基于地理信息系統的地質實習教學改革研究

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、多相流運動規律方面的研究。

摘要：工程地質是水利水電工程一門重要的專業基礎課。不同于水利類其他專業課，工程地質由于實踐性較強，野外地質實習對于提高學生的實踐能力極為重要。然而，傳統的野外地質實習作業還依賴于手繪，無法跟上目前自動化、信息化作業的步伐。本文將地理信息系統與野外實習相結合，完成學生手繪作業向電子化作業的轉變。這不僅能夠高效完成實習路線剖面圖的繪制，還能夠讓學生熟悉地質調查的電子化辦公過程，培養和提升學生地質調查整理、分析、繪圖的能力，為以后從事相關工作奠定基礎。

關鍵詞：工程地質；地質實習；地理信息系統；教學改革

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

工程地質是一門以地質學為理論基礎，服務于人類工程建設活動的一門地質學科。不同于傳統的數學、力學學科，工程地質是一門實踐性很強的學科，著重解決與工程規劃、設計、施工與運行有關的工程安全評價涉及的地質問題。作為水利水電工程本科專業一門重要的專業基礎課，不同于其他的專業基礎課，工程地質課程的教學分為課內基礎理論教學和野外地質實習教學兩部分。課堂教學主要基于已有的教材，講解關于巖石礦物、巖石、地質構造、地質作用、地下水、巖體工程特性、大壩、隧洞、邊坡等知識。而野外地質實習主要進行巖石、地質構造的辨識，了解、掌握不同的地質作用、地下水作用對工程巖體結構的影響，并初步建立水利水電工程地質條件的分析與評價能力。

由此可知，野外地質實習是工程地質相關專業中必不可少的實踐性教學環節。武漢大學水利水電學院工程地質教研室是在原武漢水利電力學院工程地質教研室的基礎上發展起來的，經過近六十年的建設，已形成了系統完整的課程教學體系與地質實習。然而，由于受各種條件限制，實習教學中仍存在不足之處。實習過程中教學設備還處于八、九十年代水平，實習區域地形圖長久沒有得到更新，無法反應當前的地形地貌；學生的內業還是依賴于手繪，無法跟上目前自動化、信息化作業的步伐。

就目前三峽秭歸地質實習而言，該實習區域地形圖較為陳舊、分辨率低且模糊不清，加之近年該區域工程建設頻繁，因此容易產生識別誤差；同時，學生需要購買地形圖，實習過程中學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等專業地理信息處理軟件，完成實習路線地質剖面圖的繪制。將地理信息系統與實習過程相結合，不僅能夠將地質調查的手繪向電子化辦公的轉變，提高工作效率，而且能夠全方位、多視角地對基本工程地質、環境水文地質、地質災害預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開展地質實習內業電子化，不僅能夠相對精確地反映當前的地形地貌特征，而且便于學生及時查找路線，辨別地質情形，同時還能夠減少學生開支、減少實習過程中的載重負擔。

二、基于GoodyGIS教改方案

目前地質實習過程中，學生根據GPS記錄的點坐標以及該點的地形地貌、地層巖性、水文地質等其他地質現象，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軟件想結合，不僅能夠高效完成路線剖面圖的繪制，還能夠讓學生熟悉地質調查的計算機信息處理過程，為以后從事相關工作奠定基礎。GoodyGIS是一款基于谷歌地球API開發的應用軟件，旨在擴展谷歌地球的應用，輔助獲取數據，提高工作效率，可自動生成用戶指定區域CAD等高線，用戶指定路線的地形斷面圖。

（一）教改對象

1.實習區域地理信息的收集、整理。系統收集三峽秭歸縣實習區域的地形地貌、地層巖性等地質信息，并錄入地理信息系統。

2.GoodyGIS與Auto CAD軟件的培訓與應用。開展學生實習前的培訓輔導工作，熟悉采用地理信息系統查詢實習觀測點的地質信息，熟悉采用GoodyGIS與Auto CAD軟件繪制地質剖面。

（二）教改目標

1.形成集一整套基于地理信息系統的地質實習電子教案與相關電子資源，形成一個具有較強實力的地質實習計算機信息化教學團隊。

2.通過將谷歌地球、GoodyGIS和Auto CAD相結合，培養學生在野外地質實習過程中電子信息化處理、使用能力，從而提升地質調查資料整理、分析的能力與效率。

（三）擬解決的主要問題

三峽秭歸實習區域的地形地貌電子化信息系統的收集，涉及到地質年代、地層巖性、水文地質、環境地質、地質災害與防治等一系列數據的收集工作。電子資料的豐富及詳實與否，直接決定了地質實踐教學活動的效果。

（四）項目的預期成果形式

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

三、三峽茅坪-鏈子崖實習路線

針對水利水電學院全院本科生（大三上學期），

將學生地質調查資料的整理、分析與繪圖從手繪向電腦繪圖的轉變，不僅提高地質實習內業整理效率，節省實踐教學活動經費開支，而且能夠形成一個具有較強實力的地質實習計算機信息化教學團隊，最終提高學生地質調查整理、分析、繪圖的能力。

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

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

2.將GPS坐標與GoodyGIS生成的路線剖面圖一一對應

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

四、結論

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

實習區域的電子化信息收集工作，涉及地形、地質等方方面面的工作，任務繁重。為此，將教研室已有的紙質版地形圖電子化，然后將該信息與谷歌地球信息對比、結合，在更新校正原有地形圖的基礎上，形成新的較為合理反映當前地形地貌的電子版地形圖；同時將地質年代、地層界限、地層巖性、特殊地質現象描述與電子版地形圖相結合，形成實習區域電子信息系統的核心文件。

（作者單位：武漢大學水利水電學院）

參考文獻：

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