物探制圖類課程研究型課題的構(gòu)建與實踐

丁彥禮 呂玉增 程勃 熊彬 李靜和 羅潤林

摘 要：為了提高物探制圖類課程的教學(xué)效果、促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力，構(gòu)建了一系列的研究型小課題，使教學(xué)內(nèi)容不局限于書本和課堂，學(xué)生可以根據(jù)各自的情況自主學(xué)習(xí)，并可以對所選擇的內(nèi)容開展深入的學(xué)習(xí)。通過研究型小課題的自主探索學(xué)習(xí)，不但可以提高物探制圖類課程的教學(xué)效果，而且可以增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，進而培養(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：勘查技術(shù)與工程； 物探制圖； 研究型小課題； 研究型教學(xué)

中圖分類號：G640 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）08-0064-04

Abstract： To enhance teaching efficiency in the geophysical mapping courses， promote independent learning， develop the ability of students to explore and innovative spirit， authors building a series of research projects. It make the teaching content is not limited to textbook and class， and the students could select the research projects at their ability and learn more. Students study research projects through the independent learning and exploratory learning， not only enhance teaching efficiency in the geophysical mapping courses， but also strengthen the students' abilities of independent learning， and develop the students' ability of exploration and innovation.

Keywords： exploration technology and engineering； geophysical mapping； research projects； research-based teaching model

研究型教學(xué)是在綜合美國布魯納的“發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)模式”和瑞士皮亞杰的“認(rèn)知發(fā)展學(xué)說”的基礎(chǔ)上構(gòu)建的教學(xué)模式，通過研究與剖析科學(xué)原理形成過程為載體，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研究能力，是融知識傳授、能力培養(yǎng)和素質(zhì)提高為一體的創(chuàng)新教學(xué)模式[1]。

與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，研究型教學(xué)模式注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)問題并自己解決，通過研究型教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在學(xué)習(xí)中會遇到各種問題，而通過他自己去解決不僅能提升解決實際問題的能力，而且還能提高學(xué)生解決問題的成就感，激發(fā)學(xué)習(xí)的熱情，進而提升每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度并且提高學(xué)習(xí)的自主性。研究型教學(xué)模式嚴(yán)格來說并非是一種簡單的教學(xué)方式，更多的是一種全新的教學(xué)理念。在“教”與“學(xué)”的過程中注重研究，發(fā)揮學(xué)生的主體性，教師在教學(xué)中要求帶著研究去教，而學(xué)生又帶著研究去學(xué)，教師在教學(xué)中以學(xué)生為主體，同時設(shè)置不同的問題讓學(xué)生相互間通過合作解決遇到的問題，在學(xué)習(xí)的同時培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作能力，通過開展形式多樣的討論，參與式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生在探究中學(xué)習(xí)[2-4]。

目前，對于勘查技術(shù)與工程專業(yè)制圖類課程（物探制圖、GIS及在物探中的應(yīng)用和3S技術(shù)集成等）也存在傳統(tǒng)教學(xué)模式下存在的類似問題，而且由于勘查技術(shù)制圖類課程的學(xué)習(xí)過程還要貫穿實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、各類勘查數(shù)據(jù)的綜合利用、合理與有效的成圖以及數(shù)據(jù)圖件的綜合解譯等知識性、實踐性和邏輯性相融合的最終目標(biāo)[5]。因此，通過構(gòu)建研究型課題，開展研究型教學(xué)，可以發(fā)揮學(xué)生的主體作用，能夠讓學(xué)生主動、自主地去學(xué)習(xí)，讓他們在學(xué)習(xí)的過程中能夠更好地去提高知識性、實踐性和邏輯性相融合的能力，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)問題并自己解決，提升自主分析和解決工程實際問題的能力。簡而言之，通過研究型教學(xué)，教會學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，授人以漁而不僅僅是授人以魚。

一、物探制圖類教學(xué)方法和教學(xué)模式分析

為了查找物探制圖類課程以前在教學(xué)模式和教學(xué)方法上存在的問題，明確探制圖類課程的建設(shè)和改革方向，制定切實可行建設(shè)和改革措施，課題組對畢業(yè)校友進行了相關(guān)的問卷調(diào)查。對物探制圖類課程的教學(xué)方法和教學(xué)模式的調(diào)查結(jié)果如表1所示。

校友對該問題的反饋結(jié)果如下：（1）校友支持采用基于研究型課題的“翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式”所占比例為39.1%，校友支持采用基于制圖知識點的“翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式” 所占比例為31.2%，這兩項的總支持率為71.1%；（2）校友支持采用以高校傳統(tǒng)的課堂講座為主組織教學(xué)的模式僅占21.1%，即使采用中庸的以“傳統(tǒng)課堂教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式相結(jié)合”的教學(xué)模式也僅占6.88%。

因此，基于教學(xué)方法和教學(xué)模式的校友反饋，在物探制圖類課程中應(yīng)采用基于研究型課題和制圖知識點的“翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式”。因此教師必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的“以課堂講座為基本組織形式的講授法”，探索和組織注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的“研究型教學(xué)模式”和“翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式”，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高物探制圖課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

二、物探制圖類課程研究型課題構(gòu)建

所以，基于上面的調(diào)查分析，我們必須轉(zhuǎn)變觀念，探索和組織注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)的基于研究型課題和基于制圖知識點的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，并開發(fā)相應(yīng)的課程資源。目前，為了在物探制圖類課程中探索和實踐研究型教學(xué)，基于本專業(yè)現(xiàn)在開設(shè)的“物探制圖”、“GIS及在物探中的應(yīng)用”課程的教學(xué)實踐，整合和優(yōu)化了一些物探不同勘探方法和目的實際工程項目，構(gòu)建了一些研究型小課題，使教學(xué)內(nèi)容不局限于書本和課堂，學(xué)生可以根據(jù)各自的情況、興趣和愛好出發(fā)，選擇不同的學(xué)習(xí)對象和重點，并可以對所選擇的對象和重點開展深入的學(xué)習(xí)。

（一）“GIS及其在物探中的應(yīng)用”課程相關(guān)研究型課題

針對“GIS及其在物探中的應(yīng)用”課程的特點，構(gòu)建了以下一些研究型小課題（如表2）。

各研究型小課題的內(nèi)容和要求如下：

1. 圖框的繪制

給定一組包含圖幅號、圖幅起點經(jīng)緯度、任意經(jīng)緯度和公里網(wǎng)坐標(biāo)范圍、任意公里網(wǎng)坐標(biāo)值范圍的數(shù)據(jù)，依據(jù)設(shè)定的條件和要求，自主研究利用Mapgis和Section繪制地質(zhì)圖圖框，條件和要求如下：圖名、比例尺、圖框、圖例、責(zé)任表等。

2. 數(shù)據(jù)點投影

給定一組包含經(jīng)緯度坐標(biāo)、公里網(wǎng)坐標(biāo)和自定義坐標(biāo)數(shù)據(jù)，依據(jù)設(shè)定的條件和要求，自主研究利用Mapgis和Section投影繪制數(shù)據(jù)點位，條件和要求如下：數(shù)據(jù)點位圖、圖名、比例尺、圖框、圖例、責(zé)任表等。

3. 繪制地球物理等值線圖

給定一組包含標(biāo)準(zhǔn)公里網(wǎng)坐標(biāo)的物性數(shù)據(jù)和剖面自定義坐標(biāo)的物性數(shù)據(jù)，依據(jù)設(shè)定的條件和要求，自主研究利用Mapgis繪制各種類型的物性等值線圖，內(nèi)容要求如下：用GRD網(wǎng)格剖分法繪制公里網(wǎng)坐標(biāo)控制的等值線圖、用TIN剖分法繪制公里網(wǎng)坐標(biāo)控制的等值線圖、用GRD網(wǎng)格剖分法繪制任意坐標(biāo)控制的剖面等值線圖、用TIN剖分法繪制含地形的剖面等值線圖等。

4. 圖形裁剪

給定一組地質(zhì)圖和包含地形數(shù)據(jù)的物性斷面數(shù)據(jù)，依據(jù)設(shè)定的條件和要求，自主研究利用Mapgis和Section軟件進行圖形裁剪的方法，內(nèi)容要求如下：分別用兩種軟件對地質(zhì)圖進行裁剪并形成完成的地質(zhì)圖件（裁剪后要求編輯完善圖名、比例尺、圖框、圖例和責(zé)任表）；首先用GRD網(wǎng)格剖分法繪制物性等值線圖，在此基礎(chǔ)上，分別用兩種軟件裁剪出包含地形的斷面等值線圖。

5. 圖切剖面圖

給定一組地形地質(zhì)圖和物性等值線圖，依據(jù)設(shè)定的條件和要求，自主研究利用SECTION軟件進行圖切剖面，內(nèi)容要求如下：根據(jù)地質(zhì)地圖切一條地形地質(zhì)剖面，包含坐標(biāo)、地形、地層分層填充、地質(zhì)分界面、設(shè)計鉆孔等；根據(jù)物性等值線切一條任意物性曲線。

6. 鉆孔柱狀圖

給定一組鉆孔編錄記錄和數(shù)據(jù)，依據(jù)設(shè)定的以下條件和要求，自主研究利用SECTION軟件進行鉆孔柱狀圖的數(shù)據(jù)庫編制、自動投影鉆孔柱狀圖和物性柱狀圖，內(nèi)容要求如下：根據(jù)提供的鉆孔編錄記錄和數(shù)據(jù)，首先編輯鉆孔柱狀圖的數(shù)據(jù)庫，然后跟據(jù)鉆孔柱狀圖數(shù)據(jù)庫，自動投影生成鉆孔柱狀圖和物性柱狀圖。

（二）“3S技術(shù)集成”課程相關(guān)研究型課題

針對“3S技術(shù)集成”課程的特點，構(gòu)建了以下一些研究型小課題（如表3）。

各研究型小課題的內(nèi)容和要求如下：

1. 屏幕跟蹤矢量化

給定一幅基礎(chǔ)地形地質(zhì)圖，依據(jù)設(shè)定的條件和要求，自主研究利用Mapgis進行屏幕跟蹤矢量化的方法，通過屏幕跟蹤矢量化，掌握矢量化過程中常用的功能鍵、矢量化的流程、交互式矢量化和拓?fù)渥兓斎雲(yún)^(qū)等方法和步驟。

2. GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

給定一組同一測區(qū)幾個點的標(biāo)準(zhǔn)WGS84坐標(biāo)、北京54坐標(biāo)、西安80坐標(biāo)的坐標(biāo)值，依據(jù)設(shè)定的條件和要求，在學(xué)習(xí)地圖制圖基本知識的基礎(chǔ)上，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件，計算幾種坐標(biāo)系統(tǒng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，并對該測區(qū)的其它一些坐標(biāo)點進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

3. 利用Google地球進行踏勘和繪制工作布置圖

給定一個工作設(shè)計，首先研習(xí)Google地球的基本應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用Google地球進行數(shù)字踏勘，截取工作區(qū)域的衛(wèi)星圖像并分析撰寫工作區(qū)域交通位置圖、地形概貌等內(nèi)容，然后根據(jù)工作設(shè)計方案，在Google地球上布置工作布置圖，并截取相關(guān)工作布置圖像。

4. 影像文件的配準(zhǔn)與融合

給定一副TIF或JPG格式的圖像文件，首先把圖像文件轉(zhuǎn)換為MSI影像文件；其次根據(jù)給定的GPS坐標(biāo)控制點，對影像文件的鑲嵌配準(zhǔn)；然后再根據(jù)轉(zhuǎn)換的影像文件范圍投影變化出圖框文件，把圖框文件跟影像文件進行套合輸出，最會對套合輸出的影像文件進行矢量化。

5. 圖形變換

給定一組6°帶MAPGIS工程文件，首先研究學(xué)習(xí)3°帶與6°帶的定義及計算方法；其次根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)把6°帶工程文件轉(zhuǎn)換成3°帶工程文件；然后再把3°帶工程文件轉(zhuǎn)換回6°帶工程文件；最后研究把3°帶或6°帶工程文件轉(zhuǎn)換成比例尺的文件。

6. 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

給定一組AutoCAD數(shù)據(jù)與MAPGIS數(shù)據(jù)，分別把AutoCAD數(shù)據(jù)與MAPGIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成MAPGIS數(shù)據(jù)與AutoCAD數(shù)據(jù)文件，并對轉(zhuǎn)換后不合理的圖元文件進行編輯操作。

（三）“物探制圖”課程相關(guān)研究型課題

針對“物探制圖”課程的特點，構(gòu)建了以下一些研究型小課題（如表4）。

各研究型小課題的內(nèi)容和要求如下：

1. CAD基本繪圖技能

以一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)圖為例，首先自主研究，嘗試?yán)L制各個圖形，在此基礎(chǔ)上，課堂討論相關(guān)圖形的繪圖方法和成圖技巧，依此掌握CAD繪圖的基本操作和相關(guān)繪圖技巧。

2. 利用CAD繪制物探材料及成果圖

給定一個物探實例的設(shè)計方案和工程勘查地質(zhì)底圖，要求完成以下物探圖件元素：（1）圖名、比例尺、圖例、責(zé)任表、物探測線及編號、測線布置說明；（2）物探推斷成果繪制（如斷裂破碎帶、巖性分界、塌陷、巖溶發(fā)育區(qū)等假想成果）。

3. 利用CAD繪制地質(zhì)斷面圖

給定一個物探推斷的地質(zhì)斷面圖實例，依據(jù)設(shè)定的以下條件和要求，自主研究繪制地質(zhì)斷面圖。條件和要求如下：A4圖幅、高程圖例、地形、地層分層、地層標(biāo)準(zhǔn)圖例填充、物探推斷成果（如斷裂破碎帶、巖性分界面、塌陷、巖溶發(fā)育區(qū)等假象成果）、鉆孔設(shè)計、圖例、責(zé)任表等。

4. Grapher繪制物探曲線圖

給定一組包含電阻率剖面、測深和地震時距數(shù)據(jù)表，依據(jù)設(shè)定的以下條件和要求，自主研究用Grapher繪制各種曲線圖。條件和要求如下：繪制電阻率剖面曲線（要求用等間距坐標(biāo)和對數(shù)坐標(biāo)分別繪制）、電阻率測深曲線（要求用雙對數(shù)坐標(biāo)繪制）、地震時距曲線圖（要求繪制相遇追逐時距曲線）。

5. Surfer繪制平面等值線圖

給定一組二維數(shù)據(jù)，依據(jù)設(shè)定的以下條件和要求，自主研究用Surfer繪制各種等值線圖。條件和要求如下：根據(jù)數(shù)據(jù)范圍繪制等值線圖、采用白化方法繪制倒三角形狀的等值線圖。

6. Voxler繪制三維及相關(guān)效果圖

給定一組三維數(shù)據(jù)，依據(jù)設(shè)定的以下條件和要求，自主研究用Voxler繪制三維圖及相關(guān)效果圖。條件和要求如下：繪制三維圖框、三維點位、三維等值、三維切面綜合、三維溶解、三維等勢面圖及相關(guān)組合效果圖。

（四）制圖綜合研究型課題

分別就工程物探和礦產(chǎn)物探實際工程項目構(gòu)建了兩個研究型小課題（如表5）。

各研究型小課題的內(nèi)容和要求如下：

1. 工程物探數(shù)據(jù)的綜合繪圖與對比

給定一組工程物探數(shù)據(jù)文件，分別基于CAD及相關(guān)軟件和MAPGIS軟件完成完整工程物探報告圖件的繪制，并對比優(yōu)缺點。圖件要求如下：實際材料圖、物探曲線圖、推斷地質(zhì)斷面圖、綜合解釋成果圖。

2. 礦產(chǎn)物探數(shù)據(jù)的綜合繪圖與對比

給定一組礦產(chǎn)物探數(shù)據(jù)文件，分別基于CAD及相關(guān)軟件和MAPGIS軟件完成完整礦產(chǎn)物探報告圖件的繪制，并對比優(yōu)缺點。圖件要求如下：實際材料圖、物探曲線圖、推斷地質(zhì)斷面圖、綜合解釋成果圖。

三、結(jié)束語

物探制圖類課程是勘查技術(shù)與工程專業(yè)課程教學(xué)體系的重要組成部分，物探圖件的質(zhì)量是學(xué)生動手能力和工程實踐能力的重要體現(xiàn)[6]。我?？辈榧夹g(shù)與工程專業(yè)一直把培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和工程實踐能力的高級工程技術(shù)人才作為專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，通過科學(xué)制定教學(xué)模式和教學(xué)方法，建立基于研究型教學(xué)課題的制圖類課程教學(xué)實施方案，不但可以提高物探制圖類課程的教學(xué)效果，而且可以增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，進而培養(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)新能力。

參考文獻：

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