數(shù)字礦山任務(wù)驅(qū)動(dòng)地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)

王 政，趙雪嬌，田桂娥

(河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北唐山063009)

數(shù)字礦山任務(wù)驅(qū)動(dòng)地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)

王 政，趙雪嬌，田桂娥

(河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北唐山063009)

數(shù)字礦山;地理信息系統(tǒng);教學(xué)法

“地理信息系統(tǒng)”課程教學(xué)理論知識(shí)點(diǎn)多、信息量大、抽象性強(qiáng)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以滿足該課程的需求。地理信息系統(tǒng)技術(shù)是數(shù)字礦山建設(shè)的核心內(nèi)容，其建設(shè)過(guò)程貫穿地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)過(guò)程。分配數(shù)字礦山建設(shè)的任務(wù)于GIS課程教學(xué)過(guò)程，然后逆向講解課程理論，對(duì)教學(xué)效果的提高達(dá)到事半功倍的作用。

地理信息系統(tǒng)作為一門科學(xué)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、航天技術(shù)、遙感技術(shù)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，誕生于地球科學(xué)、信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的邊緣處［1］。地理信息系統(tǒng)又是一門技術(shù)，是一門面向地理空間數(shù)據(jù)處理的一種計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)，它能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行采集、編輯、存儲(chǔ)、分析和輸出［2］?！暗乩硇畔⑾到y(tǒng)”作為地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)本科專業(yè)的核心課程，從技術(shù)角度上講述處理地理空間數(shù)據(jù)的基本理論、方法和實(shí)踐。該課程具有較強(qiáng)的綜合性，同時(shí)，學(xué)科與技術(shù)的交叉和多學(xué)科集成使得該課程具有知識(shí)點(diǎn)多、信息量大、空間抽象性強(qiáng)、分析功能豐富和更新速度快等特點(diǎn)［3-5］。因此，“黑板 +粉筆”以說(shuō)教為主的傳統(tǒng)教學(xué)方法在該課程教學(xué)中有其局限性［6］。

數(shù)字礦山是在統(tǒng)一的時(shí)空框架下，對(duì)真實(shí)礦山整體及其相關(guān)現(xiàn)象數(shù)據(jù)資源整合，進(jìn)行統(tǒng)一理解、表達(dá)與數(shù)字化再現(xiàn)［7，8］。這些工作都可以使用地理信息系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。因此，可以使用數(shù)字礦山工程驅(qū)動(dòng)“地理信息系統(tǒng)”教學(xué)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)可以加深學(xué)生對(duì)抽象概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)［9］。本文重點(diǎn)闡述地理空間數(shù)據(jù)采集部分。

一、“地理信息系統(tǒng)”主要教學(xué)內(nèi)容

“地理信息系統(tǒng)”的教學(xué)，主要分為三部分［3］:第一部分基本概念和理論，解決地理信息系統(tǒng)“是什么”和“為什么”的問(wèn)題，包括地理信息系統(tǒng)的概念內(nèi)涵與外延、空間數(shù)據(jù)模型、空間參考和地圖投影;第二部分地理信息系統(tǒng)功能，解決地理信息系統(tǒng)在地理空間數(shù)據(jù)處理流程中“怎么辦”的問(wèn)題，包括空間數(shù)據(jù)獲取與處理、空間數(shù)據(jù)管理、空間數(shù)據(jù)查詢與分析、空間建模、空間數(shù)據(jù)輸出和顯示;第三部分是前兩個(gè)部分的擴(kuò)展與提高，解決地理信息系統(tǒng)的綜合應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題。

本文結(jié)合我校礦業(yè)學(xué)科背景，按照GIS要“走向邊緣去發(fā)展”的思路［1］，根據(jù)數(shù)字礦山的建設(shè)過(guò)程和特點(diǎn)，把數(shù)字礦山工程建設(shè)的各階段分解為若干任務(wù)，貫穿到“地理信息系統(tǒng)”教學(xué)的三部分中，用這些任務(wù)驅(qū)動(dòng)“地理信息系統(tǒng)”課程教學(xué)。

二、數(shù)字礦山數(shù)據(jù)采集模式分析

數(shù)字礦山是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以按照?qǐng)D1所示的分類方法劃分為采集系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)和核心系統(tǒng)五部分，其中采集系統(tǒng)是數(shù)字礦山建設(shè)的“保障”，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理與更新［10］。

礦山數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛，包括礦山測(cè)量部門的測(cè)量數(shù)據(jù)、一線儀器設(shè)備的傳感數(shù)據(jù)、地質(zhì)勘探部門的原始勘探數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)部門、經(jīng)營(yíng)部門以及市場(chǎng)供求等文檔數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)格式多樣，有基于各種數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，有基于文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件、文本文件和圖形文件，還有其他網(wǎng)絡(luò)文件。其中圖形文件大部分來(lái)源于掃描輸入的BMP格式的圖形文件，稱之為專題地圖數(shù)據(jù)。在GIS中地圖數(shù)據(jù)的采集，通常采用掃描矢量化的方法，該方法是“地理信息系統(tǒng)”空間數(shù)據(jù)采集眾多方法中的一種重要的方法。

圖1 數(shù)字礦山的基本組成

三、“地理信息系統(tǒng)”空間數(shù)據(jù)采集教學(xué)案例設(shè)計(jì)

GIS空間數(shù)據(jù)采集方法很多，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)源選擇不同的采集方法，在圖2中列舉了幾種常見(jiàn)的空間數(shù)據(jù)采集方法［2］?？臻g數(shù)據(jù)采集的基本內(nèi)容可以分為四步，空間數(shù)據(jù)采集、空間數(shù)據(jù)編輯處理、質(zhì)量評(píng)價(jià)和數(shù)據(jù)入庫(kù)。在該過(guò)程中數(shù)字礦山的專題地圖數(shù)據(jù)采集任務(wù)被引入到教學(xué)案例設(shè)計(jì)中。

圖2 空間數(shù)據(jù)采集的基本內(nèi)容

數(shù)字礦山地圖數(shù)據(jù)采集使用掃描數(shù)字化的方法。首先把礦山專題地圖掃描到電腦中，形成柵格文件。該柵格數(shù)據(jù)文件經(jīng)過(guò)使用圖像處理軟件(如Photoshop)的除噪、使用GIS軟件(如ArcGIS)糾正、配準(zhǔn)等加工處理操作得到標(biāo)準(zhǔn)柵格數(shù)據(jù)。然后，再使用GIS軟件對(duì)獲取的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行屏幕跟蹤矢量化并對(duì)矢量化結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和處理(見(jiàn)圖3)。

圖3 地圖掃描矢量化的工作流程

四、總 結(jié)

數(shù)字礦山是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，把該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程分解為若干具體任務(wù)，在“地理信息系統(tǒng)”課程教學(xué)中精心設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，貫穿一些具有代表性的任務(wù)，然后逆向講解理論知識(shí)。這種教學(xué)法在日常教學(xué)中被廣泛使用，根據(jù)對(duì)使用該教學(xué)法授課的班級(jí)進(jìn)行調(diào)查，其結(jié)果顯示學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)更加感興趣，對(duì)課程的知識(shí)點(diǎn)理解更加深刻，學(xué)生動(dòng)手能力明顯提高。

［1］ 李德仁．發(fā)展我國(guó)GIS高等教育的思考［J］．測(cè)繪科學(xué)，2003，28(4):4-6．

［2］ 湯國(guó)安，劉學(xué)軍，閭國(guó)年，等．地理信息系統(tǒng)教程［M］．北京:高等教育出版社，2007．

［3］ 鄔倫，劉瑜，張晶，等．地理信息系統(tǒng)——原理、方法和應(yīng)用［M］．北京:科學(xué)出版社，2001．

［4］ 湯國(guó)安，周衛(wèi)．“地理信息系統(tǒng)”課程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］．地球信息科學(xué)，2005，7(2):65-69．

［5］ 彭鵬，謝光輝，李滿春．21世紀(jì)高師地理信息系統(tǒng)教學(xué)芻議［J］．湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2000，23(4):91-94．

［6］ 程彬．地理信息系統(tǒng)多媒體 CAI課件的研制［D］．吉林大學(xué)，2004．

［7］ 孫豁然，徐帥．論數(shù)字礦山［J］．金屬礦山，2007，(368):1-5．

［8］ 吳立新，汪云甲，丁恩杰，等．三論數(shù)字礦山——借力物聯(lián)網(wǎng)保障礦山安全與智能采礦［J］．煤炭學(xué)報(bào)，2012，37(3):357-365．

［9］ 李華蓉．工程驅(qū)動(dòng)下的GIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革［J］．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29(1):120-123．

［10］ 吳立新，殷作如，鐘亞平．再論數(shù)字礦山:特征、框架與關(guān)鍵技術(shù)［J］．煤炭學(xué)報(bào)，2003，28(1):1-7．

Study onDigital Mine Task-Driven in GIS Course Teaching

WANG Zheng，ZHAO Xue-jiao，TIAN Gui-e
(College Of Mining Engineering，Hebei United University，Tangshan Hebei 063009，China)

digital mine;Geographic Information System;teaching methods．

There exists so countless knowledge and information and abstract concepts in"geographic information systems"course teaching that the traditional teaching methods can not meet the basic needs of this course．Geographic information system technology is the core of digital mine construction，so its building process should run through the process of geographic information systems courses teaching process．To assign digital-mine constructive tasks in GIS course teaching process and then explain the theory on theoppositive way can do more with less on the teaching effect．

G642．4

A

2095-2708(2012)04-0127-02

2012-05-03

河北聯(lián)合大學(xué)教育教學(xué)改革基金項(xiàng)目