“GIS技术及其在矿产勘查中的应用”课程案例教学方法探讨

张夏林，张晓军，李章林，翁正平，綦 广，吴冲龙，柳在湖

1.中国地质大学（武汉）计算机科学学院，湖北 武汉 430074；2.中国地质大学（武汉）资源学院，湖北 武汉 430074

“GIS技术及其在矿产勘查中的应用”课程案例教学方法探讨

张夏林1，张晓军2，李章林1，翁正平1，綦 广1，吴冲龙1，柳在湖1

1.中国地质大学（武汉）计算机科学学院，湖北 武汉 430074；2.中国地质大学（武汉）资源学院，湖北 武汉 430074

信息技术应用于矿产资源调查是大势所趋。在矿调班开设的“GIS技术及其在矿产勘查中的应用”课程教学中，按16学时讲课和24学时实习划分教学模块，选择胶东矿集区作为教学案例，并采用案例教学方法，分5单元完成课程教学，取得了较好的教学效果，探讨了培养既掌握地质又熟悉计算机的复合型矿调人才的教学方法。

GIS技术；案例教学；人才培养；地矿勘查；信息化

一、课程设置背景及教学目的

为适应我国目前资源大调查与地质勘查工作的急需，中国地质大学（武汉）于2007 年在资源勘查工程专业开办了“固体矿产资源调查与开发方向（矿调）”班。针对矿调工作特点，在我校矿调班的培养计划中，实践教学环节的学分占到了总学分的34.2%[1]。作为一种指向性、专业性很强的人才培养方式，矿调班最大特点是通过长时间在生产单位参与一线重点项目来培养学生专业素质，从制度上确保毕业生面向行业就业。“GIS技术及其在矿产勘查中的应用”课程是在矿调班开设的一门专业必修课程，以介绍目前矿产勘查中普遍使用GIS技术基本理论方法及应用和基于GIS技术的矿产预测方法为主要教学内容。

资源勘查、开发以及地球科学领域各专业的工作过程，从本质上讲都是信息的获取、处理、解释和应用的过程[2]。从野外数据采集到室内数据综合整理、数据管理、数据处理、图件编绘、成果分析与解释、资源预测与评价，再到工作成果的保存、管理使用和出版印刷，甚至资源勘查开发工作的科学管理与决策等等，无一不与信息技术紧密相连。矿产勘查，从普查、详查到勘探，实质上是一个找矿信息逐渐获取和风险不断减小，而投资相对增加的过程。矿产勘查经历了经验找矿、理论技术找矿等漫长历程后，目前进入以信息找矿为特征的科学勘查阶段。现代科学技术，主要在以下两个方面为矿产勘查提供支撑：一方面为现代地球科学提供了矿床的形成、分布及其地质特征等方面的知识，它们是建立矿床的成矿模式和找矿模型的基础；另一方面，现代探测技术为识别矿床的存在提供了海量的地学探测数据，而现代信息处理技术为从这些海量的地学探测数据中进一步提取“诊断性”找矿信息，进而建立找矿模型、定量圈定找矿靶区并评价其资源潜力提供了强有力的手段[3]。因此矿调专业方向的学生一方面要有扎实的地质、找矿基础知识和技能，另一方面要掌握以GIS为代表的信息技术。

本课程教学目的就是让矿调本科三年级的学生在先修的地质专业课程和计算机类基础课程基础上，学习和掌握GIS技术基本理论和方法，及其在资源勘查中的应用现状。掌握用GIS技术进行基础地质空间数据库建设，提取多源找矿信息，构建找矿模型和进行找矿靶区圈定的流程和方法。对矿调专业的本科学生学习和掌握主流的信息技术，并在后续学习过程中结合专业课程形成特色知识体系，以及在毕业后的专业工作过程中应用GIS等技术解决专业问题都具有重要的作用。

二、课程内容安排

围绕上述教学目的，本课程分为两大模块—课堂教学模块和实验教学模块。课堂教学和实验教学有机结合，共分为5个学习单元。 第一单元绪论部分；第二单元地质基础数据库建立；第三单元多源找矿信息提取与分析；第四单元成矿预测模型及其应用；第五单元GIS技术在资源勘查中的应用。

本课程为专业必修课，定位为以结合专业，解决矿产资源调查中实际动手能力的培养为主，辅之以必要的基本理论知识。因此课程教学设计时，总体上采用了案例教学的指导思想。整个课程40个学时，安排了16个学时的课堂教学，每两学时一次课，共计8次课堂教学。主要围绕案例讲解必要的基础理论和知识，服务于实习课，同时做必要的知识拓展和“找矿就是找信息，预测就是处理信息” 的信息化理念灌输。其余的24个学时均为实习课，每四个课时一次实习，共计6次实习课。

三、课程教学方法探讨

1.案例选择

课程选择了胶东矿集区作为贯穿始末的教学案例，理论教学和实习课都围绕本案例展开。胶东矿集区大地构造位置属滨太平洋成矿带胶东隆起，处在环太平洋成矿带内，属滨太平洋成矿带西部，中—新生代大陆活动边缘，总体上是构造、岩浆、变质及成矿作用频繁而剧烈的活动带，有大量的金矿床已经被发现，是我国金矿的集中分布区之一。课程教学组成员在胶东矿集区做过详细的资源勘查与评价工作，收集了该区基础地质、构造，地球化学，地球物理勘探，各级别金矿床分布的详细资料，掌握有翔实的成矿预测资料。该区控矿因素明确，成矿规律较清晰，且有一定的科研工作成果支撑，适合用作教学案例。

2.案例教学过程

该课程的教学，就是要针对矿调专业的本科学生教授地理信息的基础知识，并围绕矿调工作业务流程，教会学生在各个环节使用GIS技术，解决地质问题。基于此，给学生提出4个学习目标：（1）学习一种技术，即掌握基本的GIS理论方法和技术；（2）学会一些方法，即学会基于GIS的矿产资源预测与评价的流程，方法和技术；（3）建立一种思维方式，即信息化思维，将资源勘查问题可以划归为计算机信息技术的问题求解；（4）了解一些动态，即了解GIS在矿产资源勘查中的发展动态，掌握GIS在资源勘查领域国内外研究及发展状况。

围绕以上教学目的，教学组经过充分研讨，认为该课程应注重实践教学，在后期实习和学习中，学生可以根据掌握的知识，自主地探究成矿预测的过程和结果，故案例教学的思想和方法比较适合该课程的教学。案例教学[4]是由美国哈佛法学院前院长克里斯托弗·哥伦布·朗代尔（C C Langdell）于1870年首创，后经哈佛企管研究所所长郑汉姆（W B Doham）推广，并从美国迅速传播到世界许多地方，被认为是代表未来教育方向的一种成功教育方法。20世纪80年代，案例教学引入我国，并在教学实践中取得了较好的效果。

因此，本课程教学中部分吸取和融合了案例教学方法。具体教学过程如下。

（1）第一单元为课程宏观认知部分，四个学时的绪论课堂教学。主要讲解本课程的教学目标、要求、学习方法及课程知识体系在整个矿调课程中的地位意义；简介贯穿始末的胶东矿集区案例；讲解GIS技术及其在矿产勘查中应用的国内外发展历史及现状；GIS在矿产勘查中应用的主要流程。给出必要的阅读参考资料。通过第一单元的教学，要求学生掌握课程的大致脉络和要求，理解本课程的学习方法。

（2）第二单元地质基础数据库建立，包括两次课堂教学和三次实验室实习。第一次课堂教学的内容为GIS地质制图与空间数据编辑，配一次实习课，即实习一“GIS地质制图技术及地质空间数据编辑与变换”。第二次课堂教学讲解空间数据库设计与空间分析，配二次实习课，即实习二“地质空间数据库设计与建立”和实习三“地质数据空间分析”。在这一单元的教学中正式引入案例。课堂上围绕案例数据制作，讲解清楚地质数据库建立的内容、方法和过程后，在实习课上给出胶东矿集区案例的基础地质、地球化学、地球物理勘探、矿点等基础数据和配套制作数据完善的软件操作手册。要求学生结合课堂教学学习到的GIS制图和空间数据制作和编辑知识，完成预测区基础数据的制作和准备，建立起空间数据库。教学和实习中鼓励学生独立思考，克服传统的教学只告诉学生怎么去做与繁琐复杂的软件操作过程乏味无趣的缺点。实习中只提具体的目标，不告诉学生每一步具体怎么办，给出足够的参考资料和学习资料，让学生自己去学习、去思考、去创造。实习中将学生分成固定的小组，小组内部协作，小组之间竞赛，使得相对枯燥的地质空间数据制作和编辑变得生动活泼。空间库建立后，各组派代表交流实习经验，评价各组完成的效果。通过这种经验的交流，一是可取长补短、促进学生交流能力的提高，二是起到一种激励的效果。大家都有了超越他人的内动力，从而积极进取、刻苦学习。

（3）第三单元多源找矿信息提取与分析，分两次课堂教学和两次实习课。第一次课堂教学讲解找矿信息GIS提取的主要流程与具体方法；第二次课堂教学介绍找矿信息提取的实例；配两次实习，即实习四“地质找矿信息提取与分析”和实习五“地球物理、化学找矿信息提取与分析”。本单元的教学是将GIS与矿产资源预测结合起来的关键。课堂教学中，讲清楚基于前期制作的预测区空间数据，提取找矿信息的基本内容、步骤与方法，并剖析实例。在实习过程中就引导学生将知识提升为能力，分组独立协作完成成矿信息的提取，既巩固和深化了上一单元GIS软件应用能力，又为后期靶区预测制作准备了数据。有了成矿预测的知识不等于就具备了实际的成矿预测能力，本课程注重知识转化为能力的培养。矿产资源调查和矿产资源预测本身是重实践重效益的，如果学生只是注重学习书本的死知识而忽视实际能力的培养，在今后从业过程中就会纸上谈兵，难以适应矿调行业对人才的要求。而案例教学正是为此而生，为此而发展的，可以凸显实践能力的培养。

（4）第四单元成矿预测模型及其应用，主要分两次课堂教学和一次实习。第一次课堂教学讲解成矿预测中的证据权模型及其应用实例，第二次课堂教学讲解找矿信息量法及其应用；配一次实习课，即实习六“证据权法矿产资源预测”。本单元是整个课程的核心和综合应用部分，要求学生一方面学会两种代表性的定量成矿预测的方法，另一方面结合实习，实际完成案例要求的该区金矿的靶区预测。事实上，预测的结果可能用不同的方法，或选用不同的模型及参数，会得出大相径庭的结果。但教学中不强调结果的统一性，只要过程合理，能出结果，能合理解释就可以。在该教学过程中注意加强双向交流。传统的教学方法老师讲、学生听，听没听、听懂多少，要到最后的考试后才知道，而且学到的多是死知识。采用案例教学，针对该预测案例，学生自始至终，要一步步先进行消化，然后查阅各种他认为必要的理论知识。这无形中加深了对知识的理解，而且是主动进行的。捕捉这些理论知识后，学生还要结合前期制作完成的矿区数据资料，经过缜密地思考，提出解决问题的方案并实施方案，各小组得出自己的最终预测靶区，写出预测报告，这一过程是一种能力升华。同时学生在课堂学习和实习中随时会提出各种问题。需要教师给以引导，这也促使教师加深思考，根据不同学生的不同理解补充新的教学内容。尤其实习过程中，学生受计算机软件操作经验和矿产预测经验的双重限制，往往会碰到各种各样的问题，例如方法的选择，具体预测参数的确定，结果的表达，结果的解释等等问题。需要随时跟老师沟通，这种双向的教学形式对教师也提出了更高的要求。

（5）第五单元GIS技术在资源勘查中的应用，介绍数字矿山中GIS技术。本单元的教学旨在拓展学生的视野，讲解GIS技术在矿山勘查中除资料管理、编图制图、成矿预测之外的其他应用。结合目前快速发展的数字矿山技术，介绍GIS技术，尤其是三维GIS在矿山预测、勘探、开采设计、采矿过程管理等方面的应用[5]。避免学生形成只见树木不见森林的状况，误以为GIS技术只能用于解决教学涉及的问题，以此拓展学生的视野。

3.效果评述

经过以上教学过程，期末的上机测试和课程报告考核结果表明：课程结束后90%以上的学生对GIS软件的操作都基本熟练；对将GIS技术应用于矿产资源勘查的必要性和重要性有了深刻理解；对GIS应用与勘查和资源预测的流程与方法基本掌握；能够完整地完成从数据收集、制作、编辑到分析、预测的全流程的基本操作；认同了“找矿就是找信息”的观念。达到了学以致用，学能致用的效果。在课程结束后，甚至一两年后，选修该课程的学生、参加实际生产工作与科研项目或者上研究生，他们还经常通过该课程QQ群交流平台相互或者直接向老师咨询一些GIS相关的问题，也有提出三维建模等等更深层次应用问题的学生。说明他们确实把学到的知识技能应用到了实际的工作和研究中了。

这是一门年轻的课程，经过两年的教学实践，笔者践行了案例教学方法，取得了一定的效果。但是也还有很多需要在今后的教学过程中不断总结、发现和解决的问题。例如选择或者开发更适合该课程的软件系统，制作和不断完善案例数据，进一步将更多更丰富的成矿预测方法引入到课程和实习中。今后的教学中要进一步完善案例教学体系，培养更多的高质量、既懂地质又懂计算机的复合型矿调人才。

[1]欧阳建平，徐绍红，侯志军.地质类人才培养的思考与探索—以中国地质大学（武汉）为例[J].中国地质教育，2009，(4):20-23.

[2]吴冲龙，汪新庆，刘刚，等.资源信息系统教程[M].北京：地质出版社，2004.

[3]陈永清，陈建国，汪新庆，等.基于GIS矿产资源综合定量评价技术[M].北京：地质出版社，2008。

[4]王玉东.案例教学：哈佛商学院MBA教育的基本特征[J].大学教育科学，2004，(3)：87-90.

[6]张夏林，吴冲龙，翁正平，等.数字矿山软件(QuantyMine)若干关键技术的研发和应用[J].《地球科学—中国地质大学学报》，2010，35(2)：302-311.

Case Method Applied in the Course of Application of GIS in Mineral Resource Exploration

ZHANG Xia-lin, ZHANG Xiao-jun, LI Zhang-lin, WENG Zheng-ping, QI Guang, WU Chong-long, LIU Zai-hu
China University of Geosciences , Wuhan 430074 , China

It is a trend that information technology will be widely used in the mineral resource exploration. The case method has been applied in the course of Application of GIS in Mineral Resource Exploration. The total 40 hours has been divided into two parts, 16 hours classroom teaching and 24 hours experimental teaching. Selecting the Jiaodong met allogenic province as the case, taking the case method as the main teaching method, we have achieved a very good effect of teaching. This could be taken as an effective way to teach the students who will be skilled in both mineral resource exploration and information technology.

GIS; case method; talent cultivation; geological mining exploration; informatization

G642

A

1006-9372 （2011）03-0027-04

2011-06-20。

张夏林,男,副教授,主要从事地学信息技术和数字矿山方面的教学和科研工作。

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