也会极大地增加施工成本,对工期和投资控制产生重大不利影响。所以,探测“孤石”成为地铁盾构施工中亟待解决的难题。“孤石”与其周围残积土、全风化或强风化岩的物性差异,为地球物理方法探测“孤石”提供可能。跨孔电阻率法,是目前探测“孤石”的主流方法。通过在两钻孔中一次布极,采集任意组合电极间的电位信息采集数据,该方法能避开近地表干扰,提高数据信噪比,数据预处理后利用2.5维反演技术计算断面真电阻率数值,通过电阻率的差异识别出“孤石”的分布范围,粒径大小等。地震波 CT法是在一个钻孔内不同深度放炮， 将检波器放于钻孔内,从获得的地震记录中拾取地震纵波初至,计算出地层平均速度及某一深度区间的层速度， 从而得到两钻孔间孤石的赋存状态,进而圈定孤石的范围。该案例强调跨孔电阻率法的工作方法及数据处理与解释技术等内容。10电磁物探技术应用于采煤工作面底板岩层赋水性的探测我国华东和华北的大部分矿区主采煤层顶底板岩层地质条件较为复杂,构造及灰岩岩溶发育,岩层赋水性较强。目前针对工作面底板岩层赋水性探测所采用的地球物理方法技术主要包括矿井瞬变电磁法、音频电透视法及矿井直流电法等。矿井瞬变电磁技术是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场,在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场,从而探测介质电阻率的一种方法。其基本工作方法是:于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈,从而在其周围空间产生一次电磁场,并在地下导电岩矿体中产生感应电流:断电后,感应电流由于热损耗而随时间衰减。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律,可得到不同深度的地电特征。音频电透视法以全空间电场分布理论为基础,一般来说,煤层顶底板是由电性不同的层状介质组成。通过分析煤层顶底板岩层的电性差异,判定岩层的赋水性特征。该案例强调矿井瞬变电磁方法与音频电透视方法的基本原理、工作方法和数据处理解释技术等内容。