地質專業GIS教學

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隨著GIS的快速發展，GIS在石油、地質等領域的應用也越來越廣泛越來越深入，GIS技術已被廣泛的用在地質制圖、油氣勘探開發數據管理、油氣資源評價、儲層評價、儲層建模、輸油輸氣管線的設計和管理等應用當中，GIS已經成為輔助油氣勘探開發的一個重要工具，GIS技術也逐步成為地質工作者必備的專業技能，所以在地質工程專業開設gis專業選修課具有重要的意義。由于地質工程專業的本科生不具備地理學、測繪學相關基礎理論知識，計算機基礎也比較薄弱，所以對于他們的培養目標、課程內容以及上機實踐內容與GIS本科專業都應有所不同。在目前的GIS教學中主要存在的問題有：GIS教材眾多但多針對GIS專業，大多不適合地質工程專業的學生；GIS教材中所舉應用實例較少涉及地質工程應用領域；GIS涉及內容廣泛而學生掌握知識面不夠；教學內容多而學時相對少；上機實踐內容與專業應用環節脫節等。針對這些問題有必要根據地質工程專業的學生特點，進一步明確教學目標，并對GIS的課程內容及上機實踐做相應的調整以體現專業特色。

一、教學目標

與GIS專業相比，非GIS專業受其專業特點限制，其教學的基本定位是緊密結合專業需求u，教學的目的是面向GIS系統的應用，主要是讓同學們掌握GIS基本概念、基本功能以及基本原理，熟悉常用GIS軟件，學會用GIS的手段分析解決專業領域問題。對于地質工程專業GIS的教學目的在于使得學生通過學習該課程，掌握GIS的基本概念、功能和組成，掌握GIS的空間數據結構，掌握地圖投影的基本原理，了解空間數據的獲取與預處理，掌握空間數據的分析方法，熟悉常用GIS軟件，并能將GIS的原理與技術應用到地質工程領域當中。在具體的理論教學和實踐教學中應充分考慮學生的專業基礎和背景，對教學內容進行重新組織，補充GIS在本專業中的作用和應用并對實踐上機內容進行精選。

二、教學內容組織

GIS是一門集計算機科學、信息科學、現代地理學、測繪遙感學、空間科學和管理科學等為一體的新興邊緣學科，學生學習本課程要求具備一定的地理學、測繪學(測量學、全球定位系統、遙感、地圖學、計算機制圖等)、計算機(軟件設計基礎、程序設計語言、數據庫、數據結構、CAD等)等方面的基礎知識和基本技能。但對于非GIS專業而言往往缺乏相應的專業背景知識，并且學時相對也較少，為了解決這一矛盾上好GIS課程，首先應針對學生的知識背景和專業的應用需求對課程內容做適當的調整和補充。分析現有的GIS教材，主要有三大類：一類是面向GIS專業的，這類教材有的側重于地理學，強調地理事物的圖形和屬性表達，有的側重于數學和計算機，強調算法和程序，這些教材全面、系統，內容深入，并被GIS專業廣泛使用，但不完全適合非GIS專業；一類是針對軟件操作和應用的，在理論中穿插軟件操作介紹，這類教材以軟件應用為目的，內容相對淺顯易懂，但缺乏地質工程專業應用實例；還有一類是針對GIS應用較廣泛的領域，如人口、環境、城市等，這類教材中都介紹有大量的專業應用實例，內容結構各有千秋，深淺不一，而在這些面向專業應用的教材中較少涉及石油、地質等領域，另外有少量的數字油田方面的論著，但數字油田方面的論著主要是介紹各種油田相關的信息系統框架，往往并不系統介紹GIS原理與技術。綜合考慮這些教材的優缺點和針對性，筆者認為對于地質工程專業教學內容設置應遵循基礎性、系統性和面向應用的基本原則，采用以GIS基本概念、功能和原理為主線，將地質工程應用實例貫穿其中的方式來組織課程內容，對與學生專業背景無關以及學生理解有困難的內容進行適當壓縮甚至刪減，而對與專業應用直接相關部分內容應進行適當擴充，從而滿足學時的要求。筆者參考了大量的GIS教材及數字油田隨1叫方面的教材，并結合相關的科研項目，在充分考慮地質工程學生專業背景的基礎上，面向專業應用對課程內容進行了重新組織和補充，如表1所示。對于理論部分的深入程度可根據具體的學時在授課中靈活掌握。

三、上機實踐內容設置

上機實踐對于幫助學生深刻認識GIS的基本功能及提高學生實際動手能力具有重要的作用，它是GIS課程中的一個重要環節。目前GIS的實驗教材雖然數量在不斷增長，但大多針對GIS專業進行設置，對于非專業的GIS課程則無通用教材，往往需要自己編寫。原因是這些針對GIS專業編寫的教材無論從軟件的選取，還是實驗內容的側重性，難易程度，實驗數據與專業的貼切性等，都無法與本專業對于GIS課程的培養目標吻合，也不適合社會對本專業學生的需求。對于非GIS專業首先應根據專業應用選擇適合的軟件，目前市面上流行的GIS軟件，國外的有ArcGIS、Maplnfo等，國內的有MapGIS、SuperMap等，對于地質工程專業可選擇ArcGIS和MapGIS作為上機實踐軟件，因為目前在油田上這兩個軟件應用得最廣泛。上機實踐的學時設在l0個學時比較合理，上機內容設置的基本原則是既要與課堂理論知識緊密結合，又要考慮與專業應用相結合。上機內容的選取以GIS的基本功能為主線，與專業應用的結合則體現在試驗數據的選取及試驗過程的設計上。另外，筆者在實踐教學中發現很多實習指導書中所用的術語與教材中所用的術語往往不一致，這樣會給學生造成概念上的混亂以及理論和實踐的脫節，所以在編寫實驗指導書的時候還應注意實習中出現的術語要盡量與課堂教學中所用的術語保持一致，或者要對學生明確。例如在數字高程模型中由離散點生成用規則格網表達的數字高程模型，在課堂理論的教學中把這個過程稱為規則格網的生成，而在很多實習指導書中則把其叫做柵格表面的生成；再例如課堂教學中所說的柵格數據的疊加在軟件中往往是通過柵格的統計和計算來完成的，而并不是直接有一個柵格疊加的工具，對于這一點在教學和上機實踐中應向學生明確。針對地質工程的專業特點，以ArcGIS9．2為例，上機實踐內容、實習目的、實習數據和要求設置如表2所示，實習數據的選用盡量面向專業應用。

四、結論

隨著地理信息系統的廣泛應用，很多非GIS專業相繼開設了地理信息系統課程，做好非GIS專業的GIS教學對于GIS的理論發展和應用推廣以及社會化普及具有重要的意義。本文以石油院校地質工程專業為例，從教學目標定位、教學內容設置、上機實踐內容設置以及課后作業等方面進行了探討，以期提高GIS的教學效果并促進GIS的普及和發展。