李芳玉

中國石油大學(xué)(北京） 油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249

地質(zhì)工程專業(yè)GIS課程教學(xué)探討

李芳玉

中國石油大學(xué)(北京） 油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249

地質(zhì)工程專業(yè)的學(xué)生具有與GIS專業(yè)學(xué)生不同的專業(yè)基礎(chǔ)和不同的發(fā)展方向。本文結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐，從教學(xué)目標(biāo)、課程內(nèi)容、上機(jī)實(shí)踐等方面，對(duì)地質(zhì)工程專業(yè)GIS課程教學(xué)進(jìn)行了探討。

地質(zhì)工程；GIS；課程；教學(xué)

隨著GIS的快速發(fā)展，GIS在石油、地質(zhì)等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛越來越深入，GIS技術(shù)已被廣泛的用在地質(zhì)制圖、油氣勘探開發(fā)數(shù)據(jù)管理、油氣資源評(píng)價(jià)、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)、儲(chǔ)層建模、輸油輸氣管線的設(shè)計(jì)和管理等應(yīng)用當(dāng)中，GIS已經(jīng)成為輔助油氣勘探開發(fā)的一個(gè)重要工具，GIS技術(shù)也逐步成為地質(zhì)工作者必備的專業(yè)技能，所以在地質(zhì)工程專業(yè)開設(shè)GIS專業(yè)選修課具有重要的意義。

由于地質(zhì)工程專業(yè)的本科生不具備地理學(xué)、測(cè)繪學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)也比較薄弱，所以對(duì)于他們的培養(yǎng)目標(biāo)、課程內(nèi)容以及上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容與GIS本科專業(yè)都應(yīng)有所不同。在目前的GIS教學(xué)中主要存在的問題有:GIS教材眾多但多針對(duì)GIS專業(yè)，大多不適合地質(zhì)工程專業(yè)的學(xué)生；GIS教材中所舉應(yīng)用實(shí)例較少涉及地質(zhì)工程應(yīng)用領(lǐng)域；GIS涉及內(nèi)容廣泛而學(xué)生掌握知識(shí)面不夠；教學(xué)內(nèi)容多而學(xué)時(shí)相對(duì)少；上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容與專業(yè)應(yīng)用環(huán)節(jié)脫節(jié)等。針對(duì)這些問題有必要根據(jù)地質(zhì)工程專業(yè)的學(xué)生特點(diǎn)，進(jìn)一步明確教學(xué)目標(biāo)，并對(duì)GIS的課程內(nèi)容及上機(jī)實(shí)踐做相應(yīng)的調(diào)整以體現(xiàn)專業(yè)特色。

一、教學(xué)目標(biāo)

與GIS專業(yè)相比，非GIS專業(yè)受其專業(yè)特點(diǎn)限制，其教學(xué)的基本定位是緊密結(jié)合專業(yè)需求[1-2],教學(xué)的目的是面向GIS系統(tǒng)的應(yīng)用，主要是讓同學(xué)們掌握GIS基本概念、基本功能以及基本原理，熟悉常用GIS軟件，學(xué)會(huì)用GIS的手段分析解決專業(yè)領(lǐng)域問題。對(duì)于地質(zhì)工程專業(yè)GIS的教學(xué)目的在于使得學(xué)生通過學(xué)習(xí)該課程，掌握GIS的基本概念、功能和組成，掌握GIS的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，掌握地圖投影的基本原理，了解空間數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理，掌握空間數(shù)據(jù)的分析方法，熟悉常用GIS軟件，并能將GIS的原理與技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)工程領(lǐng)域當(dāng)中。在具體的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)充分考慮學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)和背景，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新組織，補(bǔ)充GIS在本專業(yè)中的作用和應(yīng)用并對(duì)實(shí)踐上機(jī)內(nèi)容進(jìn)行精選。

二、教學(xué)內(nèi)容組織

GIS是一門集計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、現(xiàn)代地理學(xué)、測(cè)繪遙感學(xué)、空間科學(xué)和管理科學(xué)等為一體的新興邊緣學(xué)科，學(xué)生學(xué)習(xí)本課程要求具備一定的地理學(xué)、測(cè)繪學(xué)(測(cè)量學(xué)、全球定位系統(tǒng)、遙感、地圖學(xué)、計(jì)算機(jī)制圖等)、計(jì)算機(jī)(軟件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、CAD等)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。但對(duì)于非GIS專業(yè)而言往往缺乏相應(yīng)的專業(yè)背景知識(shí)，并且學(xué)時(shí)相對(duì)也較少，為了解決這一矛盾上好GIS課程，首先應(yīng)針對(duì)學(xué)生的知識(shí)背景和專業(yè)的應(yīng)用需求對(duì)課程內(nèi)容做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和補(bǔ)充。

分析現(xiàn)有的GIS教材，主要有三大類:一類是面向GIS專業(yè)的，這類教材有的側(cè)重于地理學(xué)，強(qiáng)調(diào)地理事物的圖形和屬性表達(dá)，有的側(cè)重于數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)，強(qiáng)調(diào)算法和程序，這些教材全面、系統(tǒng)，內(nèi)容深入，并被GIS專業(yè)廣泛使用，但不完全適合非GIS專業(yè)；一類是針對(duì)軟件操作和應(yīng)用的，在理論中穿插軟件操作介紹，這類教材以軟件應(yīng)用為目的，內(nèi)容相對(duì)淺顯易懂，但缺乏地質(zhì)工程專業(yè)應(yīng)用實(shí)例；還有一類是針對(duì)GIS應(yīng)用較廣泛的領(lǐng)域，如人口、環(huán)境、城市等，這類教材中都介紹有大量的專業(yè)應(yīng)用實(shí)例，內(nèi)容結(jié)構(gòu)各有千秋，深淺不一，而在這些面向?qū)I(yè)應(yīng)用的教材中較少涉及石油、地質(zhì)等領(lǐng)域，另外有少量的數(shù)字油田方面的論著，但數(shù)字油田方面的論著主要是介紹各種油田相關(guān)的信息系統(tǒng)框架，往往并不系統(tǒng)介紹GIS原理與技術(shù)。

綜合考慮這些教材的優(yōu)缺點(diǎn)和針對(duì)性，筆者認(rèn)為對(duì)于地質(zhì)工程專業(yè)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置應(yīng)遵循基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性和面向應(yīng)用的基本原則，采用以GIS基本概念、功能和原理為主線，將地質(zhì)工程應(yīng)用實(shí)例貫穿其中的方式來組織課程內(nèi)容，對(duì)與學(xué)生專業(yè)背景無關(guān)以及學(xué)生理解有困難的內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)壓縮甚至刪減，而對(duì)與專業(yè)應(yīng)用直接相關(guān)部分內(nèi)容應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)充，從而滿足學(xué)時(shí)的要求。筆者參考了大量的GIS教材[3-7]及數(shù)字油田[8-10]方面的教材，并結(jié)合相關(guān)的科研項(xiàng)目，在充分考慮地質(zhì)工程學(xué)生專業(yè)背景的基礎(chǔ)上，面向?qū)I(yè)應(yīng)用對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了重新組織和補(bǔ)充，如表1所示。對(duì)于理論部分的深入程度可根據(jù)具體的學(xué)時(shí)在授課中靈活掌握。

三、上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容設(shè)置

上機(jī)實(shí)踐對(duì)于幫助學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)GIS的基本功能及提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力具有重要的作用，它是GIS課程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前GIS的實(shí)驗(yàn)教材雖然數(shù)量在不斷增長(zhǎng)，但大多針對(duì)GIS專業(yè)進(jìn)行設(shè)置，對(duì)于非專業(yè)的GIS課程則無通用教材，往往需要自己編寫。原因是這些針對(duì)GIS專業(yè)編寫的教材無論從軟件的選取，還是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的側(cè)重性，難易程度，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與專業(yè)的貼切性等，都無法與本專業(yè)對(duì)于GIS課程的培養(yǎng)目標(biāo)吻合，也不適合社會(huì)對(duì)本專業(yè)學(xué)生的需求。

對(duì)于非GIS專業(yè)首先應(yīng)根據(jù)專業(yè)應(yīng)用選擇適合的軟件，目前市面上流行的GIS軟件，國外的有ArcGIS、MapInfo等，國內(nèi)的有MapGIS、SuperMap等，對(duì)于地質(zhì)工程專業(yè)可選擇ArcGIS和MapGIS作為上機(jī)實(shí)踐軟件，因?yàn)槟壳霸谟吞锷线@兩個(gè)軟件應(yīng)用得最廣泛。上機(jī)實(shí)踐的學(xué)時(shí)設(shè)在10個(gè)學(xué)時(shí)比較合理，上機(jī)內(nèi)容設(shè)置的基本原則是既要與課堂理論知識(shí)緊密結(jié)合，又要考慮與專業(yè)應(yīng)用相結(jié)合。上機(jī)內(nèi)容的選取以GIS的基本功能為主線，與專業(yè)應(yīng)用的結(jié)合則體現(xiàn)在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的選取及試驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)上。另外，筆者在實(shí)踐教學(xué)中發(fā)現(xiàn)很多實(shí)習(xí)指導(dǎo)書中所用的術(shù)語與教材中所用的術(shù)語往往不一致，這樣會(huì)給學(xué)生造成概念上的混亂以及理論和實(shí)踐的脫節(jié)，所以在編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的時(shí)候還應(yīng)注意實(shí)習(xí)中出現(xiàn)的術(shù)語要盡量與課堂教學(xué)中所用的術(shù)語保持一致，或者要對(duì)學(xué)生明確。例如在數(shù)字高程模型中由離散點(diǎn)生成用規(guī)則格網(wǎng)表達(dá)的數(shù)字高程模型，在課堂理論的教學(xué)中把這個(gè)過程稱為規(guī)則格網(wǎng)的生成，而在很多實(shí)習(xí)指導(dǎo)書中則把其叫做柵格表面的生成；再例如課堂教學(xué)中所說的柵格數(shù)據(jù)的疊加在軟件中往往是通過柵格的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算來完成的，而并不是直接有一個(gè)柵格疊加的工具，對(duì)于這一點(diǎn)在教學(xué)和上機(jī)實(shí)踐中應(yīng)向?qū)W生明確。

表1 GIS教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

針對(duì)地質(zhì)工程的專業(yè)特點(diǎn)，以ArcGIS9.2為例，上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容、實(shí)習(xí)目的、實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)和要求設(shè)置如表2所示，實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)的選用盡量面向?qū)I(yè)應(yīng)用。

四、結(jié)論

隨著地理信息系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，很多非GIS專業(yè)相繼開設(shè)了地理信息系統(tǒng)課程，做好非GIS專業(yè)的GIS教學(xué)對(duì)于GIS的理論發(fā)展和應(yīng)用推廣以及社會(huì)化普及具有重要的意義。本文以石油院校地質(zhì)工程專業(yè)為例，從教學(xué)目標(biāo)定位、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容設(shè)置以及課后作業(yè)等方面進(jìn)行了探討，以期提高GIS的教學(xué)效果并促進(jìn)GIS的普及和發(fā)展。

表2 ArcGIS上機(jī)實(shí)踐安排

[1] 賈澤露.非GIS專業(yè)地理信息系統(tǒng)課程教學(xué)思考[J].測(cè)繪科學(xué)，2008，33(5):230-232.

[2] 吉云松.對(duì)非GIS專業(yè)的GIS教育的思考[J].測(cè)繪與空間地理信息，2006，29(1):115-117.

[3] 吳信才.地理信息系統(tǒng)原理與方法(第二版）[M].北京:電子工業(yè)出版社，2009.

[4] 黃杏元，馬勁松,湯勤.地理信息系統(tǒng)概論(修訂版）[M].北京:高等教育出版社，2005.

[5] 龔健雅.地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社，2001.

[6] 聶慶華.地理信息系統(tǒng)及其在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社，2006.

[7] 許五弟.地理信息系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用[M].北京:中國建材工業(yè)出版社，2005.

[8] 何生厚，毛鋒.數(shù)字油田的理論、設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京:科學(xué)出版社，2001.

[9] 李劍峰，李恕中.數(shù)字油田[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[10] 劉學(xué)鋒，何貞銘，何幼斌.GIS輔助油氣勘探?jīng)Q策—原理、方法及應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社，2008.

Discussion on The GIS Course Teaching In Geological Engineering Professional

LI Fang-yu
China University of Petroleum, Beijing 102249, China

The students in geological engineering have different professional foundation and different directions compared with GIS students.Based on the author’s teaching practice, the GIS course teaching in geological engineering professional is discussed from the teaching objectives, course content arrangement, computer practice settings, etc.

geological engineering; GIS; course; teaching

G642

A

1006-9372 (2011）02-0087-03

2011-01-07。

中國石油大學(xué)(北京）教學(xué)改革項(xiàng)目。

李芳玉，女，講師，主要從事三維GIS的教學(xué)與研究工作。