例談QGIS 軟件在工程地質教學中的應用
——以等高線地形圖專題繪制為例

張賽 華雯婷 姜文正

(1.青島城市學院,山東青島 266000;2.山東青島第十九中學,山東青島 266000)

1 工程地質課程概述

工程地質是土木工程專業核心課程,是地質學的分支學科,屬土木工程專業課程體系中的理論必修課,主要內容是分析研究地質環境與工程活動及其相互作用,囊括工程巖土學、地質分析和地質勘探等范疇的理論與實踐內容[1]。通過課程學習,學生能夠建立基礎地質及工程地質的基本概念和基本理論知識體系,掌握分析和解決土木工程地質問題的有效方法,能夠基本具備有效解決土木工程在勘察、設計、施工和運營管理中的相關地質問題的能力,形成執行野外實踐活動項目的基本素養。

2 教育信息技術輔助教學

2019年2月國務院印發《中國教育現代化2035》,明確指出“利用現代技術加快推動人才培養模式改革,實現規?；逃c個性化培養的有機結合”[2]。2020年10月國務院印發《深化新時代教育評價改革總體方案》,強調指出“要加快智慧校園、智慧教室、智慧場所建設,為教師、學生、學校等主體以及教育教學、教育管理等各環節賦能”[3]。

隨著信息技術的迅速發展,越來越多的技術元素融入課堂教學,并逐步發展成為教育教學的必備輔助,人機結合的教學模式必將成為未來教學的常態化形態貯存。信息技術理解、操作能力,將成為教師職業核心素養的重要組成。

3 QGIS軟件在工程地質教學中的應用

3.1 軟件概述

3.1.1 基礎介紹

QGIS是一款免費的開源地理信息系統應用軟件,具備輕量級、多平臺、可視化的特點,能夠綜合處理多維數據信息[4]。軟件可直接在官網下載,再對學校計算機功能教室電腦進行安裝,便可投入課堂教學使用。

3.1.2 操作界面

界面上方分別是菜單欄、工具欄,用于選取軟件各類操作指令功能。界面左側上方是瀏覽欄,顯示各類項目式數據的文件夾;左側下方是圖層,顯示圖層順序及標識。界面右側是數據顯示區域,呈現編輯操作內容。界面下方是狀態欄,能夠呈現位置的坐標、比例尺、渲染、坐標系等數據。如圖1所示。

圖1 QGIS 軟件操作界面Fig.1 QGIS software operation interface

3.2 案例分析《等高線地形圖專題繪制》

等高線地形圖是工程地質課程中核心的工具性專題地圖,搭載各類基礎性的地形、地質條件,對工程活動實施具有重要作用。筆者以等高線地形圖專題繪制為例,簡要介紹QGIS軟件在教學中的實際應用,以期為現代教育信息技術輔助教學提供參考案例。

3.2.1 區域選擇

選擇某區域DEM數據,明確數據源的坐標系類型,可利用高德地圖進行區域匹配定位,也可利用“Quick Map Service”直接接入互聯網地圖底圖。選取時,注意柵格單位與極值,便于矢量數據在表達時的呈現。如圖2所示。

圖2 區域DEM 數據圖導入高德地圖底圖Fig.2 Base map of importing regional DEM data map into Gaode map

3.2.2 提取等高線

選取菜單欄中“柵格—提取—等值線”。具體項目中,“等值線間隔”即為等高線地形圖中的等高距,每幅地圖該數值為固定值。根據實際區域范圍內的高差值進行設定,該數值的大小會直接影響等高線地形圖中的等值線的疏密程度。再將“等值線”文件保存至相應文件夾內,點擊“運行”即完成提取區域內設定的等高線。

3.2.3 設置等高線格式

打開“圖層樣式”面板,選中等高線后,可設置其顏色、線型、寬度等屬性。根據地圖學相關規定,基本等高線(又首曲線),設置為線寬0.15mm的細實線,加粗等高線(又計曲線),設置為線寬0.3mm的實線。更加直觀呈現區域地形地貌的基本特征。

3.2.4 標注等高線高程

打開“單一標注”選項,可設置字體、字號、樣式、顏色等屬性?？衫帽磉_式在數值后添加“m”,即運用字符串輸入“//‘m’”。再利用“注釋”選項,可設置高程在等高線的位置屬性。如圖3所示。

圖3 等高線地形圖及圖層疊加效果圖Fig.3 Contour topographic map and layer overlay effect

3.2.5 疊加多樣圖層設置

基于繪制的等高線圖,可進行圖層疊加,構建等高線地形圖的多元表達形式。例如,疊加高德地圖的遙感影像圖,直觀表達區域的地形特征。再如,疊加DEM分層設色圖,可得到分層設色地形圖。除圖層疊加外,QGIS軟件還能實現3D立體地形繪制,可利用“Three JS”插件,對于基礎數據的分析處理,渲染得到等高線地形圖的立體圖像。

3.2.6 導出專題地圖

選取菜單欄中“項目—導出—導出為圖片”。具體圖片格式項目中,可設置輸出寬度、輸出高度、分辨率等屬性,勾選“附加注釋信息”可利于后期對圖像的再次加工處理,點擊“確定”即可導出等高線地形圖的圖片格式。

4 課程建設展望

黨的十九大指出,建設教育強國是中華民族偉大復興的基礎性工程,要深化教育改革,加快教育現代化,推進“互聯網+教育”建設,為高校課程發展帶來發展新機遇。

工程地質課程以地質理論和工程實踐為核心,注重理論知識、實踐能力、專業素養多維度培養土木工程創新型人才。展望新時代的課程發展,應逐步實現教學提升:第一,轉變課堂教學模式。積極探索融合信息技術的數字化教與學,構建符合學生認知規律的新型教學組織形式,注重學生專業素養的可持續性提升。第二,搭建課程資源數據庫。整合線上與線下的多元教學資源,利用互聯網公共教育共享資源,完善開源化教學資源庫建設,構建的網絡資源教學形式新常態。第三,提升教學軟硬件設備。逐步完善課程配套軟硬件設備,爭取教育教學專項資金保障,促進高校教育治理方式變革,讓廣大學生成為信息化教學資源的最大受益者。