案例教学法应用于“工程物探”课程教学的探索
摘要：本文讨论了勘查技术与工程专业（水工方向）开设工程物探课程的作用和特点，提出将案例教学法引入到“工程物探”课程教学的作用及教学实施方法。案例教学的过程为：以具体工程地质问题为案例—研究需要解决的地质问题的地球物理特征—寻找适合的物探方法—分析物探信息—解决工程地质问题。在案例讲述过程中，展开各种地球物理方法的基本理论、野外工作方法和资料解释技术。并引导学生结合实际工程地质问题设计工程物探施工方法，调动了学生的学习主动性。案例教学方法获得了较好的教学效果，有益于培养应用型人才。
关键词：案例教学法;工程物探;教学改革;教学实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）45-0248-02
《工程物探》是工程地球物理勘探的简称，是工程建设、水文和环境地质调查的重要勘探方法之一。为了利用好地球物理方法，勘查技术与工程专业（水工方向）的学生开设了《工程物探》课程，这一课程是一门重要勘探方法课。同时也使学生通过本课程的学习，拓展学生的视野，了解和掌握物探方法技术，以便在勘查工作中结合物探方法技术解决工程地质学中的相关问题，有利于应用型人才的培养。[1]
对于水工方向的学生，最需要掌握的是其中的三个部分：某种地球物理方法的基本原理——如何解决工程地质问题——如何将分析解释结果与工程地质问题结合起来。针对这种现状，教师们提出一种：利用物探方法解决工程水文地质问题的实例为主线的教学方法，即案例教学法[2，3]。通过这些案例，有助于培养学生主动学习及参与课堂讨论的兴趣。
一、《工程物探》课程的特点及教学中存在的问题：
1.《工程物探》课程理论内容多，不易在短时间内掌握。该门课程几乎涵盖了应用地球物理学专业的6种勘探方法：电法勘探、地震勘探、重力勘探、磁法勘探、放射性勘探和地温测量。其中，常用于工程地质勘查的主要方法技术的电法勘探和地震勘探是主要讲授内容，其他方法为辅助方法，只是简单介绍。对于水工方向的学生而言，工程物探方法仅是各种勘探方法中的一种，配合其他勘探方法解决实际工程地质问题，关键问题在于在具体的工程地质问题中，如何选择最合适的、经济快捷的物探方法。在课程理论内容多的情况下，教师必须有限的课时中，根据教学目的和关键问题对教学内容有所取舍，改进教学思路，研究教学方法。
2.《工程物探》课程实验课时多，易于增强学生的感性认识。《工程物探》课程理论内容偏难，为了利于学生掌握这一方法，安排了5种地球物理方法的实验课，让学生直观了解利用物探仪器获得地球物理信息的方法、野外施工的设计及施工人员的配置等实际野外工作技术。学生们对这些实验课程非常感兴趣，但这些实验课程往往停留在地球物理信息的获得上，没有进一步和水文、工程问题结合起来。在学生获得了较多感性认识的基础上，教师应利用这些实验课程，进一步将学生的感性认识提高到对物探方法的理解、使用的水平上。
二、《工程物探》课程的案例教学方法研究
针对目前教学中存在的问题，教师认为，《工程物探》课程的教学需要调整教学思路，在有限的教学课时中，根据教学目的和关键问题对教学内容有所取舍：利用实验课程，深化学生对物探方法的理解;联系实际工程地质问题，使学生的学习关注点从物理概念转移到与工程地质问题相关的物探方法上。以解决某种具体工程地质问题为案例：研究需要解决的地质问题的地球物理特征—寻找适合的物探方法—分析物探信息—解决工程地质问题。在以案例为主线的教学过程中，从寻找适合的物探方法开始，使学生们参与到教学中，从而达到学习和掌握物探方法的目的。
在《工程物探》课程教学中使用案例教学方法，包括以下几个环节：找到合适的教学案例;设计案例学习中的关键内容;引出合适的物探方法;学习某种物探方法原理及分析物探成果;归纳总结物探方法解决工程地质问题的特点。
1.提出具有典型意义的教学案例。《工程物探》这门课的授课对象是勘查技术与工程水工专业的学生。他们已经具备了水文、工程地质学基础，并已经学习了一些勘查方法，对本专业需要解决的地质问题比较熟悉;在大学期间，还学习了大学物理，具备了学习地球物理知识的基础，只要加以引导，就可以将工程地质问题与介质的物理性质联系起来。因此，用案例教学方法教授《工程物探》课程，首先要选好案例。
首先选择的案例所解决的工程地质问题应该是有代表性、学生普遍了解的工程地质问题。这些案例中的物探方法有效性非常突出，一般具有较高的经济价值和现实意义，学生很容易对物探方法的特点留下深刻的印象。第二，所选择的案例需要解决的地质问题是有一定难度的，不仅需要多种勘探方法配合，还必须采用物探方法。第三，案例具备课最重要的基础在于让学生理解岩土介质的岩土成分、结构和胶结物质等方面的差异如何表现为岩、土物理性质上的差异;这些物理性质的差异如何被测量出来，测量出的信息如何理解。这些概念对各种物探方法的后续知识的学习有非常重要的基础性作用，需要反复强调。方法介绍、公式推导在比较好的概念基础上更容易被学生接受。
2.设计案例学习中的关键内容。在《工程物探》课程案例教学过程中，教师设计的关键内容为：第一，案例所代表的某种类型的工程地质问题的地质特征。提出案例后，首先分析案例中工程地质问题的工程地质特征，这部分内容是学生熟悉的，要求学生分析地质信息的差异。例如，以探测大型厂址内隐伏断裂为例，要求学生分析覆盖层与基岩的岩性差异、断裂带两侧的地层及岩性差异、断裂破碎带与两侧的岩性差异。第二，分析各种地质差异与地球物理特性的关系。结合具体的地质或岩性差异讲解物性差异，即给出案例中的地球物理方法解决地质问题的依据。然后给出案例中的物探成果。以综合剖面显示的物探异常与地质剖面的关系，较直观地说明了物探方法的有效性。例如，在寻找隐伏断裂的工作中，断裂破碎带与覆盖层、及其两侧的完整岩石都有明显的电性差异，在覆盖层较薄的情况下，可以采用电阻率联合剖面法和电阻率测深方法来确定断裂位置、倾向和埋深等地层结构参数。从物探图件可以看到反映断裂带存在的明显异常。学生们认识到电阻率方法寻找断裂的作用明显，增强学生对地球物理方法的认识，愿意进一步深入学习。第三，讲授与案例有关的物探方法的基本原理、数据采集方法和仪器、方法特点和资料解释技术。在这一部分物探方法的基本原理以物理分析为主，只给出关键的公式，并进一步理解产生物理差异的原因。学什么还可以在实验课了解物探仪器并学习获得物探数据的方法。例如，寻找断裂所的主要物探方法为电法，其中用于浅部勘探的电阻率法，所依据的物理差异是岩土层的导电性差异，断裂破碎带由于破碎岩石的导电性好于完整岩石，因此会产生良导体异常。
三、案例教学法的实现
对《工程物探》课程的案例教学方法研究探讨了教学思路，以及教学过程的各个阶段的关键问题，经过实施，获得了较好的教学效果。
根据2.1节中的原则，教师选择5个与5种物探方法相关的案例。即采用电法勘探、地震勘探、重力、磁法勘探和放射性勘查等方法解决工程地质问题的案例，其中有些案例为采用多种物探方法，进行综合应用，配合钻探方法，解决疑难工程地质问题的案例。
提出案例后，学生在讲解的是地质特征、地层构造、岩性等特点时，能够积极发言，与教师一起分析工程地质问题的地质情况。给讲解与之对应的地球物理性质打下良好基础。教师重点分析地质特征到地球物理特征后，分析岩土介质的物理性质差异，差异大小的作用，引导学生找到有针对性的解决问题的主要物理性质的差异。
随着案例数量的增加，学生逐步掌握各种物探方法。这时学生会发现一种工程问题可能可采用多种物探方法来解决。教师和学生一起分析比较各种物探方法的特点，这种归纳分析和对比应该是全方面的，即包含技术层面：方法的有效探测深度、抗干扰能力、技术难点;也包含非技术层面：成本、施工难度等。力求让学生对物探方法有较全面的认识。
《工程物探》的实验课加强学生对物探方法的感性认识，通过实验，可以直观地了解物探方法的仪器设备、野外施工统计、数据采集方法及野外勘探的工作效率等信息。因此，在有条件的情况下，尽量选择室外场地进行实验。
为了配合案例教学方法的实施，在实验课程开始之前，教师要将实验设计为具有特定勘探目标的实际演练，这样学生不仅关注仪器如何使用，也会关注如何分析采集到的信息。
四、结论
根据勘查技术与工程专业（水工方向）的“工程物探”课程的特点，结合学生的实际情况，在“工程物探”课程的教学中采用案例教学法。教师根据工程物探主要解决的工程和水文勘查实际问题给出有代表性的案例，每个案例突出某种物探方法。与传统教学方式相比，《工程物探》是实践性非常强的课程，案例教学法的优势十分突出，大大改善了教学效果，有利于应用型人才的培养。
参考文献：
[1]张致付，孟小红，郭良辉.“地球物理学”课程在地质学专业中的教学实践探讨[J].中国地质教育，2008，（3）：79-81.
[2]汤崇辉，魏晓捷.案例教学法在神经外科实习带教中的应用[J].当代医学，2011，17（9）：162-163.
[3]李鹏飞，李正中，邬红，等.工程案例在“电力电子技术”课堂教学中的应用探讨[J].中国电力教育，2011，（25）：101-102.
[4]陆俊元.案例教学法的本质特征及其适用性分析[J].中国职业技术教育，2007，（284）：22-24.