裴建新，羅鳴 ，陳家林 ，劉穎，張晶，陳志梅

（1.中國(guó)海洋大學(xué) 海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東 青島；2.中國(guó)海洋大學(xué) 工程學(xué)院，山東 青島）

一 引言

為更好地適應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展對(duì)高層次應(yīng)用型人才的迫切需要，教育部明確要求培養(yǎng)單位創(chuàng)新教學(xué)方法，加強(qiáng)案例建設(shè)和教學(xué)改革[1-2]，中國(guó)海洋大學(xué)積極響應(yīng)教育部號(hào)召，開(kāi)展實(shí)踐案例設(shè)計(jì)的前沿探索。我?？辈榧夹g(shù)與工程專業(yè)作為我國(guó)首個(gè)海洋特色地球物理類專業(yè)積極推動(dòng)教學(xué)改革，針對(duì)課程體系結(jié)構(gòu)和依托實(shí)踐的特點(diǎn)開(kāi)展了案例探索工作。近年來(lái)，伴隨著勘查技術(shù)與工程專業(yè)的不斷壯大，海洋電磁方向已逐漸形成了具備產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的教學(xué)和科研特色。在新工科建設(shè)的時(shí)代背景下，《海洋電磁學(xué)》課程建設(shè)也已樹(shù)立了更新、更高的目標(biāo)，如何在理論和實(shí)踐教學(xué)中充分利用裝備研發(fā)成果，如何緊密結(jié)合海洋環(huán)境充實(shí)實(shí)踐過(guò)程，如何在專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)上從實(shí)踐中提出新問(wèn)題及如何創(chuàng)新性地解決問(wèn)題，都是在本輪改革中迫切解決的新挑戰(zhàn)，這也正體現(xiàn)了開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)案例庫(kù)建設(shè)的緊迫性和必要性[3-6]，是OBE 理念人才培養(yǎng)體系建設(shè)的創(chuàng)新性研究。

二 海洋電磁學(xué)實(shí)踐教學(xué)案例建設(shè)的重要意義

隨著深地探測(cè)、深海探測(cè)、深空對(duì)地觀測(cè)和土地科技創(chuàng)新的國(guó)家科技創(chuàng)新戰(zhàn)略規(guī)劃的推進(jìn)，如何在新形式下更好的服務(wù)于國(guó)家重大戰(zhàn)略，為國(guó)家海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)儲(chǔ)備創(chuàng)新性人才，已成為各個(gè)科研單位和高校謀求發(fā)展的新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)。為了完善電磁法勘探的教學(xué)體系，同時(shí)突出海洋特色，針對(duì)勘查技術(shù)與工程專業(yè)中電磁法勘探這一重要方向的教學(xué)任務(wù)，開(kāi)展基于海洋電磁科研項(xiàng)目創(chuàng)新研究的實(shí)踐教學(xué)案例設(shè)計(jì)，相關(guān)成果將填補(bǔ)我國(guó)在海洋電磁學(xué)方面實(shí)踐教學(xué)的空白。

海洋電磁學(xué)實(shí)踐教學(xué)對(duì)于勘查技術(shù)與工程專業(yè)建設(shè)是非常重要的。查技術(shù)與工程專業(yè)旨在培養(yǎng)特色鮮明的高素質(zhì)地球物理勘探復(fù)合型創(chuàng)新實(shí)踐人才為目標(biāo)，圍繞著國(guó)家資源、環(huán)境等重大需求和服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力，形成了“科研實(shí)踐與教學(xué)互動(dòng)，突出海洋特色，強(qiáng)化實(shí)踐技能，注重創(chuàng)新培養(yǎng)”的育人方針，堅(jiān)持“加強(qiáng)基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)，重視實(shí)踐，培養(yǎng)能力，激勵(lì)創(chuàng)新，發(fā)展個(gè)性，講究綜合，提高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)理念，探索新形勢(shì)下高等學(xué)校人才教育規(guī)律，培養(yǎng)高層次創(chuàng)新實(shí)踐人才。電磁法勘探是勘查技術(shù)與工程專業(yè)建設(shè)中非常重要的一個(gè)方向，在深部結(jié)構(gòu)探測(cè)、礦產(chǎn)資源勘探、工程檢測(cè)等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用。將電磁法勘探的核心思想引入海洋，形成了近年來(lái)的新興的一個(gè)研究方向——海洋電磁法，針對(duì)油氣飽和度、礦物富集程度、流體運(yùn)移等的電阻率異常較為敏感，所以在海底深部結(jié)構(gòu)、海底油氣、天然氣水合物、近海底礦產(chǎn)資源勘探和海洋環(huán)境安全保障方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。《海洋電磁學(xué)》實(shí)踐教學(xué)目的是使學(xué)生能夠掌握海洋電磁學(xué)的基本理論、海洋大地電磁測(cè)深法和海洋可控源電磁法的基本原理，了解海洋電磁場(chǎng)的測(cè)量方法和資料處理與解釋流程，以及海水運(yùn)動(dòng)感應(yīng)電磁場(chǎng)的特性等, 為從事海洋電磁學(xué)的研究工作打下良好基礎(chǔ)。海洋電磁法與勘查技術(shù)與工程專業(yè)中的《地震勘探》《重力勘探》《磁法勘探》等方法的綜合應(yīng)用，可在地球物理勘探中形成多物理場(chǎng)綜合、互補(bǔ)的勘探體系，為多方法聯(lián)合反演或聯(lián)合解釋打基礎(chǔ)。該課程知識(shí)難點(diǎn)較多且很抽象，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)的開(kāi)展可以使學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)海洋電磁傳感器及記錄儀的工作原理，進(jìn)一步理解海洋電磁法的探測(cè)原理，以實(shí)踐測(cè)量的方式加深理解電磁法勘探的相關(guān)理論，可為勘查技術(shù)與工程專業(yè)培養(yǎng)高層次創(chuàng)新實(shí)踐人才奠定基礎(chǔ)。

三 海洋電磁學(xué)實(shí)踐教學(xué)案例建設(shè)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)

近年來(lái)，我校在海洋電磁學(xué)方向的理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、人才培養(yǎng)、實(shí)踐平臺(tái)等方面的建設(shè)已大幅提升，在學(xué)科交叉基礎(chǔ)上，我校設(shè)立《海洋電磁學(xué)》課程，具備堅(jiān)實(shí)的研究和教學(xué)基礎(chǔ)，作為一門海洋地球物理與海洋動(dòng)力學(xué)、自動(dòng)化等專業(yè)相結(jié)合的新課程，該課程不僅填補(bǔ)了我校在海洋電磁學(xué)領(lǐng)域的課程空白，而且樹(shù)立了我校向海洋地球物理前沿研究挺進(jìn)的新方向。

在海洋電磁學(xué)科研方面，我校海洋電磁方向科研骨干主持“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等多項(xiàng)，在硬件裝備研發(fā)和方法研究中產(chǎn)出了一批創(chuàng)新性的成果，這些成果本身及其研究過(guò)程將為本科生實(shí)踐訓(xùn)練提供一個(gè)優(yōu)質(zhì)的高水平平臺(tái)。隨著我校海洋電磁探測(cè)技術(shù)與裝備領(lǐng)域研究新成果不斷涌現(xiàn)，基于自主研發(fā)的關(guān)于海洋電磁學(xué)方向的軟件、硬件條件已逐漸充分融入了多種海洋電磁學(xué)實(shí)踐教學(xué)—海洋電磁探測(cè)技術(shù)與裝備實(shí)驗(yàn)室建設(shè)擁有自主研發(fā)的大功率發(fā)射系統(tǒng)和深海電磁采集系統(tǒng)，可在青島市內(nèi)和模擬水池開(kāi)展可控源電磁發(fā)射及電磁信號(hào)接收實(shí)踐教學(xué)。除此之外，小功率電磁信號(hào)發(fā)射源和簡(jiǎn)易電磁信號(hào)采集系統(tǒng)可滿足淺海環(huán)境實(shí)踐教學(xué)要求。數(shù)據(jù)處理平臺(tái)方面，在實(shí)驗(yàn)室配置有海洋電磁數(shù)據(jù)處理軟件，且配置有專業(yè)大型工作站設(shè)備，為學(xué)生進(jìn)行科研和教學(xué)實(shí)踐的動(dòng)手操作和對(duì)海洋地球物理探測(cè)相關(guān)課程學(xué)習(xí)和研究提供了硬件保障。在此平臺(tái)支持下，通過(guò)典型案例的實(shí)踐教學(xué)可以使學(xué)生在理論和實(shí)踐方面能力得到快速提升，可以啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考問(wèn)題，培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力，讓學(xué)生充分體驗(yàn)動(dòng)手解決問(wèn)題的“成就感”，不僅鞏固了該課程的學(xué)習(xí)效果，也進(jìn)一步推動(dòng)勘查技術(shù)與工程專業(yè)的總體專業(yè)能力。

隨著我?！半p一流”建設(shè)的推進(jìn)，學(xué)校和學(xué)院教學(xué)研究建設(shè)也在不斷深入挖掘深層次的教學(xué)科研融合點(diǎn)，勘查技術(shù)與工程專業(yè)也已步入高層次建設(shè)新時(shí)期，在具有海洋特色優(yōu)勢(shì)課程建設(shè)方面成效顯著。海洋電磁法作為海洋地球物理學(xué)中的新興技術(shù)手段，其重要的應(yīng)用前景使該方法備受關(guān)注。海洋電磁法方向的青年教師骨干承擔(dān)著《地球物理場(chǎng)論》《計(jì)算方法》《電法勘探》《電法勘探實(shí)踐》《工程與環(huán)境地球物理》《應(yīng)用地球物理教學(xué)實(shí)習(xí)》教學(xué)工作，具備豐富的理論課和實(shí)踐課教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。各主講教師主持著國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和青年項(xiàng)目和山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，主要研究?jī)?nèi)容均圍繞著海洋電磁正演模擬和反演方法、海洋動(dòng)力環(huán)境電磁場(chǎng)及海洋電磁數(shù)據(jù)處理方法研究等方面，這些科研工作產(chǎn)生的內(nèi)生動(dòng)力可以不斷將教學(xué)工作推向新高度?；谖倚：Ｑ箅姶诺目蒲谢A(chǔ)和創(chuàng)新成果，充分將科研和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，形成了我校海洋電磁探測(cè)技術(shù)與涉海多學(xué)科交叉融合的特色，突出了實(shí)踐與理論相結(jié)合的教學(xué)。所以，我校具備這開(kāi)展海洋電磁學(xué)實(shí)踐教學(xué)研究和實(shí)踐教學(xué)案例設(shè)計(jì)的研究基礎(chǔ)。

青島具有優(yōu)質(zhì)的海岸帶資源，潮間帶就是一個(gè)非常理想且易于開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的天然實(shí)驗(yàn)室，既具備海洋動(dòng)力耦合條件，可實(shí)踐認(rèn)識(shí)海洋環(huán)境下電場(chǎng)、磁場(chǎng)響應(yīng)，同時(shí)因其具備很好的發(fā)射可控源電磁信號(hào)接地條件，所以也是可控源激發(fā)—接收試驗(yàn)理想的天然試驗(yàn)場(chǎng)。由學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，由指導(dǎo)教師完成設(shè)備布放，學(xué)生在岸上進(jìn)行遠(yuǎn)距離觀摩，該方式可實(shí)現(xiàn)學(xué)生安全、高效地全程參與實(shí)踐，該實(shí)驗(yàn)環(huán)境和學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)淡水水槽和物理模擬模型等無(wú)法替代的。教研組成員均是從事電法勘探、海洋電磁裝備研發(fā)和海洋電磁數(shù)據(jù)處理的一線教師，在電磁勘探的教學(xué)、科研和近海及遠(yuǎn)海實(shí)踐方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，這些均為開(kāi)展海洋電磁學(xué)實(shí)踐教學(xué)提供了全面且堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)條件。

四 海洋電磁學(xué)實(shí)踐教學(xué)案例建設(shè)方案

（一） 案例建設(shè)總體路線

為了使學(xué)生在海洋電磁探測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)中充分認(rèn)識(shí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并將實(shí)踐細(xì)節(jié)與知識(shí)點(diǎn)相融合，教研組摸索出了一套從硬件到方法、從建模到設(shè)計(jì)、從室內(nèi)到近岸、從觀測(cè)到分析的多維度訓(xùn)練的實(shí)踐方案，且具有鮮明的海洋特色和學(xué)科交叉特點(diǎn)。依照實(shí)際工作要點(diǎn)和探測(cè)過(guò)程選擇典型的實(shí)踐案例，建立了由海洋電磁探測(cè)裝備工作原理→海洋電、磁傳感器一致性測(cè)試→實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和海洋環(huán)境測(cè)試→海洋大地電磁探測(cè)設(shè)計(jì)→海洋動(dòng)力環(huán)境電磁場(chǎng)觀測(cè)設(shè)計(jì)→海洋大地電磁數(shù)據(jù)處理組成逐步遞進(jìn)的實(shí)踐模塊，這5 大模塊分別對(duì)應(yīng)著學(xué)生應(yīng)掌握且在今后實(shí)際科研和工作直接相關(guān)的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)；該實(shí)踐體系的教學(xué)總體可實(shí)現(xiàn)對(duì)25 個(gè)主要知識(shí)點(diǎn)的全覆蓋，按照“全流程、多層次”的原則，培養(yǎng)學(xué)生硬件認(rèn)知能力→裝備操作能力→勘探設(shè)計(jì)能力→學(xué)科交叉能力→綜合處理能力。在構(gòu)建了如圖1 所示的實(shí)踐案例建設(shè)總體路線基礎(chǔ)上，以“強(qiáng)化完整知識(shí)結(jié)構(gòu)、探索知識(shí)體系交叉、發(fā)揮自研裝備優(yōu)勢(shì)、利用海洋實(shí)踐條件、推動(dòng)科研帶動(dòng)教學(xué)、建立動(dòng)態(tài)完善機(jī)制”的總體路線開(kāi)展實(shí)踐案例建設(shè)。

圖1 實(shí)踐案例建設(shè)總體路線

（二） 案例建設(shè)主要模塊設(shè)計(jì)

1.海洋電磁探測(cè)裝備工作原理

主要訓(xùn)練和考核學(xué)生對(duì)海洋地球物理勘探裝備的總體認(rèn)識(shí)和對(duì)硬件工作基本原理的理解，了解海洋電磁勘探系統(tǒng)的各大單元組成。從信號(hào)激勵(lì)機(jī)制、大功率發(fā)射原理方面介紹發(fā)射系統(tǒng)電路工作原理，從微弱信號(hào)的高精度檢測(cè)和抗干擾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面學(xué)習(xí)采集電路工作原理。在室內(nèi)條件下用采集系統(tǒng)對(duì)背景環(huán)境進(jìn)行信號(hào)采集，分析采集數(shù)據(jù)。以實(shí)物和視頻方式講解實(shí)際海洋油氣資源勘探及海底深部結(jié)構(gòu)探測(cè)時(shí)，海洋電磁勘探系統(tǒng)的總體工作方式。

2.海洋電、磁傳感器一致性測(cè)試

主要訓(xùn)練和考核學(xué)生對(duì)海洋地球物理勘探傳感器一致性方面的測(cè)試能力，認(rèn)識(shí)到傳感器一致性測(cè)試的重要性。設(shè)計(jì)合適實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)境，對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)傳感器進(jìn)行無(wú)屏蔽條件測(cè)試和有屏蔽條件測(cè)試，對(duì)比傳感器幅值、頻率響應(yīng)方面的一致性，并將傳感器布設(shè)在潮間帶進(jìn)行野外環(huán)境下的一致性測(cè)試。在測(cè)試環(huán)節(jié)中，需要對(duì)采集系統(tǒng)進(jìn)行一起和傳感器等組件的各項(xiàng)連接，并對(duì)采集系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和觀測(cè)啟動(dòng)。為了獲得統(tǒng)一的信號(hào)源進(jìn)行一致性測(cè)試，采用小功率模擬發(fā)射源進(jìn)行信號(hào)發(fā)射，現(xiàn)場(chǎng)介紹系統(tǒng)的設(shè)置和啟動(dòng)。在海洋環(huán)境條件下采集因潮汐引起的電磁場(chǎng)變化，分析海洋環(huán)境電磁場(chǎng)特征。

3.海洋大地電磁探測(cè)設(shè)計(jì)

指導(dǎo)學(xué)生收集資料進(jìn)行地電模型建立，在《電法勘探》課中已講授的知識(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行海洋大地電磁模擬計(jì)算，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)勘探設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)。將模擬結(jié)果與以往實(shí)測(cè)海洋大地電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，使難于海上實(shí)踐的題目也能在市內(nèi)獲得直觀的認(rèn)識(shí)。以我校研發(fā)的海洋大地電磁儀作為實(shí)物講解設(shè)備組成、設(shè)備組件連和設(shè)備布放回收等環(huán)節(jié)，訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)操技能，了解探測(cè)過(guò)程中的人身和設(shè)備安全事項(xiàng)，以及在各個(gè)環(huán)節(jié)中可能遇到的問(wèn)題，從各個(gè)環(huán)節(jié)中考慮影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素，為現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制及后期的資料處理提供重要參考依據(jù)。主要考察學(xué)生的動(dòng)手和觀察能力，通過(guò)實(shí)踐操作和理論相結(jié)合，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

4.海洋動(dòng)力環(huán)境電磁場(chǎng)觀測(cè)設(shè)計(jì)

指導(dǎo)學(xué)生思考影響海洋電磁觀測(cè)因素是什么，設(shè)計(jì)針對(duì)海洋環(huán)境參數(shù)研究的海洋電磁觀測(cè)方式，并對(duì)已有觀測(cè)資料進(jìn)行學(xué)科交叉的多角度分析。主要考察學(xué)生對(duì)海洋相關(guān)環(huán)境參數(shù)的認(rèn)識(shí)，以及根據(jù)需求設(shè)計(jì)相關(guān)海洋動(dòng)力環(huán)境電磁場(chǎng)觀測(cè)方案等設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)背景場(chǎng)觀測(cè)和研究重要性的認(rèn)識(shí)，并根據(jù)需求設(shè)計(jì)觀測(cè)海浪、海流感應(yīng)電磁場(chǎng)的觀測(cè)系統(tǒng)及裝備布設(shè)方案。本設(shè)計(jì)主要訓(xùn)練學(xué)生的探索思維和解決問(wèn)題的能力，啟發(fā)并培養(yǎng)學(xué)生善于開(kāi)啟多學(xué)科交叉的思維方式，鍛煉用多學(xué)科角度綜合分析問(wèn)題的能力。

5.海洋電磁數(shù)據(jù)處理

指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)并實(shí)踐大地電磁處理流程，考察學(xué)生對(duì)海洋大地電磁資料的預(yù)處理、特定噪聲的壓制方法的掌握，訓(xùn)練學(xué)生在成果圖件繪制、數(shù)據(jù)處理和報(bào)告撰寫(xiě)等實(shí)踐技能的掌握情況和熟練程度。海洋電磁數(shù)據(jù)處理是地球物理成果展示的重要環(huán)節(jié)，教研組為學(xué)生提供理論合成數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)海洋電磁資料，學(xué)生對(duì)以上兩類數(shù)據(jù)的處理和分析并最終形成處理和分析報(bào)告，由此可進(jìn)一步考察學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)處理方法的應(yīng)用能力，在處理過(guò)程中深入剖析數(shù)據(jù)，激勵(lì)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)所反映出的物理意義主動(dòng)思考和全面分析。

五 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)海洋大學(xué)設(shè)立《海洋電磁學(xué)》課程實(shí)現(xiàn)了海洋地球物理與海洋動(dòng)力學(xué)、自動(dòng)化等專業(yè)相結(jié)合?；谘b備研發(fā)成果開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)案例體系化設(shè)計(jì)，將實(shí)踐細(xì)節(jié)與知識(shí)點(diǎn)相融合，可實(shí)現(xiàn)學(xué)生硬件認(rèn)知、裝備操作、勘探設(shè)計(jì)、學(xué)科交叉及綜合分析能力的培養(yǎng)，是對(duì)OBE 人才培養(yǎng)體系的有益探索。