基于地理信息系統(tǒng)的地質(zhì)實習(xí)教學(xué)改革研究

作者簡介：胡冉（1985-），男，漢，湖北崇陽人，講師，博士，研究方向：巖土多場耦合理論分析、多相流運動規(guī)律方面的研究。

摘要：工程地質(zhì)是水利水電工程一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。不同于水利類其他專業(yè)課，工程地質(zhì)由于實踐性較強，野外地質(zhì)實習(xí)對于提高學(xué)生的實踐能力極為重要。然而，傳統(tǒng)的野外地質(zhì)實習(xí)作業(yè)還依賴于手繪，無法跟上目前自動化、信息化作業(yè)的步伐。本文將地理信息系統(tǒng)與野外實習(xí)相結(jié)合，完成學(xué)生手繪作業(yè)向電子化作業(yè)的轉(zhuǎn)變。這不僅能夠高效完成實習(xí)路線剖面圖的繪制，還能夠讓學(xué)生熟悉地質(zhì)調(diào)查的電子化辦公過程，培養(yǎng)和提升學(xué)生地質(zhì)調(diào)查整理、分析、繪圖的能力，為以后從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)；地質(zhì)實習(xí)；地理信息系統(tǒng)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642文獻標志碼：A文章編號：2095-9214（2016）02-0078-02

一、引言

工程地質(zhì)是一門以地質(zhì)學(xué)為理論基礎(chǔ)，服務(wù)于人類工程建設(shè)活動的一門地質(zhì)學(xué)科。不同于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)、力學(xué)學(xué)科，工程地質(zhì)是一門實踐性很強的學(xué)科，著重解決與工程規(guī)劃、設(shè)計、施工與運行有關(guān)的工程安全評價涉及的地質(zhì)問題。作為水利水電工程本科專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，不同于其他的專業(yè)基礎(chǔ)課，工程地質(zhì)課程的教學(xué)分為課內(nèi)基礎(chǔ)理論教學(xué)和野外地質(zhì)實習(xí)教學(xué)兩部分。課堂教學(xué)主要基于已有的教材，講解關(guān)于巖石礦物、巖石、地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)作用、地下水、巖體工程特性、大壩、隧洞、邊坡等知識。而野外地質(zhì)實習(xí)主要進行巖石、地質(zhì)構(gòu)造的辨識，了解、掌握不同的地質(zhì)作用、地下水作用對工程巖體結(jié)構(gòu)的影響，并初步建立水利水電工程地質(zhì)條件的分析與評價能力。

由此可知，野外地質(zhì)實習(xí)是工程地質(zhì)相關(guān)專業(yè)中必不可少的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。武漢大學(xué)水利水電學(xué)院工程地質(zhì)教研室是在原武漢水利電力學(xué)院工程地質(zhì)教研室的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，經(jīng)過近六十年的建設(shè)，已形成了系統(tǒng)完整的課程教學(xué)體系與地質(zhì)實習(xí)。然而，由于受各種條件限制，實習(xí)教學(xué)中仍存在不足之處。實習(xí)過程中教學(xué)設(shè)備還處于八、九十年代水平，實習(xí)區(qū)域地形圖長久沒有得到更新，無法反應(yīng)當前的地形地貌；學(xué)生的內(nèi)業(yè)還是依賴于手繪，無法跟上目前自動化、信息化作業(yè)的步伐。

就目前三峽秭歸地質(zhì)實習(xí)而言，該實習(xí)區(qū)域地形圖較為陳舊、分辨率低且模糊不清，加之近年該區(qū)域工程建設(shè)頻繁，因此容易產(chǎn)生識別誤差；同時，學(xué)生需要購買地形圖，實習(xí)過程中學(xué)生需要攜帶地形圖也有一定不便。

本文在谷歌地球可視化地形圖的條件下，采用GoodyGIS和Auto CAD等專業(yè)地理信息處理軟件，完成實習(xí)路線地質(zhì)剖面圖的繪制。將地理信息系統(tǒng)與實習(xí)過程相結(jié)合，不僅能夠?qū)⒌刭|(zhì)調(diào)查的手繪向電子化辦公的轉(zhuǎn)變，提高工作效率，而且能夠全方位、多視角地對基本工程地質(zhì)、環(huán)境水文地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測與防治等方面進行深入的了解。

基于谷歌地球，采用地理信息化系統(tǒng)開展地質(zhì)實習(xí)內(nèi)業(yè)電子化，不僅能夠相對精確地反映當前的地形地貌特征，而且便于學(xué)生及時查找路線，辨別地質(zhì)情形，同時還能夠減少學(xué)生開支、減少實習(xí)過程中的載重負擔。

二、基于GoodyGIS教改方案

目前地質(zhì)實習(xí)過程中，學(xué)生根據(jù)GPS記錄的點坐標以及該點的地形地貌、地層巖性、水文地質(zhì)等其他地質(zhì)現(xiàn)象，在坐標紙上通過手繪出路線剖面圖。在手繪過程中，剖面圖的修改非常不便，而且手繪的圖例也參差不齊。通過將GoodyGIS和Auto CAD軟件想結(jié)合，不僅能夠高效完成路線剖面圖的繪制，還能夠讓學(xué)生熟悉地質(zhì)調(diào)查的計算機信息處理過程，為以后從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。GoodyGIS是一款基于谷歌地球API開發(fā)的應(yīng)用軟件，旨在擴展谷歌地球的應(yīng)用，輔助獲取數(shù)據(jù)，提高工作效率，可自動生成用戶指定區(qū)域CAD等高線，用戶指定路線的地形斷面圖。

（一）教改對象

1.實習(xí)區(qū)域地理信息的收集、整理。系統(tǒng)收集三峽秭歸縣實習(xí)區(qū)域的地形地貌、地層巖性等地質(zhì)信息，并錄入地理信息系統(tǒng)。

2.GoodyGIS與Auto CAD軟件的培訓(xùn)與應(yīng)用。開展學(xué)生實習(xí)前的培訓(xùn)輔導(dǎo)工作，熟悉采用地理信息系統(tǒng)查詢實習(xí)觀測點的地質(zhì)信息，熟悉采用GoodyGIS與Auto CAD軟件繪制地質(zhì)剖面。

（二）教改目標

1.形成集一整套基于地理信息系統(tǒng)的地質(zhì)實習(xí)電子教案與相關(guān)電子資源，形成一個具有較強實力的地質(zhì)實習(xí)計算機信息化教學(xué)團隊。

2.通過將谷歌地球、GoodyGIS和Auto CAD相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生在野外地質(zhì)實習(xí)過程中電子信息化處理、使用能力，從而提升地質(zhì)調(diào)查資料整理、分析的能力與效率。

（三）擬解決的主要問題

三峽秭歸實習(xí)區(qū)域的地形地貌電子化信息系統(tǒng)的收集，涉及到地質(zhì)年代、地層巖性、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害與防治等一系列數(shù)據(jù)的收集工作。電子資料的豐富及詳實與否，直接決定了地質(zhì)實踐教學(xué)活動的效果。

（四）項目的預(yù)期成果形式

實踐教學(xué)改革研究報告一份；教改實施的具體方案/步驟一份；集實習(xí)區(qū)域地理信息系統(tǒng)、應(yīng)用軟件（谷歌地球、GoodyGIS和Auto CAD）在實習(xí)過程中的引用指南等一整套教學(xué)教案；

三、三峽茅坪-鏈子崖實習(xí)路線

針對水利水電學(xué)院全院本科生（大三上學(xué)期），

將學(xué)生地質(zhì)調(diào)查資料的整理、分析與繪圖從手繪向電腦繪圖的轉(zhuǎn)變，不僅提高地質(zhì)實習(xí)內(nèi)業(yè)整理效率，節(jié)省實踐教學(xué)活動經(jīng)費開支，而且能夠形成一個具有較強實力的地質(zhì)實習(xí)計算機信息化教學(xué)團隊，最終提高學(xué)生地質(zhì)調(diào)查整理、分析、繪圖的能力。

圖1給出了基于GoodyGIS和Auto CAD作業(yè)得到的三峽茅坪-鏈子崖實習(xí)路線地質(zhì)剖面圖。實習(xí)小組通過以下若干步驟便可得到該地質(zhì)剖面圖，如下所示：

1.記錄沿途測點的GPS坐標，記錄該點的工程地質(zhì)（巖性、巖層界限、巖體工程特性）、水文地質(zhì)特性

2.將GPS坐標與GoodyGIS生成的路線剖面圖一一對應(yīng)

3.基于GoodyGIS路線剖面圖與沿途記錄的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)特性，采用Auto CAD繪制沿線地質(zhì)剖面圖。

四、結(jié)論

將地理信息系統(tǒng)與谷歌地球相結(jié)合，可以精確地反映當前的地形地貌特征，便于學(xué)生及時查找路線，辨別地質(zhì)情形；另一方面，將GoodyGIS和Auto CAD軟件想結(jié)合，能夠高效完成路線剖面圖的繪制，還能夠讓學(xué)生熟悉地質(zhì)調(diào)查的電子化辦公過程，培養(yǎng)和提升學(xué)生地質(zhì)調(diào)查整理、分析、繪圖的能力，為以后從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。

實習(xí)區(qū)域的電子化信息收集工作，涉及地形、地質(zhì)等方方面面的工作，任務(wù)繁重。為此，將教研室已有的紙質(zhì)版地形圖電子化，然后將該信息與谷歌地球信息對比、結(jié)合，在更新校正原有地形圖的基礎(chǔ)上，形成新的較為合理反映當前地形地貌的電子版地形圖；同時將地質(zhì)年代、地層界限、地層巖性、特殊地質(zhì)現(xiàn)象描述與電子版地形圖相結(jié)合，形成實習(xí)區(qū)域電子信息系統(tǒng)的核心文件。

（作者單位：武漢大學(xué)水利水電學(xué)院）

參考文獻：

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