地球物理学专业测绘课程教学改革探讨范文

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《矿物岩石地球化学通报》2017年第5期

摘要：本文阐述了目前国内高校地球物理学专业测绘课程设计的现状，对其存在的问题提出针对性改善建议。具体以北戴河地球物理专业实践教学为例，进行重、磁和GNSSRTK综合实践教学设计探索，对学科发展具有一定的现实参考意义。

关键词：地球物理学；信息化测绘；北戴河实践教学

一、引言

地球物理学专业以人类生息的地球及其周围空间为主要研究对象，综合运用数学、物理学、地质学、测绘遥感科学、计算机科学等学科的理论方法和现代高科技手段，从事探索地球内部结构、资源勘察、地质灾害预测等方面的工作[1]。地球物理学作为地球科学的先导学科，在对地球物理性质的基本认识、国民经济发展和国家安全需要方面，都具有重要的意义，应该得到重视和发展[2]。目前全国共有24所大学开设有地球物理学专业，包括北京大学、中国科学院大学、武汉大学、中国地质大学等著名高校，高校数量有逐年增加趋势。作为一门实践性和探索性并重的学科专业，地球物理学专业实践教学是本科生人才培养必不可少的重要环节[3]。以中国地质大学（武汉）的本科实践教学为例，建立有专门的校外实践教学基地，包括秭归基础地质认识、周口店野外地质教学和北戴河地球物理观测实验教学三大基地。本文结合地球物理专业的特点，针对各高校地球物理学专业信息化测绘课程的现状，重点探索当前地球物理专业测绘课程的改革方向，并以中国地质大学（武汉）地球物理专业北戴河实践教学为例进行探索。

二、信息化测绘与地球物理学

测绘科学致力于提供空间和时间服务，在地球物理学中起着不可或缺的重要作用，同时为许多地球物理问题的解决提供边界约束[4]。利用空间卫星可以对地表、断层、块体的位移和运行提供精确的约束，代表技术有：全球导航卫星系统（GNSS）、卫星重力测量、干涉合成孔径雷达（InSAR）等。空间观测技术的飞速发展，促使近代测绘学科完成了由模拟测绘到数据化测绘的转变，并向信息化跨越，使人们的生活开始进入“智慧地球”和“大数据”阶段[5]。信息化测绘科学与地球物理学相交叉，产生了许多新的研究方向和学科，如构造大地测量学、空间物理大地测量学等等，在地震科学、地球动力学、浅层地质灾害分析等领域应用潜力巨大。

三、高校地球物理学专业信息化测绘课程设计现状及改进

虽然测绘遥感是地球物理学专业的组成部分，但是目前国内各高校相关课程设置整体薄弱。在各高校的地球物理专业测绘相关课程中，北京大学开设有《重力学与大地测量》专业基础课，同济大学开设有《测量学》及实习并作为工程地球物理方向的建议选修课，中国地质大学（武汉）开设有《测量学》及实习作为专业基础课，另有《大地测量学》为专业选修课，中国科学院大学该专业开设有《现代大地测量学基础》、《物理大地测量学》、《测量数据处理理论和方法》，武汉大学开设的相关课程最多，主要有《大地测量学基础》、《空间定位技术及应用》、《地球物理大地测量学课程设计》、《遥感原理与应用》等。目前地球物理学专业的信息化测绘课程教学上以武汉大学和中国科学院大学较为完善，值得借鉴。目前国内高校地球物理学专业测绘课程建设上主要存在以下不足：（1）测绘课程偏少和老化，很多高校都只开设有《测量学》一门课程作为专业基础课或选修课，课程教学停留在经纬仪、水准仪和大平板绘图讲授，内容老旧，与现代信息测绘脱节；（2）测绘课程认识上的片面化和工具化，目前许多高校的地球物理教学和宣传只提“重、磁、电、震”，对测绘基础认识和应用能力缺乏，没有从空间和时间角度来综合分析传统地球物理观测结果；（3）专业背景师资不足，由于各学科历史发展的局限性，造成了测绘教学和地球物理学专业的分割，一定程度上导致教学思想的偏颇。针对以上问题，地球物理学专业测绘课程设置应考虑以下几个方面：（1）注重测绘基础类课程设置，让学生理解和认识各类参考框架、坐标系统、高程基准面、几何观测和物理观测的统一、测量数据精度评定等，具体可以选择《大地测量学》为基础课程；（2）引入现代空间测绘遥感课程，空间卫星技术改变了传统测绘的作业模式，也体现在部分地球物理学教学方法的改进上，例如卫星重力测量、高频GNSS与地震波融合、InSAR（遥感）地表观测及动力学反演等；（3）综合设计实践教学，将现代空间测绘遥感技术的实践教学融入传统的“重、磁，、电、震”四类地球物理学教学方法中，进行数据联合反演处理分析地球物理学问题。

四、北戴河地球物理实践教学信息化测绘内容设计探索

中国地质大学（武汉）北戴河地球物理实习是相关专业的核心实践课程，为了深化信息化测绘下的教学改革探索，将GNSSRTK教学作为此次实习的重要组成部分，与重、磁实践教学一起进行整体设计，具体教学分为两部分：一是实习站内GNSSRTK单方法的操作实践。主要在实习站内进行RTK的原理和操作讲解；安排学生分组进行GNSSRTK操作练习，掌握点测量、点放样和点检校的方法；了解RTK进行区域地物地籍图测量的方法，理解RTK在实际工作中的限制影响因素。二是野外重、磁和GNSSRTK方法组的综合教学，让学生掌握不同技术方法联合作业的特点及要求。由于磁法对坐标的精度要求低，可以用手持GPS获取施测点坐标，因此RTK配合重力测量是此次实践教学的重点内容。RTK在此次重力测量中的应用主要有三个方面：一是剖线坐标点放样，取代传统拉测绳、插筷子的模式；二是重力施测点高程坐标采集，用于取代低等水准测量的地形改正；三是RTK进行采矿区的体积测量计算，用于重力异常校正，测线终点处有多个巨型灰岩采矿坑相连，等效直径超500m，平均深度40-50m。

五、效果与体会

笔者结合自己专业研究背景和教学实践，具体探索了信息化测绘背景下北戴河地球物理学专业测绘课程实践教学，有以下几点体会：

1.理论联系实际，教学效果好。实践教学是课堂教学的延伸和深化，学生将所学理论知识应用到具体数据采集分析工作，在实习过程中发现问题，扫除课堂学习的盲点。具体在实践操作中，学生直观感觉了不同坐标系下观测值的差异和适用情况，RTK测量过程中单点、浮动和固定解的影响因素，静态和动态观测的区别联系。

2.综合设计难度高，激发探索精神。改变以往单一实验方法教学模式，将重、磁、GNSS结合在一起，让学生结合地球物理学研究和应用实际，自主进行观测方案设计、人员安排、观测方案实施和后期模型反演分析。21世纪地球物理学向着系统化、信息化、协同化方向发展，因此需要利用不同观测手段的优势，共同解决地球物理反演多解问题。综合设计有效地激发了学生的探索精神和综合管理组织能力。

3.增加专业技能，拓宽就业选择。地球物理学专业学生的就业分为两种[6]，一是地球物理勘探，主要在油矿勘察行业，近年来就业萎缩，同时行业性质导致女生就业更为困难；二是理论地球物理，主要从事地震相关行业研究工作。随着中国北斗技术的飞速发展，进行测绘相关课程改革后将有利于拓宽地球物理学专业学生在测绘类相关行业的就业面。总体而言，结合信息化测绘进行地球物理学专业测绘课程教学改革探索，符合本专业发展特点和时代前进方向，对学生创新精神、学科交叉能力和国际性视野的提高作用显著。本文对地球物理学专业测绘课程教学改革的探索，结合具体实践教学进行改革尝试，教学反馈效果好，具有一定的现实参考意义。

参考文献：

[1]刘喜武.地球信息科学与技术专业的定位与人才培养模式探索[J].中国地质教育,2007,(3):96-99.

[2]滕吉文.当代中国地球物理学向何处去[J].地球物理学进展,2006,21(2):327-339.

[3]贾正元,黄兆辉.浅谈地球物理专业实践教学[J].重庆科技学院学报(社会科学版)2008,(7):192-193.

[4]高星.对中国地球物理学发展的思考[J].地球科学进展,1999,14(2):124-132.

[5]许才军.测绘工程专业课程创新体系初探[J].测绘通报,2007,(11):74-77.

[6]Palacky,G.J.,黄皓平,曲增芳.地球物理专业中的人才资源———人才统计和教育[J].世界地质,1991,(3):013.

作者：何平；邹蓉 单位：中国地质大学（武汉）地球物理与空间信息学院