物探制圖類課程研究型課題的構建與實踐

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效果、促進學生自主學習、培養學生的探索精神和創新能力，構建了一系列的研究型小課題，使教學內容不局限于書本和課堂，學生可以根據各自的情況自主學習，并可以對所選擇的內容開展深入的學習。通過研究型小課題的自主探索學習，不但可以提高物探制圖類課程的教學效果，而且可以增強學生自主學習能力，進而培養學生的探索和創新能力。

關鍵詞：勘查技術與工程； 物探制圖； 研究型小課題； 研究型教學

中圖分類號：G640 文獻標志碼：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

研究型教學是在綜合美國布魯納的“發現學習模式”和瑞士皮亞杰的“認知發展學說”的基礎上構建的教學模式，通過研究與剖析科學原理形成過程為載體，培養學生自主學習和研究能力，是融知識傳授、能力培養和素質提高為一體的創新教學模式[1]。

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

目前，對于勘查技術與工程專業制圖類課程（物探制圖、GIS及在物探中的應用和3S技術集成等）也存在傳統教學模式下存在的類似問題，而且由于勘查技術制圖類課程的學習過程還要貫穿實現培養學生數據處理、數據分析、各類勘查數據的綜合利用、合理與有效的成圖以及數據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[5]。因此，通過構建研究型課題，開展研究型教學，可以發揮學生的主體作用，能夠讓學生主動、自主地去學習，讓他們在學習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，讓學生在學習過程中發現問題并自己解決，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，教會學生學會學習，授人以漁而不僅僅是授人以魚。

一、物探制圖類教學方法和教學模式分析

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

校友對該問題的反饋結果如下：（1）校友支持采用基于研究型課題的“翻轉課堂教學模式”所占比例為39.1%，校友支持采用基于制圖知識點的“翻轉課堂教學模式” 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的課堂講座為主組織教學的模式僅占21.1%，即使采用中庸的以“傳統課堂教學和翻轉課堂教學模式相結合”的教學模式也僅占6.88%。

因此，基于教學方法和教學模式的校友反饋，在物探制圖類課程中應采用基于研究型課題和制圖知識點的“翻轉課堂教學模式”。因此教師必須轉變傳統的“以課堂講座為基本組織形式的講授法”，探索和組織注重學生自主學習能力的“研究型教學模式”和“翻轉課堂教學模式”，激發學生的學習興趣，提高物探制圖課程的教學質量和教學效果。

二、物探制圖類課程研究型課題構建

所以，基于上面的調查分析，我們必須轉變觀念，探索和組織注重學生自主學習的基于研究型課題和基于制圖知識點的“翻轉課堂”教學模式，并開發相應的課程資源。目前，為了在物探制圖類課程中探索和實踐研究型教學，基于本專業現在開設的“物探制圖”、“GIS及在物探中的應用”課程的教學實踐，整合和優化了一些物探不同勘探方法和目的實際工程項目，構建了一些研究型小課題，使教學內容不局限于書本和課堂，學生可以根據各自的情況、興趣和愛好出發，選擇不同的學習對象和重點，并可以對所選擇的對象和重點開展深入的學習。

（一）“GIS及其在物探中的應用”課程相關研究型課題

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

各研究型小課題的內容和要求如下：

1. 圖框的繪制

給定一組包含圖幅號、圖幅起點經緯度、任意經緯度和公里網坐標范圍、任意公里網坐標值范圍的數據，依據設定的條件和要求，自主研究利用Mapgis和Section繪制地質圖圖框，條件和要求如下：圖名、比例尺、圖框、圖例、責任表等。

2. 數據點投影

給定一組包含經緯度坐標、公里網坐標和自定義坐標數據，依據設定的條件和要求，自主研究利用Mapgis和Section投影繪制數據點位，條件和要求如下：數據點位圖、圖名、比例尺、圖框、圖例、責任表等。

3. 繪制地球物理等值線圖

給定一組包含標準公里網坐標的物性數據和剖面自定義坐標的物性數據，依據設定的條件和要求，自主研究利用Mapgis繪制各種類型的物性等值線圖，內容要求如下：用GRD網格剖分法繪制公里網坐標控制的等值線圖、用TIN剖分法繪制公里網坐標控制的等值線圖、用GRD網格剖分法繪制任意坐標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

給定一組地質圖和包含地形數據的物性斷面數據，依據設定的條件和要求，自主研究利用Mapgis和Section軟件進行圖形裁剪的方法，內容要求如下：分別用兩種軟件對地質圖進行裁剪并形成完成的地質圖件（裁剪后要求編輯完善圖名、比例尺、圖框、圖例和責任表）；首先用GRD網格剖分法繪制物性等值線圖，在此基礎上，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

給定一組地形地質圖和物性等值線圖，依據設定的條件和要求，自主研究利用SECTION軟件進行圖切剖面，內容要求如下：根據地質地圖切一條地形地質剖面，包含坐標、地形、地層分層填充、地質分界面、設計鉆孔等；根據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據，依據設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據庫編制、自動投影鉆孔柱狀圖和物性柱狀圖，內容要求如下：根據提供的鉆孔編錄記錄和數據，首先編輯鉆孔柱狀圖的數據庫，然后跟據鉆孔柱狀圖數據庫，自動投影生成鉆孔柱狀圖和物性柱狀圖。

（二）“3S技術集成”課程相關研究型課題

針對“3S技術集成”課程的特點，構建了以下一些研究型小課題（如表3）。

各研究型小課題的內容和要求如下：

1. 屏幕跟蹤矢量化

給定一幅基礎地形地質圖，依據設定的條件和要求，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、交互式矢量化和拓撲變化輸入區等方法和步驟。

2. GPS坐標轉換

給定一組同一測區幾個點的標準WGS84坐標、北京54坐標、西安80坐標的坐標值，依據設定的條件和要求，在學習地圖制圖基本知識的基礎上，利用坐標轉換軟件，計算幾種坐標系統之間的坐標轉換參數，并對該測區的其它一些坐標點進行坐標轉換。

3. 利用Google地球進行踏勘和繪制工作布置圖

給定一個工作設計，首先研習Google地球的基本應用，在此基礎上，應用Google地球進行數字踏勘，截取工作區域的衛星圖像并分析撰寫工作區域交通位置圖、地形概貌等內容，然后根據工作設計方案，在Google地球上布置工作布置圖，并截取相關工作布置圖像。

4. 影像文件的配準與融合

給定一副TIF或JPG格式的圖像文件，首先把圖像文件轉換為MSI影像文件；其次根據給定的GPS坐標控制點，對影像文件的鑲嵌配準；然后再根據轉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，首先研究學習3°帶與6°帶的定義及計算方法；其次根據坐標系統把6°帶工程文件轉換成3°帶工程文件；然后再把3°帶工程文件轉換回6°帶工程文件；最后研究把3°帶或6°帶工程文件轉換成比例尺的文件。

6. 數據轉換

給定一組AutoCAD數據與MAPGIS數據，分別把AutoCAD數據與MAPGIS數據轉換成MAPGIS數據與AutoCAD數據文件，并對轉換后不合理的圖元文件進行編輯操作。

（三）“物探制圖”課程相關研究型課題

針對“物探制圖”課程的特點，構建了以下一些研究型小課題（如表4）。

各研究型小課題的內容和要求如下：

1. CAD基本繪圖技能

以一些復雜的結構圖為例，首先自主研究，嘗試繪制各個圖形，在此基礎上，課堂討論相關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計方案和工程勘查地質底圖，要求完成以下物探圖件元素：（1）圖名、比例尺、圖例、責任表、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、巖溶發育區等假想成果）。

3. 利用CAD繪制地質斷面圖

給定一個物探推斷的地質斷面圖實例，依據設定的以下條件和要求，自主研究繪制地質斷面圖。條件和要求如下：A4圖幅、高程圖例、地形、地層分層、地層標準圖例填充、物探推斷成果（如斷裂破碎帶、巖性分界面、塌陷、巖溶發育區等假象成果）、鉆孔設計、圖例、責任表等。

4. Grapher繪制物探曲線圖

給定一組包含電阻率剖面、測深和地震時距數據表，依據設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（要求用等間距坐標和對數坐標分別繪制）、電阻率測深曲線（要求用雙對數坐標繪制）、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

給定一組二維數據，依據設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：根據數據范圍繪制等值線圖、采用白化方法繪制倒三角形狀的等值線圖。

6. Voxler繪制三維及相關效果圖

給定一組三維數據，依據設定的以下條件和要求，自主研究用Voxler繪制三維圖及相關效果圖。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物探實際工程項目構建了兩個研究型小課題（如表5）。

各研究型小課題的內容和要求如下：

1. 工程物探數據的綜合繪圖與對比

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

2. 礦產物探數據的綜合繪圖與對比

給定一組礦產物探數據文件，分別基于CAD及相關軟件和MAPGIS軟件完成完整礦產物探報告圖件的繪制，并對比優缺點。圖件要求如下：實際材料圖、物探曲線圖、推斷地質斷面圖、綜合解釋成果圖。

三、結束語

物探制圖類課程是勘查技術與工程專業課程教學體系的重要組成部分，物探圖件的質量是學生動手能力和工程實踐能力的重要體現[6]。我校勘查技術與工程專業一直把培養具有創新精神和工程實踐能力的高級工程技術人才作為專業培養目標，通過科學制定教學模式和教學方法，建立基于研究型教學課題的制圖類課程教學實施方案，不但可以提高物探制圖類課程的教學效果，而且可以增強學生自主學習能力，進而培養學生的探索和創新能力。

參考文獻：

[1]黃亞平，陳小鴻.研究性教學：理論與實踐[J].浙江工業大學學報（社會科學版），2006，5（2）：177-180，21.

[2]籍建東.研究型教學模式與傳統教學模式的比較[J].職教論壇，2011（5）：43-45.

[3]曹周紅，劉曉平，鄒開明，等.高等工科教育研究型課程教學模式的研究[J].中國電力教育，2010（6）：77-78.

[4]葉國榮，陳達強，吳碧艷.高校本科生教育中研究型教學模式探討[J].中國高教研究，2009（3）：90-91.

[5]丁彥禮，熊彬，程勃，等.基于社會需求的物探制圖類課程教學內容改革研究[J].中國地質教育，2017（2）：60-64.

[6]丁彥禮，熊彬，程勃，等.基于校友調查反饋的物探制圖類課程教學反思[J].大學教育，2017（1）：55-57.