地理信息科學(xué)專業(yè)野外實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)研究

蔣立軍，潘軍，路鵬，邢立新，王明常，阮志杰

（吉林大學(xué) 地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長春）

一 引言

吉林大學(xué)地理信息科學(xué)專業(yè)教學(xué)實(shí)習(xí)自2004年第一屆學(xué)生去往遼寧興城吉林大學(xué)興城實(shí)習(xí)基地實(shí)習(xí)開始已有16年，實(shí)習(xí)采取室內(nèi)教學(xué)加野外實(shí)踐的教學(xué)模式[1-2]。其中野外地質(zhì)實(shí)習(xí)是野外實(shí)踐教學(xué)的核心部分，是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，提高分析和解決實(shí)際地質(zhì)問題能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的重要途徑，而室內(nèi)教學(xué)的內(nèi)容與方式則直接制約了野外實(shí)踐教學(xué)的效果。通過多年的野外帶隊(duì)實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在野外實(shí)踐過程中存在對(duì)野外實(shí)踐內(nèi)容（如實(shí)習(xí)路線、巖石基本特性等)的認(rèn)知和掌握進(jìn)入狀態(tài)過慢的現(xiàn)象。基于以上原因需對(duì)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)習(xí)的室內(nèi)教學(xué)環(huán)節(jié)加以改進(jìn)，力求使學(xué)生在每次野外實(shí)踐之前明確當(dāng)天實(shí)習(xí)的路線、內(nèi)容、任務(wù)和目的，對(duì)當(dāng)天有可能遇到的遙感和地質(zhì)現(xiàn)象有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)，帶著問題去野外尋找答案，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和解決問題的能力。

二 數(shù)據(jù)庫平臺(tái)內(nèi)容建設(shè)

地理信息科學(xué)專業(yè)野外實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)平臺(tái)工作內(nèi)容總體可以分為兩個(gè)部分，一為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所需要展示的實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)的采集、分析及整理，二為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。其中地質(zhì)實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)的采集工作主要針對(duì)地理信息科學(xué)專業(yè)教學(xué)實(shí)習(xí)所建立的9條路線，完成所有實(shí)習(xí)路線上所涉及到的地學(xué)實(shí)體/現(xiàn)象的巖石標(biāo)本采集、描述、波譜測(cè)試及波譜處理和分析等工作，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)遙感數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備主要為制作實(shí)習(xí)區(qū)域多種數(shù)據(jù)源、多種比例尺的遙感數(shù)字圖件。

本數(shù)據(jù)庫平臺(tái)內(nèi)容建設(shè)共采集所有9條實(shí)習(xí)路線巖石標(biāo)本365塊并完成所有巖石標(biāo)本的巖性描述；利用美國ASD光譜儀采集巖石標(biāo)本波譜數(shù)據(jù)10950條且完成所有波譜數(shù)據(jù)的處理和分析，具體建設(shè)和存儲(chǔ)模式如下（表1、圖1）。

圖1 數(shù)據(jù)庫平臺(tái)巖石標(biāo)本數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)圖

表1 數(shù)據(jù)庫平臺(tái)巖石標(biāo)本描述

三 野外教學(xué)實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著地理信息系統(tǒng)在地學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用，將GIS技術(shù)應(yīng)用于野外地質(zhì)實(shí)習(xí)虛擬教學(xué)日趨廣泛[2-4]。吉林大學(xué)薛林福等基于興城實(shí)習(xí)基地建立了三維全景虛擬野外地質(zhì)信息系統(tǒng)[5]，中國石油大學(xué)祝德顯等建立了基于Web環(huán)境的虛擬野外地質(zhì)實(shí)習(xí)系統(tǒng)[6]，中國礦業(yè)大學(xué)郝偉等建立了基于Virtools的虛擬地學(xué)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)系統(tǒng)[3]，西南石油大學(xué)張廷山等建立旺蒼地質(zhì)實(shí)習(xí)基地虛擬野外地質(zhì)實(shí)習(xí)系統(tǒng)[7]，王崠、林玉標(biāo)等建立了基于VR-GIS的廬山虛擬地理實(shí)習(xí)基地[8]，西南石油大學(xué)唐章英等建立了西南石油大學(xué)野外實(shí)習(xí)基地信息化實(shí)踐教學(xué)輔助平臺(tái)[9]，中國石油大學(xué)（華東）劉善偉等采用GIS技術(shù)開發(fā)了地質(zhì)實(shí)習(xí)輔助教學(xué)軟件[10]。

本數(shù)據(jù)庫平臺(tái)所用的開發(fā)軟件為VisualStudio 2015版本，數(shù)據(jù)庫管理軟件為MySQL，數(shù)據(jù)庫內(nèi)容采用spectrum表結(jié)構(gòu)和sample表結(jié)構(gòu)分別存儲(chǔ)巖石標(biāo)本波譜信息數(shù)據(jù)和巖石標(biāo)本巖性描述信息數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用.NET作為開發(fā)平臺(tái)，系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)采用“數(shù)據(jù)持久層”“數(shù)據(jù)訪問層”“業(yè)務(wù)邏輯層”“表現(xiàn)層”四層設(shè)計(jì)[11-12]。

圖2 數(shù)據(jù)庫功能圖

野外實(shí)習(xí)教學(xué)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能除必要的數(shù)據(jù)庫后臺(tái)維護(hù)、數(shù)據(jù)顯示、放大、縮小、保存、條件查詢、實(shí)習(xí)路線繪制等基本功能外，本數(shù)據(jù)庫最大的特點(diǎn)即為學(xué)生提供基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)習(xí)所涉及到的所有實(shí)習(xí)路線上實(shí)習(xí)內(nèi)容的展示，通過此平臺(tái)學(xué)生可以提前預(yù)習(xí)野外實(shí)踐所涉及到的內(nèi)容，包括從基地到實(shí)習(xí)地點(diǎn)的行車路線，通過查看本平臺(tái)所提供的衛(wèi)星圖像了解沿途有可能遇到的特殊地物類型、實(shí)習(xí)地點(diǎn)的所在位置、野外實(shí)習(xí)所要觀察的所有地學(xué)實(shí)體/現(xiàn)象的現(xiàn)場(chǎng)照片、巖石標(biāo)本照片、巖石標(biāo)本的文字描述及其巖石標(biāo)本的波譜曲線等，讓學(xué)生帶著這些初步的認(rèn)知和在預(yù)習(xí)過程中所發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)入到實(shí)踐環(huán)節(jié)中，做到在野外實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)生都清楚本次野外實(shí)踐要去哪、怎么去、為什么去、去學(xué)習(xí)什么，帶著目的和問題進(jìn)入到一天的實(shí)踐當(dāng)中，能夠有效地提高教師的教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。野外實(shí)習(xí)教學(xué)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)的功能及展示方式如圖所示。

四 結(jié)語

野外教學(xué)實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)旨在彌補(bǔ)以往的教學(xué)實(shí)習(xí)室內(nèi)教學(xué)工作中學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的獲取有余但對(duì)野外實(shí)際實(shí)習(xí)內(nèi)容模糊且感知度不夠的問題，本平臺(tái)數(shù)據(jù)庫取得的成果如下：

1.野外實(shí)習(xí)教學(xué)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)針對(duì)吉林大學(xué)地理信息科學(xué)專業(yè)教學(xué)實(shí)習(xí)，共采集全部9條實(shí)習(xí)路線巖石樣本365塊并提供全部樣本巖性描述；提供全部巖石樣本數(shù)據(jù)波譜曲線共計(jì)10950條；提供實(shí)習(xí)區(qū)域內(nèi) 1：100萬、1：25萬、1：10萬、1：5萬、1:2000系列遙感影像地圖；提供所有實(shí)習(xí)路線野外素描圖、路線地質(zhì)信手剖面圖、地質(zhì)剖面調(diào)查地層實(shí)測(cè)剖面圖等手繪圖件及數(shù)字化制圖。

2.野外教學(xué)實(shí)習(xí)過程中，學(xué)生通過應(yīng)用此數(shù)據(jù)庫平臺(tái)可提前預(yù)習(xí)即將開展工作的實(shí)習(xí)路線，包括從吉林大學(xué)興城實(shí)習(xí)基地到實(shí)習(xí)地點(diǎn)的行車路徑、行車途中可觀察的地理景觀、實(shí)習(xí)行進(jìn)過程中可觀察到的巖石類型/出露位置、構(gòu)造現(xiàn)象/展布位置等。通過預(yù)習(xí)工作，學(xué)生可對(duì)實(shí)習(xí)內(nèi)容有初步認(rèn)知并帶著預(yù)習(xí)過程中所發(fā)現(xiàn)的問題到野外實(shí)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考證，不僅可以豐富室內(nèi)教學(xué)內(nèi)容，亦可提高野外實(shí)習(xí)效率。

3.伴隨著實(shí)習(xí)區(qū)域內(nèi)實(shí)習(xí)路線的不斷更新和擴(kuò)展，本平臺(tái)數(shù)據(jù)庫提供實(shí)時(shí)更新功能，可對(duì)所提供內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)充和豐富。

圖3 數(shù)據(jù)庫主界面

圖4 巖石標(biāo)本波譜數(shù)據(jù)查詢界面

圖5 野外教學(xué)實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)庫更新界面