譚茂金，鄒長春，徐敬領，景建恩

中國地質大學（北京）地球物理與信息技術學院，北京　100083

地質-地球物理復合專業(yè)測井教學優(yōu)化設計與探索

譚茂金，鄒長春，徐敬領，景建恩

中國地質大學（北京）地球物理與信息技術學院，北京100083

摘 要：近年來，針對復合專業(yè)人才的培養(yǎng)目標，一些地質高校開辟了地質-地球物理復合專業(yè)。由于學時少，內(nèi)容多，如何有效地開展測井教學是一個值得研究的課題。該課題以地質-地球物理復合專業(yè)培養(yǎng)目標和專業(yè)需求為準則，合理安排教學內(nèi)容和設置教學計劃，開展教學方法和教學技術的探索。研究了比較、類比、導入與歸納等教學方法和“黑板演繹+多媒體+儀器與圖件+實例探究”的“多合一”教學技術。通過課上發(fā)問、課后作業(yè)、期末考試來檢查教學效果，最終形成一套面向復合專業(yè)學生的知識面寬、聯(lián)系有機、特色鮮明、富有張力的課程教學方法，實現(xiàn)課程的教學互動與教學相長。

關鍵詞：地質-地球物理復合專業(yè)；教學方法；教學效果

針對國家對復合型地學人才培養(yǎng)的迫切需求，中國地質大學(北京)等地質院校近年來設立了地質-地球物理復合專業(yè)，旨在培養(yǎng)利用地球物理理論與技術開展地質理論研究、礦產(chǎn)勘查以及地球深部探測等跨學科科學研究的創(chuàng)新人才[1]。

地球物理測井是應用地球物理的一門重要學科，也是井中地球物理中不可或缺的重要勘探手段[2]。為此，“地球物理測井”一直是地球物理學(勘查技術與工程）、礦產(chǎn)普查與勘探以及石油工程專業(yè)的必修課程，其教學內(nèi)容包括測井方法理論、儀器、解釋理論與應用[3]。所有石油院校均開設測井原理、測井儀器、測井解釋等三門課程，地質院校開設測井原理、測井處理與解釋，有的院校將“測井原理與解釋”合并為一門課程。然而，這些課程的教學主要面向油氣能源的需求，圍繞油氣測井和儲層解釋應用。新設立的地質-地球物理復合專業(yè)不僅要面向針對油氣資源的勘探和其他礦產(chǎn)資源勘探(如金屬和非金屬測井），而且要面向其他領域科學研究的需要，如大陸科學鉆探測井工程、地震科學鉆探測井工程以及針對氣候、環(huán)境、海洋等的科學鉆探等，這些領域的科學研究需求對于測井教學與研究提出了很大的挑戰(zhàn)[4]。而且，由于課時少，內(nèi)容多，照搬原有的、針對石油勘探開發(fā)的測井教學方法已經(jīng)不能滿足需要。

為此，迫切需要對復合專業(yè)的“地球物理測井”教學內(nèi)容、教學方法和教學技術開展設計、整合與優(yōu)化。通過此項研究，教學內(nèi)容要圍繞上述需求和特點合理設計，教學方法和教學技術要能夠滿足課程內(nèi)容多、學時少、范圍寬的教學工作，能夠有效地提高教學質量。當然，這個教學研究對于拓展測井學科的應用領域，培養(yǎng)地質-地球物理復合型人才更好地服務于國民經(jīng)濟各項事業(yè)具有重要意義。

一、 課程教學內(nèi)容設計

地球物理測井是在鉆孔中進行的各種地球物理勘探方法的總稱。測井的研究對象是井眼周圍的地層，通過測量儀器直接獲取地層原位的電學、聲學、放射性等信息，達到巖性識別、儲層劃分、物性參數(shù)計算的目的。因此，測井技術被譽為是深入地下的”顯微鏡”[5]。測井的基礎理論是物理學，其工作方法是數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，通過分析獲取的地球物理信息，可廣泛地應用于石油天然氣、煤田、金屬等資源的勘探和古環(huán)境、古氣候、古應力等井中其他地球物理研究。

針對地質-地球物理復合專業(yè)學生的專業(yè)需求、培養(yǎng)目標以及該課程的基本理論與體系，安排一門課程，稱之為“地球物理測井教程”，教學學時32學時。如何在有限的學時內(nèi)盡快使學生掌握理論知識與基本應用是該課程教學的一大難點，為此，必須合理設計和安排教學內(nèi)容。

課程的主要教學內(nèi)容包括測井方法原理與測井解釋應用兩部分。測井方法分為三大類：電測井、聲波測井與核測井，分別講述其依賴的物理基礎、測量原理和基本應用。而且，其教學內(nèi)容既要包括主要測井方法及其基本理論，又要緊密結合礦產(chǎn)勘探和科學鉆探測井應用問題。為此需要理清知識結構，刪減過時的方法與技術，補充當前的研究進展和需求。因此，分別針對石油等資源勘探測井和科學鉆探等專題，利用大量的實例開展教學探索，鞏固所講述的測井原理，教學內(nèi)容設計和課時分布如表1。表中不僅清楚地展示了教學內(nèi)容，并規(guī)定了“了解”“掌握”“理解”等不同的教學要求，這樣在教學過程中能夠抓住教學重點，便于有的放矢。

二、課程教學方法研究

教學內(nèi)容確定后，采用什么樣的教學方法，能夠把苦澀難懂的原理和琳瑯滿目、復雜多樣的測井圖件講述清楚，是此門課程的一大挑戰(zhàn)。為此，必須在教學方法上下工夫。針對測井方法多樣化的特點，開展類比、比較、導入與歸納等教學方法的應用研究，通過講述各種測井方法的區(qū)別聯(lián)系，加深理解每種方法的理論精粹和方法優(yōu)點，讓學生不僅能夠掌握知識，更重要的引導學生如何根據(jù)新需求靈活和綜合運用測井資料。

表1　教學內(nèi)容、學時分布與教學要求

1．比較式教學法

針對測井方法的多樣性, 筆者在講述每一類測井方法時特別注意要講述該種測井方法發(fā)明的背景，要解決什么問題，基于物理學中什么原理。儀器是如何激發(fā)和接收的?與別的測井方法做了哪些改進等?總之,通過總結與對比使學生能夠從全局上把握各種測井方法在測井學中的位置和作用,以及各種測井方法之間的關系,便于理解和掌握。為此，作為老師，采用對比的方法設計各種表格進行講述，提高了教學效果，也便于學生理解與掌握。例如，對于電法測井這一部分講完后，與學生一起比較了側向測井與感應測井的異同。不同之處：從原理上看，前者是歐姆定律，后者是電磁感應；從激勵源上看，前者是直流電(似穩(wěn)態(tài)電流），后者是交流電；從儀器結構上看，前者是供電電極-測量電極，后者是發(fā)射-接收線圈；從測量結果上看，前者是視電阻率，后者是視電導率；從適用條件上看，前者適用于中低阻地層或鹽水泥漿鉆井條件，后者適用于高阻地層或淡水泥漿鉆井條件。相同之處就是從資料可以研究地層的電性差異，劃分地層、識別巖性、識別流體與計算飽和度。測井理論講述完后，為了使學生很清楚地了解各種測井方法之間的區(qū)別與聯(lián)系，我們舉了一個例子：在大陸科學鉆探中，進行測井系列設計時，由于地層堅硬，電阻率高，感應測井已經(jīng)不再適用，必須采用側向測井才能準確測量地層的視電阻率。

2．類比式教學法

測井所涉及的物理方法很多，有的學生沒有學過近代物理學，某些物理學原理和概念不是很清楚，有關測井方法原理更是難以理解。為此，我們必須拿大家熟知的內(nèi)容進行類比。例如，在緒論的講述過程中，我們把所有的測井方法類比為醫(yī)院中的各種檢測手段，比如，電法測井——心電圖檢測，聲波成像測井——B超，核磁共振測井——磁共振成像（MRI）井等。醫(yī)生通過分析心電圖，B超、磁共振成像等資料診斷病癥，而測井分析家則是通過電法測井、聲波成像、核磁測井來確定儲層，識別流體并計算儲層參數(shù)。因此，通過與醫(yī)學檢測技術的類比就能夠了解測井這個技術體系，以及在解決地質問題中的地位和作用。具體到某種測井方法中，再做詳細的類比。例如，在講授聲波成像測井時，我們可以拿新生體檢中的B超檢查作類比：在進行腹部檢查過程中，醫(yī)生就是利用超聲波在腹部某一部位的反射亮度來推測是否病變，而聲波成像測井也是利用井壁上裂縫和地層的波阻抗差異來探測裂縫的。通過多種形式的類比，能夠把復雜的原理講述的深入淺出，達到了我們的教學目的，受到學生的歡迎。

3．導入與歸納式教學法

地球物理測井方法多，依據(jù)的測井原理也很多，對于初學者來說通常容易搞混，甚至是不懂為什么設計或者研發(fā)如此多的測井技術。為此，在講述之前如何針對一種或者新一類測井方法進行必要的“導入”設計是很重要的。比如，在講述“密度測井”時，要講述巖石的密度是地層的一個重要屬性，它的用途有哪些，尤其是它的特殊用途是什么，通過這樣的介紹就能夠知道為什么要發(fā)明“密度測井”，也就知道將來如何用密度測井解決什么問題了。

此外，由于地球物理測井既有不同類的測井方法，在同一類方法中又有多種測井技術，如果不及時地幫助學生總結歸納，學生容易混淆。為此，我們在測井方法原理部分講述完成后，針對所講述的測井方法從原理、儀器結構、測量結果、應用進行歸納總結表格。表2為我們在課堂上進行的歸納總結。這個總結與歸納用了比較的方法，使學生從總體上明確了各種測井技術的原理、儀器結構和主要應用，測井方法知識結構變得很清晰。這個教學方法受到學生歡迎與贊許。

三、教學技術研究

該門課程的教學內(nèi)容，既包括復雜的理論與公式推導，又要認識現(xiàn)場實際測井圖，還要針對實際數(shù)據(jù)進行分析和解釋。因此，在短時間如何把復雜晦澀的原理和不同的知識傳授清楚，把如此大量的知識準確地傳達給每一個學生，這確實是擺在老師面前的一個重要課題[6-7]。顯然，原有的板書已經(jīng)不能適用，必須借助于現(xiàn)代教學手段和多媒體技術。為此，必須開展教學技術的革新與探索。

在教學手段上,傳統(tǒng)的教學板書利于理論剖析、公式推導，黑板演繹的方式能使學生的注意力始終跟著老師的邏輯思維走，有利于學生對重點、難點內(nèi)容的有效掌握。但是，其效率較低，傳授知識的信息量較小。而多媒體教學可以生動的展示各種圖像與音效，其提供的信息量大，形象生動地展現(xiàn)抽象的知識點，便于學生接受，但是該技術不利于公式的推導與演算，老師講授時也不生動，學生學得不扎實。而且，為了使學生能夠了解多種儀器，我們可以向學生展示一些測井儀器和測井圖件，讓學生切實感受到測井原理、儀器和圖件的關系。此外，該門課程是應用性極強的一門課程，在講述方法原理和測井應用時需要展示大量的案例，展示不同地層的測井響應特征和解釋應用成果，這樣才能使理論與實際相結合。因此，需要把傳統(tǒng)板書教學手段與多媒體教學、實物教學以及案例分析有機結合起來，即形成了“黑板演繹+多媒體+儀器與圖件+實例探究”的“多合一”教學技術。例如，在講授泥質砂巖測井解釋原理時，常采用多媒體展示地層巖石物理模型，生動形象，效果好，節(jié)約了老師在黑板上畫模型的時間；在講述孔隙度計算時，需要在黑板上進行公式推導，使學生緊跟老師思路；其計算過程我們用某個測井解釋軟件或者Excel表格來進行現(xiàn)場演示。為了展示不同孔隙度計算方法的效果，通常舉個測井實例來展示聲波孔隙度、中子孔隙度、密度孔隙度的計算效果和與巖心分析的差異，便于學生理解其原理差異與適用條件。

表2　主要測井方法歸納

可以看出，這種 “多合一”的授課方式使學生通過密切注意板書有效地掌握理論知識，用生動直觀的多媒體和儀器便于理解測井原理和響應特征，實際的測井實例可以有效地展示測井應用成果。實踐證明，這種多樣化的教學方式能夠有效地調(diào)動學生的學習積極性, 保證教學質量。

四、教學效果檢查與考核方法

為了保證教師“教”和學生“學”的質量，我們通過課上發(fā)問、課后作業(yè)、期末考試來檢查教學效果。

課上發(fā)問。在教學過程中，為了清楚地闡述一種新測井方法的原理，通常要與以前講過的測井方法進行比較，通常在課堂上進行發(fā)問。比如，在講到感應測井時，發(fā)射線圈與接收線圈分別是其激勵源與接收裝置，這時候就問大家：側向測井的儀器結構是什么？其激勵源與測量裝置是什么？通過發(fā)問引導學生思考，并讓某個同學回答，這樣不僅能夠起到活躍課堂氣氛的作用，同時也能起到鞏固和檢查以前知識的目的。

課后作業(yè)。為了鞏固所學知識，了解教學效果，通常在每一章或者每一種測井方法教學完成后要布置適當?shù)淖鳂I(yè)。比如，在聲波測井完成后，我們通常布置作業(yè)如下：用圖示和公式推導的方法說明雙發(fā)雙收補償測井的“補償”原理。從學生所做的作業(yè)來看，大部分同學都掌握了這一“補償”原理，也就理解了聲波測井的核心。通過做作業(yè)，學生加深了對原理的理解，也鍛煉了邏輯推導能力。

期末考試?？己朔椒ㄖ饕ㄟ^考試內(nèi)容安排、題型設計來檢查學生的學習效果。在“緒論”和平時課堂教學中，把這種考核方法告訴學生，這樣學生能夠留意課程中的重要概念、術語、條目。為了能夠有效地考查絕大多數(shù)知識點，準確地了解同學們的學習效果以及成績的差異性，我們設置了不同的考試題型，主要有：試卷題型填空題(12分）、簡答題(54分）、分析題(16分）和計算題(18分）。這種題型的設計不僅便于考核不同的知識點，訓練不同的分析技能，而且成績的區(qū)分度好。如果僅僅是設置一些問答題，老師閱卷時不好把握分數(shù)，學生的成績反映不出學生掌握的程度差異。在2013年春季學期，本科目的考試情況為：及格率92.3%，其中優(yōu)秀率為30.8%，良好率34.6%，詳細情況如圖3。這個成績的分布說明教學效果還是不錯的。

圖3　學生考試成績情況

五、結束語

針對地質-地球物理復合專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，設計了豐富合理、聯(lián)系有機的教學內(nèi)容，研究的比較、類比、導入與歸納等教學方法便于地質學與地球物理專業(yè)學生的融會貫通與靈活運用，采用傳統(tǒng)的板書教學手段，綜合運用現(xiàn)代多媒體技術、儀器與測井圖實物以及豐富的案例分析形成了有效的“多合一”教學技術，顯著地提高了教學質量。通過課上發(fā)問、課后作業(yè)、期末考試來檢查教學效果，并能改進、提高教學工作，最終實現(xiàn)課程的教學互動、教學相長。期末考試表明，大部分學生能夠掌握測井的基本原理，并能夠準確解決一些實際問題。當然，針對地質地球物理專業(yè)的測井授課實踐還需要進一步探索和改進，今后還有很長的路要走。

參考文獻：

[1] 孟憲來.地質工作面臨的形勢和地質人才的培養(yǎng)[J].中國地質教育，2006，(4)： 1-3.

[2] 鄒長春，譚茂金，尉中良，等.地球物理測井教程[M].北京：地質出版社，2010.

[3] 宋紅偉， 郭海敏，戴家才.《生產(chǎn)測井原理》精品課程建設與實踐[J].長江大學學報(自然科學版)，2007，4(3)：124-126.

[4] 中國科學院地學部地學教育研究組.中國地質教育的未來[J].高校地質學報， 2003，(3)：135-138.

[5] 譚茂金.基于交叉學科的地球物理測井研究生教學探索[J].中國地質教育，2010，(2)：9-11.

[6] 段云卿.互動式教學法在”應用地震學”教學中的應用[J].中國地質教育， 2007，(4)：105-108.

[7] 邊瑞雪，鄧小貴.淺談怎樣學好專業(yè)課[J].石油教育，2009，(9)，60-61.

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1006-9372 （2013）04-0078-05

收稿日期：2013-09-20。

基金項目：中國地質大學（北京）2011年教學研究與教學改革項目（JGYB-201124）資助。

作者簡介：譚茂金，男，副教授，主要從事地球物理測井理論、巖石物理及解釋應用的教學和研究工作。

Optimized Design and Exploration of Well Logging Teaching for Compound Major of Geology and Geophysics

TAN Mao-jin, ZOU Chang-chun, XU Jing-ling, JING Jian-en
China University of Geosciences, Beijing 100083, China

Abstract：In recent years, for cultivation of compound talents, many universities set up the composite major of Geology and Geophysics. Because of short teaching period and more teaching contents, how to teach effectively is worth studying. Based on training objectives of the composite major and professional requirements, teaching contents are designed and arranged reasonably, and the teaching plan in each class is also set up in detail. Furthermore, the teaching methods and teaching techniques are probed and studied, including comparison, analogy, guiding and summary, as well as “blackboard deducing + multimedia showing + actual tools and logs+ case study" teaching technique. Through asking questions in class, assigning homework and fi nal exam, the effects of teaching and learning can be checked and the teaching can be improved in time. Finally, a curriculum teaching oriented professional students is formed with broad aspect of knowledge, unique characteristics and full of tension. The interaction between teaching and learning is realized successfully and the teaching and learning quality is accordingly improved.

Key words：composite major of geology and geophysics; teaching technique; teaching effects