劉淑芬，石穎

（東北石油大學(xué) 油氣資源與勘查實驗教學(xué)中心，黑龍江大慶 163318）

2020 年5 月，教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，明確指出“要科學(xué)設(shè)計課程思政教學(xué)體系”“結(jié)合學(xué)科專業(yè)特點分類推進課程思政建設(shè)”[1]。相比以講授為主的理論課程，實驗教學(xué)具備更大的思政空間。實驗課程要落實“把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程”，創(chuàng)新教學(xué)方法，將課程蘊含的思政元素有效融入教學(xué)過程，實現(xiàn)育人和育才的協(xié)同統(tǒng)一[2-3]。

油氣地震勘探實驗作為勘查技術(shù)與工程專業(yè)核心課程地震勘探原理配套的綜合性實驗，內(nèi)容涵蓋地震勘探的全過程，包含了豐富的理論知識[4-7]。借助網(wǎng)絡(luò)化教育環(huán)境，創(chuàng)建“知識傳授”與“價值引領(lǐng)”并行的混合式實驗課堂[8-10]，使學(xué)生不僅能夠掌握油氣勘探專業(yè)知識和技能，同時能夠培養(yǎng)工匠精神，更好地滿足個人發(fā)展和社會發(fā)展需要[11]。

1 油氣地震勘探實驗介紹

油氣地震勘探實驗面向勘查技術(shù)與工程、資源勘查工程、地質(zhì)學(xué)3 個本科專業(yè)，每屆面向9 個班、200余名學(xué)生開設(shè)，實驗包含地震波場理論、地震資料采集、地震資料處理和資料解釋4 個模塊，共計12 學(xué)時。依據(jù)各專業(yè)培養(yǎng)目標差異，實驗項目內(nèi)容設(shè)置、學(xué)期安排均有所不同。

1.1 實驗發(fā)展階段

東北石油大學(xué)自1959 年成立物理勘探教研室，就開設(shè)了地球物理勘探相關(guān)實驗項目。長期以來，地震資料采集實驗主要在大慶油田地球物理勘探公司地震隊完成，但受到野外地震資料采集高危環(huán)境、施工條件等因素的限制，實驗過程主要為現(xiàn)場參觀、視頻觀摩。地震資料處理、解釋實驗部分由于時間限制，主要安排在大三短學(xué)期第2 周完成。2021 年，學(xué)校油氣地震勘探虛擬仿真實驗平臺上線，設(shè)置了地震波場模擬、地震資料采集、地震資料處理、地震資料解釋4 個模塊、19個實驗項目，解決了油氣地震勘探實驗項目受時空限制的問題，為開展“虛實結(jié)合、云端+線下”混合式實驗教學(xué)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。

1.2 實驗教學(xué)目標

（1）知識學(xué)習(xí)。①掌握地震資料采集、資料處理和解釋基本流程，熟悉地震資料采集施工工序中鉆炮井、埋置檢波器、鋪設(shè)測線等基本知識；②掌握地震資料處理靜校正、動校正、速度分析、水平疊加、偏移歸位等基本技術(shù)；③掌握地震面貌形成過程、地震資料綜合解釋方法。

（2）能力培養(yǎng)。①能夠設(shè)計地震數(shù)據(jù)采集方案，明確數(shù)據(jù)處理參數(shù)，掌握地震處理流程、資料綜合解釋方法，具備獲取地震勘探新技術(shù)的能力；②具備發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計實驗方案，撰寫實驗報告及多文化交流能力；③具備科學(xué)研究的基本方法和創(chuàng)新探索意識及創(chuàng)新研究的初步能力，能利用科學(xué)原理解釋相應(yīng)的工程問題。

（3）素質(zhì)目標。①具備實事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、良好的實驗習(xí)慣；②具有高度的社會責(zé)任感，堅定“我為祖國獻石油”的理想；③具備較深的專業(yè)背景，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的潛力，敢于“突破傳統(tǒng)、勇于創(chuàng)新”。

2 油氣地震勘探實驗教學(xué)設(shè)計

通過對實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、課程資源和評價標準等的“再設(shè)計”，將思政元素潛移默化地融入實驗[12-14]。

2.1 整合教學(xué)內(nèi)容

從保證知識體系完整、符合工程實踐實際的角度出發(fā)整合實驗教學(xué)內(nèi)容（見圖1），將4 部分實驗的19個知識點整合為14 個，將地震波場特征與地震資料采集部分的觀測系統(tǒng)實驗進行整合，將資料處理部分的8 個知識點整合為3 個，調(diào)整資料解釋部分4 個知識點的實驗內(nèi)容。

圖1 “云端+仿真+基地”油氣地震勘探實驗教學(xué)設(shè)計

在思政內(nèi)容選擇上：可從家國情懷、行業(yè)精神等方面挖掘素材，如在地震波場特征部分，教師可將我國著名的地球物理學(xué)家秦馨菱、國家技術(shù)發(fā)明一等獎獲得者何繼善、勘探地震學(xué)科奠基人許云的事跡引入課堂，利用榜樣的力量激發(fā)學(xué)生的愛國熱情，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。在地震資料采集部分，教師可介紹我國在1959 年利用綜合物理勘探（重力、磁力、電法勘探和地震勘探）發(fā)現(xiàn)了大慶油田，從而實現(xiàn)石油全面自給；到20 世紀80 年代后期，塔里木盆地依靠地震勘探，發(fā)現(xiàn)了庫車氣田等。

2.2 優(yōu)化教學(xué)模式

采集實驗現(xiàn)場作業(yè)涉及大量的技術(shù)裝備投入、上千人的作業(yè)隊伍，同時面臨變幻莫測的作業(yè)環(huán)境等，這些因素決定了地震勘探資料采集實驗需要耗費大量的人力、物力和財力，對部分高校來講難以提供足夠的實驗平臺支撐學(xué)生開展地震勘探資料處理與解釋操作。因此，探索“云端+仿真+基地”三位一體混合式教學(xué)模式，不僅能夠規(guī)避現(xiàn)場教學(xué)的風(fēng)險，而且可以在虛擬環(huán)境中融入石油天然氣的國家和行業(yè)技術(shù)標準、地球物理行業(yè)的標準體系，還能夠增加實驗素材，擴大實驗課程容量，保證實驗教學(xué)的廣度、深度。

2.3 配套課程資源

要保證學(xué)生“學(xué)懂、學(xué)通、學(xué)透”，除了編著涵蓋全部教學(xué)環(huán)節(jié)的實驗指導(dǎo)書，還需多維度配套教學(xué)資源，促進實驗過程“入眼、入腦、入心”。為此，東北石油大學(xué)建設(shè)了“油氣地震勘探虛擬仿真實驗”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和中石油東方地球物理勘探有限責(zé)任公司實踐基地、數(shù)字化資源庫等配套教學(xué)資源?！霸贫?仿真+基地”結(jié)合的實驗教學(xué)平臺可以讓學(xué)生多方位觀摩地震采集儀器，動手操作、反復(fù)訓(xùn)練。同時，教師把石油勘探故事等音視頻資源、時事熱點上傳到云端教學(xué)平臺，配置數(shù)字化教學(xué)資源，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.4 革新評價標準

采用過程性考核與實驗報告1∶1 比例的方式確定實驗成績，提高實驗過程考核權(quán)重。云端教學(xué)模式使得學(xué)生在實驗過程中的資源學(xué)習(xí)、操作規(guī)范程度等都留有痕跡，在一個實驗周期內(nèi)保證課程成績（云端成績）隨時可查詢、多次實踐成績可更替，如在地震資料解釋實驗過程中，選取目的層層位標定時，學(xué)生可嘗試不同速度值，實驗結(jié)束后給出的實驗成績綜合考慮了實驗時長和實驗結(jié)果，學(xué)生可以選擇多次實驗，以縮短實驗時間和改進實驗效果。通過此種評價方式，一方面讓學(xué)生牢記了實驗流程，可以取得更好的實驗成績；另一方面也培養(yǎng)了學(xué)生追求卓越、不斷摸索的科研素養(yǎng)。同時，學(xué)生可通過云端平臺反饋實驗中遇到的問題并提出教學(xué)建議等，師生共同促進教學(xué)目標的達成。

3 地震資料采集實驗教學(xué)案例

地震勘探資料采集現(xiàn)場面臨較大的安全風(fēng)險，且管控難度大，因此，現(xiàn)場實驗教學(xué)難度較大。虛擬仿真系統(tǒng)能夠立體、生動、形象地展示地震勘探資料采集現(xiàn)場作業(yè)的技術(shù)原理、設(shè)備與儀器的操作使用、作業(yè)現(xiàn)場等，并打破時空界限。教師依據(jù)實驗計劃及學(xué)生學(xué)習(xí)進度與對知識的掌握程度，靈活地安排學(xué)生進行地震勘探資料采集仿真實驗與線下實驗基地現(xiàn)場觀摩教學(xué)，可有效規(guī)避現(xiàn)場實驗教學(xué)的風(fēng)險，保證實驗的教學(xué)效果，保障實驗教學(xué)與人員的安全。

3.1 教學(xué)素材

地震資料采集工序包含測量布點放樣、表層調(diào)查鉆井下藥、擺放接收電纜、爆炸錄制地震信號、測線清理共5 個關(guān)鍵步驟。每一個步驟的實施都有嚴格的要求，需要遵循《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（GB/T 18314—2009）、《地震資料采集技術(shù)規(guī)范》（SY/T 5454—2003）等17 條國家和行業(yè)標準。

一次地震信號采集過程往往需要在40km2以上的平面滾動施工，震源組負責(zé)地表震源定位與激發(fā)、放線組埋放檢波器、儀器組記錄地震信號，需要數(shù)十人合作完成。在滿足勘探任務(wù)要求的前提下，激發(fā)地震信號采用機械震源裝置，可以避免以炸藥為震源裝置的安全風(fēng)險和土壤污染問題。

埋放檢波器要遵循“1 清—2 鉆—3 插—4 蓋”四步法原則：首先清除埋放點位附近的雜草、浮土，保證檢波器鉆孔和插值在硬土層中（“1 清”），再用微型鉆孔設(shè)備，完成與檢波器直徑相符的鉆孔工作（“2 鉆”），隨后將檢波器插入鉆好的檢波器孔，并保證耦合良好（“3 插”），最后采用沙袋（重量不低于2kg）將檢波器蓋嚴（“4 蓋”）。每個檢波器都要嚴格按此操作流程進行，保證信號接收效果。

3.2 實驗設(shè)計

在采集實驗中，教師要求學(xué)生熟練掌握采集儀器性能和采集工序及注意事項，要求學(xué)生通過多次練習(xí)準確配置營地、車輛等基本設(shè)施，形成對野外資料采集環(huán)境的基本認知；要求學(xué)生能夠獨立完成一次采集工序操作，能夠在原始地震記錄中區(qū)分有效波與干擾波。

虛擬仿真實驗、實驗基地觀摩、儀器實操的混合式教學(xué)設(shè)計，能夠為學(xué)生提供沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，展現(xiàn)接近真實情境的地震隊工作場景，模擬儀器連接、施工工序。學(xué)生在實驗基地現(xiàn)場觀摩真實儀器、設(shè)備，并由現(xiàn)場工程師講解設(shè)備用途和使用方法，與采集工程師面對面交流。通過對資料采集實驗任務(wù)的整體規(guī)劃，合理安排虛擬仿真實驗、云端操作規(guī)范學(xué)習(xí)、線下基地現(xiàn)場實驗任務(wù)，學(xué)生在各環(huán)節(jié)中反思、總結(jié)，促進能力的提升，能夠更好地保證教學(xué)目標的實現(xiàn)。

3.3 實驗效果

基于上述設(shè)計思路，結(jié)合學(xué)生課程評價數(shù)據(jù)，混合式教學(xué)對學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)投入和綜合素質(zhì)方面的促進作用明顯。

（1）轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)態(tài)度?；旌鲜浇虒W(xué)設(shè)計融合了大量課程資源，其中的名人傳記、行業(yè)前沿、名校鏈接等資源可以開闊學(xué)生視野，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生通過多元化資源完善知識結(jié)構(gòu)，明確學(xué)習(xí)方向，學(xué)習(xí)態(tài)度從“要我學(xué)”向“我想學(xué)”轉(zhuǎn)變，激發(fā)學(xué)習(xí)動力，提升學(xué)習(xí)效果。

（2）促進主動學(xué)習(xí)。學(xué)生在進行虛擬仿真實驗時，逼真的實驗場景能夠有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，與此同時，實驗痕跡被實時記錄，學(xué)生可以多次重復(fù)實驗，對于復(fù)雜的實驗步驟能夠熟練掌握，提升學(xué)習(xí)效果。

（3）提升綜合素質(zhì)。教師在引導(dǎo)學(xué)生對野外地震采集工作方法進行學(xué)習(xí)時，要突出安全、環(huán)保、行業(yè)傳承理念，以人為本，樹立綠色教學(xué)理念。采集系列實驗要求學(xué)生認真對待每一步操作，以保障實驗的連續(xù)進行，從而促進學(xué)生養(yǎng)成嚴謹?shù)目蒲芯?，腳踏實地、細致精準、務(wù)實扎實的工作作風(fēng)。

4 結(jié)語

基于虛擬仿真技術(shù)、云端資源等現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)，教師可以不斷提高教育教學(xué)能力。經(jīng)過教學(xué)實踐證明：“云端+仿真+基地”三位一體的混合式實驗教學(xué)能夠有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。