面向地學(xué)學(xué)科的數(shù)字填圖實(shí)踐教學(xué)探索

張寶一，劉興權(quán)，彭先定，賴健清，毛先成

中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙 410083

面向地學(xué)學(xué)科的數(shù)字填圖實(shí)踐教學(xué)探索

張寶一，劉興權(quán)，彭先定，賴健清，毛先成

中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙 410083

依托中南大學(xué)傳統(tǒng)地學(xué)學(xué)科優(yōu)勢，提出了地學(xué)領(lǐng)域知識與GIS專業(yè)技能教育并重、注重創(chuàng)新、強(qiáng)化實(shí)踐的數(shù)字填圖實(shí)踐教學(xué)方案，為地質(zhì)工程和地理信息系統(tǒng)專業(yè)的數(shù)字填圖實(shí)踐教學(xué)制訂了具體教學(xué)目標(biāo)、組織形式、實(shí)施過程和考評機(jī)制。

數(shù)字填圖；實(shí)踐教學(xué)；地理信息系統(tǒng)；地質(zhì)工程

個(gè)人數(shù)字助理、掌上電腦、智能手機(jī)等智能終端的出現(xiàn)和發(fā)展，為嵌入式GIS的發(fā)展帶來了契機(jī)。嵌入式GIS集成了先進(jìn)的嵌入式技術(shù)、無線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動通信技術(shù)(諸如GSM,GPRS,CDMA,TD,WCDMA,3G等)和衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)，是集導(dǎo)航、定位、地圖查詢和空間數(shù)據(jù)管理為一體的軟硬件解決方案，已廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、目標(biāo)導(dǎo)航、設(shè)備監(jiān)控、現(xiàn)場評價(jià)等領(lǐng)域[1-4]。由于人類社會中80%的信息都是與空間位置有關(guān)，嵌入式GIS能夠滿足人們在移動環(huán)境中獲得實(shí)時(shí)的空間信息（尤其是與當(dāng)前地理位置相關(guān)的空間信息）的迫切需求，能隨時(shí)隨地為用戶提供方便、快捷、實(shí)時(shí)和可靠的信息查詢和輔助決策，完成以前只有辦公室才能完成的工作，實(shí)現(xiàn)“在移動中辦公”。

由于地學(xué)等相關(guān)專業(yè)的特殊性，企業(yè)很難招聘到既具有地學(xué)背景，又掌握數(shù)字填圖技術(shù)的地學(xué)信息化專業(yè)人才，從而影響了地學(xué)領(lǐng)域的信息化進(jìn)程。因此，培養(yǎng)具有較寬的專業(yè)面，較強(qiáng)的跨專業(yè)合作能力、國際合作能力和科技創(chuàng)新能力的人才，建立數(shù)字化地學(xué)人才培養(yǎng)理念與高質(zhì)量應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系既是地學(xué)教育發(fā)展的必然，也是科技時(shí)代技術(shù)進(jìn)步的必需[5]，而實(shí)踐教學(xué)又是研究型大學(xué)培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的重要途徑[6]，實(shí)踐教學(xué)體系創(chuàng)新、模式創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、環(huán)境創(chuàng)新是大學(xué)生職業(yè)生涯發(fā)展的保障，是高校人才培養(yǎng)模式改革的重要內(nèi)容[7]。為滿足實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)的迫切需求，本文提出了一套地學(xué)領(lǐng)域背景知識與GIS專業(yè)技能教育并重、注重創(chuàng)新、強(qiáng)化實(shí)踐、面向地學(xué)學(xué)科的數(shù)字填圖實(shí)踐教學(xué)方案，教學(xué)內(nèi)容緊跟地學(xué)信息采集的新理論、新技術(shù)和新方法，并引入嵌入式、無線互聯(lián)網(wǎng)、移動通訊和衛(wèi)星導(dǎo)航定位等高科技手段。

一、學(xué)科特色

作為傳統(tǒng)地礦類高等院校，中南大學(xué)肩負(fù)著培養(yǎng)高水平數(shù)字化地學(xué)應(yīng)用型人才的重任。中南大學(xué)地學(xué)學(xué)科傳承于武漢大學(xué)、中山大學(xué)、北京工業(yè)學(xué)院、廣西大學(xué)、湖南大學(xué)、南昌大學(xué)六所院校的地質(zhì)學(xué)科，1952年全國院校調(diào)整時(shí)成立至今已有近60年的歷史，已為國家培養(yǎng)輸送了數(shù)以萬計(jì)的地質(zhì)勘探專門人才，并以陳國達(dá)院士創(chuàng)立的“地洼學(xué)說”及何繼善院士創(chuàng)立的“偽隨機(jī)信號電法理論與方法”而蜚聲中外。

中南大學(xué)自2008年起全部按照學(xué)科大類招生，建立了厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)的工程技術(shù)人才培養(yǎng)體系。新生入校后的第一年，不分具體專業(yè)，統(tǒng)一學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，到了大二才進(jìn)行專業(yè)分流，以地球科學(xué)與信息物理學(xué)院（簡稱地信院）為例，招生時(shí)只劃分為地球科學(xué)類和信息物理類兩個(gè)學(xué)科大類。學(xué)生在經(jīng)過一年的學(xué)習(xí)以后，對專業(yè)設(shè)置及研究方向有了更為深刻的認(rèn)識，再根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績、自身興趣、職業(yè)規(guī)劃來選擇專業(yè)和研究方向，以地球科學(xué)類學(xué)生為例，大二后可以選擇地質(zhì)工程（A方向或C方向）、地理信息系統(tǒng)專業(yè)就讀。

對于工程型本科人才的培養(yǎng)，要在加強(qiáng)基礎(chǔ)理論教學(xué)的同時(shí)突出實(shí)踐，強(qiáng)化動手和應(yīng)用能力的鍛煉和培養(yǎng)[8]。數(shù)字填圖可應(yīng)用GPS、PDA等先進(jìn)設(shè)備，以計(jì)算機(jī)野外數(shù)據(jù)采集和空間數(shù)據(jù)存儲與表達(dá)技術(shù)為手段，為礦產(chǎn)資源、土地資源、水文、工程、環(huán)境地質(zhì)、災(zāi)害地質(zhì)、農(nóng)業(yè)地質(zhì)和工程勘察等建立基礎(chǔ)性區(qū)域地學(xué)數(shù)據(jù)。出于地球科學(xué)類學(xué)生在大一期間學(xué)了64學(xué)時(shí)的主干課程“普通地質(zhì)學(xué)”，為地質(zhì)工程（A方向）、地理信息系統(tǒng)專業(yè)安排了數(shù)字地質(zhì)填圖實(shí)踐內(nèi)容，既可將課程理論聯(lián)系到實(shí)際，使課堂內(nèi)容更好地為學(xué)生所掌握，又可鍛煉學(xué)生觀察地質(zhì)現(xiàn)象認(rèn)識自然的能力，訓(xùn)練學(xué)生地圖綜合和數(shù)據(jù)采集的能力。總之，通過數(shù)字地質(zhì)填圖實(shí)習(xí)，既復(fù)習(xí)了“普通地質(zhì)學(xué)”的知識和技能，又融入了GIS等相關(guān)學(xué)科內(nèi)容，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。

二、數(shù)字地質(zhì)填圖

數(shù)字地質(zhì)填圖通過GPS定位、導(dǎo)航，通過GIS采集、分析、管理數(shù)據(jù)，利用PDA記錄路線圖與有關(guān)的屬性，有效地在野外工作者和數(shù)據(jù)中心之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，免去了為獲取硬地圖(紙質(zhì)地圖)或軟地圖(電子地圖)而來回奔波的中間環(huán)節(jié)。以翔實(shí)的地質(zhì)觀察研究為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)野外數(shù)據(jù)采集和空間數(shù)據(jù)存儲與表達(dá)技術(shù)為手段，通過填制不同比例尺的數(shù)字地質(zhì)圖，查明調(diào)查區(qū)地層、巖石、古生物、礦物、構(gòu)造以及其他各種地質(zhì)體的特征，并研究其屬性、形成時(shí)代、形成環(huán)境和發(fā)展歷史等基礎(chǔ)地質(zhì)問題。此外，數(shù)字地質(zhì)填圖還強(qiáng)調(diào)在計(jì)算機(jī)技術(shù)全程化支撐下，對地質(zhì)、地理、地球物理、地球化學(xué)和遙感等多源地學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和地質(zhì)制圖，真正實(shí)現(xiàn)地學(xué)多源數(shù)據(jù)的整合，提高了數(shù)字地質(zhì)填圖的效率和質(zhì)量[9]。

中國地質(zhì)調(diào)查局自1999年開始了數(shù)字填圖系統(tǒng)的研發(fā)，隨著數(shù)字區(qū)域地質(zhì)調(diào)查技術(shù)的優(yōu)化和完善，從2004年開始，中國地質(zhì)調(diào)查局在全國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中對其進(jìn)行了全面推廣應(yīng)用，但是，目前大多數(shù)從業(yè)人員仍缺少相關(guān)的業(yè)務(wù)知識和專業(yè)技能。2008年起，中南大學(xué)地信院依托地學(xué)優(yōu)勢學(xué)科，為地質(zhì)工程(A方向)、地理信息系統(tǒng)專業(yè)學(xué)生開設(shè)了數(shù)字地質(zhì)填圖實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生具備較強(qiáng)的數(shù)字區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的崗位適應(yīng)能力。

1.設(shè)備裝置

用于數(shù)字地質(zhì)填圖的現(xiàn)代化野外設(shè)備包含下列5項(xiàng)基本裝置：(1)用于野外數(shù)據(jù)采集的掌上計(jì)算機(jī)（可以是運(yùn)行PLAM OS 或Windows Mobile的掌上計(jì)算機(jī)、手持計(jì)算機(jī)、平板電腦）；(2)GPS（可以是PC插槽接口GPS、夾克GPS或藍(lán)牙GPS）；(3)便攜式計(jì)算機(jī)；(4)數(shù)碼照相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)；(5)數(shù)字語音錄入筆。

中南大學(xué)通過“211”工程重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)及“985”平臺建設(shè)，尤其是地質(zhì)工程“拔尖領(lǐng)軍工程人才培養(yǎng)計(jì)劃”建設(shè)，建立了數(shù)字填圖實(shí)驗(yàn)室，購置了全套數(shù)字地質(zhì)填圖設(shè)備裝置（表1），以學(xué)科專業(yè)建設(shè)牽引和帶動實(shí)踐教學(xué)的建設(shè)。充分利用實(shí)驗(yàn)室、實(shí)踐基地等來為學(xué)科專業(yè)建設(shè)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科專業(yè)儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的資源共享，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用效率，積極開展科學(xué)研究，進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)改革創(chuàng)新，是提升學(xué)科專業(yè)建設(shè)水平的有效途徑[10]。

表1 中南大學(xué)數(shù)字填圖實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備一覽表

手持式電腦選擇了兩類：(1)惠普iPAQ hx2790c掌上電腦與環(huán)天BT-338藍(lán)牙GPS接收機(jī)組合使用（圖1a），掌上電腦小巧輕便，通過“藍(lán)牙”無線通信接口獲取GPS定位信息，GPS接收機(jī)可挎在腰間，一般供指導(dǎo)教師演示使用；(2)天寶公司為移動GIS野外工作而設(shè)計(jì)的手持機(jī)（圖1b），其內(nèi)置了GPS模塊可直接定位，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，在防墜落、抗震動、抵水浸、耐高溫方面性能指具有優(yōu)越性，一般供學(xué)生團(tuán)隊(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集使用。

2.軟件系統(tǒng)

圖1 數(shù)字填圖實(shí)習(xí)手持機(jī)選型

數(shù)字地質(zhì)填圖軟件系統(tǒng)主要包含3個(gè)子系統(tǒng)：(1)運(yùn)行于掌上電腦Windows Mobile平臺上地質(zhì)路線野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)RGMap，包含了野外數(shù)字填圖所需基本GIS基本功能，包括GPS定位、路線采集、素描等；(2)運(yùn)行在掌上電腦的實(shí)測剖面野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)RGSection，包含了實(shí)測剖面的導(dǎo)線、分層、素描、照片、采樣、化石等數(shù)據(jù)的采集；(3)數(shù)字填圖（桌面）系統(tǒng)MEMAPGIS，包含了野外手圖、PRB圖幅庫、實(shí)際材料圖、編稿地質(zhì)圖、地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫的全過程的數(shù)據(jù)處理功能。

3.PRB過程

數(shù)字地質(zhì)填圖的描述對象是地球（尤其是地球表層）的地質(zhì)構(gòu)造、地層、巖性、物性等特征，這些專業(yè)信息無時(shí)無刻不在與地理空間信息發(fā)生密切聯(lián)系。在數(shù)字地質(zhì)填圖中，用地質(zhì)點(diǎn)POINT過程、分段路線ROUTING過程、點(diǎn)間界線BOUNDARY過程三個(gè)基本PRB過程來描述其研究對象[11]：(1)地質(zhì)點(diǎn)POINT（P）過程是指野外路線所通過的地質(zhì)界線，重要接觸關(guān)系，重要地質(zhì)構(gòu)造或重要地質(zhì)現(xiàn)象等進(jìn)行地質(zhì)觀測點(diǎn)控制的過程；(2)分段路線ROUTING（R）過程是兩個(gè)地質(zhì)觀測點(diǎn)之間的實(shí)際分段路線描述記錄的控制過程，該實(shí)際路線根據(jù)兩個(gè)地質(zhì)觀測點(diǎn)之間的內(nèi)容和變化來進(jìn)行分段描述，該變化可以是兩個(gè)地質(zhì)實(shí)體的界線，也可以是一個(gè)地質(zhì)實(shí)體的內(nèi)部變化；(3)點(diǎn)間界線BOUNDARY（B）過程是依賴于ROUTING過程，它是對兩段ROUTING之間的界線來進(jìn)行分段描述，該界線可以是兩個(gè)地質(zhì)實(shí)體的界線，也可以是一個(gè)地質(zhì)實(shí)體的內(nèi)部變化界線。

4.工作流程

數(shù)字地質(zhì)填圖從應(yīng)用計(jì)算機(jī)野外數(shù)據(jù)采集技術(shù)入手，但仍需遵循傳統(tǒng)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的規(guī)律，其中涉及各類數(shù)據(jù)的采集、處理、編輯、入庫，還要進(jìn)行各種類型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、疊置和融合。具體的工作流程如下[12]：(1)搜集能反映測區(qū)地質(zhì)研究程度的最新成果資料，建立PRB庫；(2)設(shè)計(jì)野外地質(zhì)路線，并建立其野外手圖；(3)把野外手圖存儲在掌上機(jī)的CF卡中；(4)在掌上電腦上對野外地質(zhì)路線進(jìn)行觀測與觀察，取全、取準(zhǔn)野外各項(xiàng)原始地質(zhì)資料；(5)在數(shù)字填圖（桌面）系統(tǒng)上，將掌上機(jī)野外采集數(shù)據(jù)導(dǎo)入野外手圖；(6)上述第（2）至第（5）步循環(huán)至野外地質(zhì)路線數(shù)據(jù)采集工作結(jié)束；(7)在數(shù)字填圖（桌面）系統(tǒng)上，將野外手圖導(dǎo)入圖幅PRB庫，并建立實(shí)際材料圖庫；(8)在數(shù)字填圖（桌面）系統(tǒng)上，編制數(shù)字地質(zhì)圖及專題圖，建立地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫。

三、實(shí)踐教學(xué)方案

在數(shù)字填圖實(shí)踐教學(xué)中采用了“師生雙主體”模式（圖2），教師-學(xué)生雙主體遵循了生活教育觀，有助于促進(jìn)學(xué)生的學(xué)術(shù)生活、職業(yè)生活與社會生活有機(jī)融合[13]。數(shù)字地質(zhì)填圖旨在全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、協(xié)作意識和社會理解力，培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展需求的知識面寬、科學(xué)素養(yǎng)好、創(chuàng)新意識強(qiáng)、實(shí)踐能力高的應(yīng)用型、創(chuàng)新型、復(fù)合型的地學(xué)信息化人才。實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)著眼于個(gè)體創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力發(fā)展的全面發(fā)展，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)非理性因素參與并關(guān)注默會知識的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐教學(xué)形式應(yīng)以“做中學(xué)”為指導(dǎo)的多樣化組織形式，實(shí)踐教學(xué)評價(jià)應(yīng)體現(xiàn)多元化個(gè)性化的發(fā)展性評價(jià)[14]。

1.教學(xué)目標(biāo)

圖2 “師生雙主體”的數(shù)字填圖實(shí)踐教學(xué)模式

在開設(shè)數(shù)字填圖實(shí)習(xí)時(shí)，大部分GIS課程如地圖學(xué)、地理信息系統(tǒng)導(dǎo)論、3S集成技術(shù)與應(yīng)用等基本上沒有開設(shè)，因此，在背景知識缺乏的情況下，要對實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容、形式、過程進(jìn)行組織和篩選。地質(zhì)工程（A方向）專業(yè)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)也不同，其實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及實(shí)施過程等諸多環(huán)節(jié)也有差異。地質(zhì)工程（A方向）、地理信息系統(tǒng)專業(yè)更要分別根據(jù)已開設(shè)專業(yè)課、教學(xué)目標(biāo)及課程學(xué)時(shí)等具體情況，對實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行必要的調(diào)整、刪改精簡或者拓寬應(yīng)用。但是，兩專業(yè)教學(xué)目標(biāo)的共性是要求既要深入理解和掌握所學(xué)普通地質(zhì)學(xué)理論知識，又要掌握過硬的地質(zhì)填圖實(shí)踐技術(shù)能力，具有不同層面上的動手能力、分析和解決實(shí)際問題的能力、自學(xué)能力、科學(xué)的思維方式及自主探索真理的精神。

(1)地理信息系統(tǒng)專業(yè)。地理信息系統(tǒng)專業(yè)旨在培養(yǎng)能在各地學(xué)領(lǐng)域從事與GIS有關(guān)的應(yīng)用研究、技術(shù)開發(fā)、行政管理等工作的高級專門人才，GIS具有工具性、工程性和橫斷性三大特征[15]，在數(shù)字填圖實(shí)踐教學(xué)中要注重新技術(shù)、新方法與傳統(tǒng)技術(shù)方法的結(jié)合，讓學(xué)生了解地質(zhì)學(xué)與地理信息系統(tǒng)學(xué)科的交叉和側(cè)重，完成由地球科學(xué)類到地理信息系統(tǒng)專業(yè)角色的自然過渡。側(cè)重學(xué)生對MEMAPGIS、RGMap等填圖軟件的熟練使用，鍛煉野外工作的動手操作能力和制圖綜合、編寫報(bào)告的能力，實(shí)習(xí)基本要求包括：

①增強(qiáng)學(xué)生對地球科學(xué)的了解、提高興趣，了解地質(zhì)基本概念、基本知識和基本技能（野外地質(zhì)現(xiàn)象觀察、記錄、描述、羅盤和GPS使用等方面）；

②掌握地形圖判讀、定點(diǎn)、定位，通過全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS開展坐標(biāo)定位；

③學(xué)會RGMap、RgSection等軟件的基本操作方法，完成對各種地質(zhì)體和地質(zhì)現(xiàn)象的定點(diǎn)觀測與數(shù)據(jù)采集，初步學(xué)會順手路線剖面圖和素描圖的繪制與錄入；

④初步學(xué)會室內(nèi)地質(zhì)資料的整理，學(xué)會利用MAPGIS、MEMAPGIS編繪綜合圖件及建立空間數(shù)據(jù)庫，初步掌握地質(zhì)報(bào)告的編寫。

(2)地質(zhì)工程專業(yè)A方向。地質(zhì)工程A方向旨在培養(yǎng)能從事礦產(chǎn)資源勘查和地質(zhì)環(huán)境與生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面工作的高級科學(xué)和工程技術(shù)人才。數(shù)字填圖實(shí)習(xí)要以國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范為依據(jù)，在傳統(tǒng)的地質(zhì)填圖方法的基礎(chǔ)上，以地質(zhì)調(diào)查實(shí)踐和技能、方法訓(xùn)練為主要目的，在加強(qiáng)基礎(chǔ)野外地質(zhì)技能訓(xùn)練的同時(shí)，將新技術(shù)、新方法的應(yīng)用納入到野外工作中，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生知識積累和素質(zhì)能力及團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)。使學(xué)生適應(yīng)從傳統(tǒng)的方法向數(shù)字化地質(zhì)填圖的跨越，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)三大件（地質(zhì)錘、羅盤、放大鏡）和新三大件（手持機(jī)+GPS、數(shù)碼相機(jī)和筆記本電腦）密切結(jié)合的數(shù)字化地質(zhì)填圖，改善地質(zhì)填圖質(zhì)量，并建立數(shù)字地質(zhì)圖空間數(shù)據(jù)庫。

2.組織形式

采用分組下達(dá)實(shí)習(xí)任務(wù)的形式，每組平均3～4人，通過團(tuán)隊(duì)的協(xié)作共同完成實(shí)習(xí)任務(wù)。每組設(shè)組長一名，負(fù)責(zé)設(shè)備保管、組員考勤、任務(wù)分工和成果上交等。在野外數(shù)據(jù)采集過程中，組內(nèi)學(xué)生主要扮演三類角色。

（1）數(shù)字填圖操作員，使用PDA+GPS進(jìn)行野外地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集，進(jìn)行PRB地質(zhì)填圖，對于在岳麓山風(fēng)景區(qū)實(shí)習(xí)的地理信息系統(tǒng)專業(yè)還要對旅游景點(diǎn)、文化古跡進(jìn)行調(diào)查和屬性錄入。

（2）野外記錄員，使用鉛筆在野外記錄簿上記錄對地質(zhì)體和地質(zhì)現(xiàn)象的觀測和描述，繪制素描圖、信手剖面等，要求字跡工整、速記能力強(qiáng)。

（3）野外地質(zhì)測量員，使用傳統(tǒng)三大件（地質(zhì)錘、羅盤、放大鏡）測量產(chǎn)狀、野外巖礦鑒定、采取標(biāo)本等，還可使用手機(jī)進(jìn)行拍照、錄像和錄音等工作。

每個(gè)學(xué)生都要學(xué)習(xí)組內(nèi)不同角色之間的協(xié)作，并完整地參與整個(gè)實(shí)踐過程，有助于增強(qiáng)學(xué)生相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神。組內(nèi)分工也并非固定不變，可以互相交換角色，從而掌握數(shù)字填圖的全部技能，形成既有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)風(fēng)氣，又有集體性與個(gè)性共存、生動活潑的實(shí)習(xí)環(huán)境。待野外數(shù)據(jù)采集工作完畢，每個(gè)學(xué)生還要全程參與室內(nèi)數(shù)據(jù)整理、圖件編制和報(bào)告編寫工作。

3.實(shí)施過程

實(shí)踐的主要功能是學(xué)科技能內(nèi)化與外化，其知識獲得途徑是創(chuàng)造性學(xué)習(xí)，因而加了情景演示、動手操作、現(xiàn)場參與等情境性、能動性要素，其外部環(huán)境要素更為廣泛復(fù)雜，表現(xiàn)為更高層次、更復(fù)雜程度上的學(xué)科知識的綜合應(yīng)用。目的是培養(yǎng)和學(xué)科知識緊密相關(guān)的一般復(fù)合技能，培養(yǎng)的是“高能創(chuàng)新型”的學(xué)生，而非“低能知識型”，只有這樣的學(xué)生才能更好地適應(yīng)畢業(yè)后工作學(xué)習(xí)的需求。要達(dá)到這個(gè)目的，必須對數(shù)字填圖實(shí)踐教學(xué)的過程進(jìn)行科學(xué)組織和合理控制，既要充分發(fā)揮教師的指導(dǎo)作用，又要充分調(diào)動學(xué)生的積極性、主動性和創(chuàng)造性。具體來講，數(shù)字填圖實(shí)習(xí)可以劃分為三個(gè)階段。

(1)室內(nèi)培訓(xùn)與準(zhǔn)備階段。這個(gè)階段涉及大量的知識傳授和程序化訓(xùn)練，但也要注意盡量少采用灌輸式教學(xué)方法，多采用研討式、啟發(fā)式教學(xué)方法，發(fā)揮學(xué)生參與實(shí)習(xí)的主動性和積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。首先，開展傳統(tǒng)地質(zhì)填圖、GIS及GPS基本知識的培訓(xùn)，讓學(xué)生知道GIS和GPS是什么，在地質(zhì)填圖中能干什么；其次，操作儀器和運(yùn)行軟件向?qū)W生演示數(shù)字地質(zhì)填圖實(shí)踐內(nèi)容，提高學(xué)生對實(shí)踐內(nèi)容的感性認(rèn)識；最后，由指導(dǎo)教師帶領(lǐng)學(xué)生到室外進(jìn)行儀器、軟件的實(shí)際操作，采用教師先講解，學(xué)生后動手的方式。在教學(xué)過程中，設(shè)計(jì)多媒體教學(xué)課件，借助于多媒體教學(xué)、展板、掛圖、陳列柜等多種教學(xué)手段，如采用屏幕錄像軟件對演示過程進(jìn)行錄制，讓學(xué)生可以多次觀看實(shí)驗(yàn)過程。雖然在這個(gè)時(shí)候?qū)W生大多還只能按照老師的詳細(xì)指導(dǎo)照貓畫虎地完成，但是，只有經(jīng)歷了數(shù)字地質(zhì)填圖基本方法和操作熟練的過程，才有能力自己去設(shè)計(jì)和分析后續(xù)的實(shí)習(xí)。

(2)野外地質(zhì)路線數(shù)據(jù)采集階段。采用教師和學(xué)生雙主體的實(shí)踐教學(xué)模式，這樣一來，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們的思路開闊、興趣倍增，把被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。首先，在指導(dǎo)教師帶領(lǐng)下選擇實(shí)習(xí)區(qū)一條有代表性的路線，為學(xué)生進(jìn)行野外地質(zhì)現(xiàn)象講解和野外地質(zhì)路線觀察記錄、數(shù)據(jù)采集方法的講授，老師現(xiàn)場演示，使學(xué)生進(jìn)一步掌握課堂所授理論知識和實(shí)際操作，然后，指導(dǎo)教師和學(xué)生共同在1～2條野外路線上對各種地質(zhì)現(xiàn)象的觀察描述和數(shù)據(jù)采集，教師和學(xué)生共同參與，師生參照，從而幫助學(xué)生領(lǐng)悟所學(xué)的相關(guān)知識。最后，讓學(xué)生獨(dú)立完成1～2條野外地質(zhì)路線觀察與數(shù)據(jù)采集，老師“袖手旁觀”，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，挖掘其自身潛力，由學(xué)生“獨(dú)立自主”完成整個(gè)實(shí)踐過程，既達(dá)到對學(xué)生野外地質(zhì)路線數(shù)字填圖工作方法的訓(xùn)練，又提高了學(xué)生的動手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

(3)室內(nèi)數(shù)據(jù)整理和成果提交階段。值得指出的是野外地質(zhì)路線數(shù)據(jù)采集與室內(nèi)數(shù)據(jù)整理工作是交叉進(jìn)行的，通常是上午采集數(shù)據(jù)，下午在室內(nèi)整理。待全部地質(zhì)路線野外數(shù)據(jù)采集工作完畢后，再進(jìn)行最終的資料整理、圖件編制和報(bào)告編寫工作。其中，報(bào)告編寫是一種研究性、綜合性與設(shè)計(jì)性實(shí)踐過程，要鼓勵(lì)學(xué)生自己動手、自己觀察、自己討論、自己總結(jié)，充分運(yùn)用自己所掌握的知識和技能，淋漓盡致地發(fā)揮自己的聰明才智，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立獲取知識、分析和解決實(shí)際問題的能力。

4.考評機(jī)制

科學(xué)的實(shí)習(xí)成果考評機(jī)制，必須要能夠公正、公平地對學(xué)生掌握知識的水平、能力強(qiáng)弱和素質(zhì)高低進(jìn)行綜合評價(jià)，才能充分發(fā)揮成果考評的管理、導(dǎo)向、鑒定、激勵(lì)和改進(jìn)作用，有利于創(chuàng)新人才培養(yǎng)。學(xué)生的實(shí)習(xí)成績主要由三部分組成：

（1）室內(nèi)外實(shí)習(xí)態(tài)度與表現(xiàn)（占總成績的20%），主要依據(jù)每個(gè)人實(shí)習(xí)日志的填寫情況；

（2）地質(zhì)填圖各階段工作程序與方法的掌握情況（占總成績的30%），主要依據(jù)野外記錄簿的填寫情況；

（3）提交的數(shù)字圖件和文字報(bào)告的完成質(zhì)量（占總成績的50%），在實(shí)習(xí)結(jié)束時(shí)，每組對實(shí)習(xí)成果進(jìn)行答辯，組長首先給出總結(jié)報(bào)告，然后由每個(gè)組員對自己的工作進(jìn)行匯報(bào)，指導(dǎo)教師對學(xué)生成果進(jìn)行點(diǎn)評，這也是學(xué)生總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的過程，每個(gè)學(xué)生的成績既有小組成績，也有個(gè)人貢獻(xiàn)。

最終實(shí)習(xí)成績（五級分制：優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）是幾位指導(dǎo)教師評定成績的加權(quán)求和，盡可能減少成績評定的主觀性。

四、結(jié)語

在未來的幾年內(nèi)，3G移動通信、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、云GIS等新技術(shù)將把我們帶入全新的移動計(jì)算時(shí)代。這將根本性地改變?nèi)伺c數(shù)字世界、人與真實(shí)世界的交互方式，最終為任何基于空間的數(shù)據(jù)采集提供全程信息化的作業(yè)模式，勢必需要大量的從事數(shù)字填圖工作的地學(xué)信息化行業(yè)人才。

實(shí)踐出真知，實(shí)踐是創(chuàng)新的源泉。希望通過實(shí)踐教學(xué)，加深對理論的理解和對研究對象的認(rèn)識，鍛煉運(yùn)用知識分析、解決問題的能力。也希望實(shí)踐中增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)成員感情，磨煉意志，提高抗挫折能力，培養(yǎng)百折不撓的科學(xué)精神。

致謝

在中南大學(xué)“數(shù)字填圖”實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過程中，得到了教育部GIS軟件及其應(yīng)用工程中心主任吳信才教授和中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心李超嶺研究員的大力幫助，在此表示感謝！

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Exploration on Practice Teaching of Geosciences Discipline Oriented Digital Mapping

ZHANG Bao-yi, LIU Xing-quan, PENG Xian-ding, LAI Jian-qing, MAO Xian-cheng
Central South University, Changsha 410083, China

Relying on advantages and features of geosciences discipline in Central South University, practice teaching solutions for digital mapping was proposed, which focused on geosciences knowledge and GIS professional skills, stressed innovation and strengthened practice. Teaching targets, organization forms, implement process, and assessment regulations of digital mapping practice teaching were set for digital mapping practice of GIS and geological engineering specialities.

digital mapping; practice teaching; GIS; geological engineering

G642

A

1006-9372 （2012）01-0132-06

2011-11-18；

2012-01-09.

中南大學(xué)教改課題“數(shù)字化地學(xué)高質(zhì)量應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系研究”。

張寶一，男，講師，主要從事地理信息系統(tǒng)應(yīng)用工程的教學(xué)和研究工作。

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