物探制图类课程研究型课题的构建与实践

丁彦礼 吕玉增 程勃 熊彬 李静和 罗润林

摘 要：为了提高物探制图类课程的教學效果、促进学生自主学习、培养学生的探索精神和创新能力，构建了一系列的研究型小课题，使教学内容不局限于书本和课堂，学生可以根据各自的情况自主学习，并可以对所选择的内容开展深入的学习。通过研究型小课题的自主探索学习，不但可以提高物探制图类课程的教学效果，而且可以增强学生自主学习能力，进而培养学生的探索和创新能力。

关键词：勘查技术与工程； 物探制图； 研究型小课题； 研究型教学

中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：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

研究型教学是在综合美国布鲁纳的“发现学习模式”和瑞士皮亚杰的“认知发展学说”的基础上构建的教学模式，通过研究与剖析科学原理形成过程为载体，培养学生自主学习和研究能力，是融知识传授、能力培养和素质提高为一体的创新教学模式[1]。

与传统教学模式相比，研究型教学模式注重学生的自主学习能力，让学生在学习过程中发现问题并自己解决，通过研究型教学可以激发学生的学习兴趣，学生在学习中会遇到各种问题，而通过他自己去解决不仅能提升解决实际问题的能力，而且还能提高学生解决问题的成就感，激发学习的热情，进而提升每一位学生的学习参与度并且提高学习的自主性。研究型教学模式严格来说并非是一种简单的教学方式，更多的是一种全新的教学理念。在“教”与“学”的过程中注重研究，发挥学生的主体性，教师在教学中要求带着研究去教，而学生又带着研究去学，教师在教学中以学生为主体，同时设置不同的问题让学生相互间通过合作解决遇到的问题，在学习的同时培养他们的团队协作能力，通过开展形式多样的讨论，参与式教学方法，引导学生在探究中学习[2-4]。

目前，对于勘查技术与工程专业制图类课程（物探制图、GIS及在物探中的应用和3S技术集成等）也存在传统教学模式下存在的类似问题，而且由于勘查技术制图类课程的学习过程还要贯穿实现培养学生数据处理、数据分析、各类勘查数据的综合利用、合理与有效的成图以及数据图件的综合解译等知识性、实践性和逻辑性相融合的最终目标[5]。因此，通过构建研究型课题，开展研究型教学，可以发挥学生的主体作用，能够让学生主动、自主地去学习，让他们在学习的过程中能够更好地去提高知识性、实践性和逻辑性相融合的能力，让学生在学习过程中发现问题并自己解决，提升自主分析和解决工程实际问题的能力。简而言之，通过研究型教学，教会学生学会学习，授人以渔而不仅仅是授人以鱼。

一、物探制图类教学方法和教学模式分析

为了查找物探制图类课程以前在教学模式和教学方法上存在的问题，明确探制图类课程的建设和改革方向，制定切实可行建设和改革措施，课题组对毕业校友进行了相关的问卷调查。对物探制图类课程的教学方法和教学模式的调查结果如表1所示。

校友对该问题的反馈结果如下：（1）校友支持采用基于研究型课题的“翻转课堂教学模式”所占比例为39.1%，校友支持采用基于制图知识点的“翻转课堂教学模式” 所占比例为31.2%，这两项的总支持率为71.1%；（2）校友支持采用以高校传统的课堂讲座为主组织教学的模式仅占21.1%，即使采用中庸的以“传统课堂教学和翻转课堂教学模式相结合”的教学模式也仅占6.88%。

因此，基于教学方法和教学模式的校友反馈，在物探制图类课程中应采用基于研究型课题和制图知识点的“翻转课堂教学模式”。因此教师必须转变传统的“以课堂讲座为基本组织形式的讲授法”，探索和组织注重学生自主学习能力的“研究型教学模式”和“翻转课堂教学模式”，激发学生的学习兴趣，提高物探制图课程的教学质量和教学效果。

二、物探制图类课程研究型课题构建

所以，基于上面的调查分析，我们必须转变观念，探索和组织注重学生自主学习的基于研究型课题和基于制图知识点的“翻转课堂”教学模式，并开发相应的课程资源。目前，为了在物探制图类课程中探索和实践研究型教学，基于本专业现在开设的“物探制图”、“GIS及在物探中的应用”课程的教学实践，整合和优化了一些物探不同勘探方法和目的实际工程项目，构建了一些研究型小课题，使教学内容不局限于书本和课堂，学生可以根据各自的情况、兴趣和爱好出发，选择不同的学习对象和重点，并可以对所选择的对象和重点开展深入的学习。

（一）“GIS及其在物探中的应用”课程相关研究型课题

针对“GIS及其在物探中的应用”课程的特点，构建了以下一些研究型小课题（如表2）。

各研究型小课题的内容和要求如下：

1. 图框的绘制

给定一组包含图幅号、图幅起点经纬度、任意经纬度和公里网坐标范围、任意公里网坐标值范围的数据，依据设定的条件和要求，自主研究利用Mapgis和Section绘制地质图图框，条件和要求如下：图名、比例尺、图框、图例、责任表等。

2. 数据点投影

给定一组包含经纬度坐标、公里网坐标和自定义坐标数据，依据设定的条件和要求，自主研究利用Mapgis和Section投影绘制数据点位，条件和要求如下：数据点位图、图名、比例尺、图框、图例、责任表等。

3. 绘制地球物理等值线图

给定一组包含标准公里网坐标的物性数据和剖面自定义坐标的物性数据，依据设定的条件和要求，自主研究利用Mapgis绘制各种类型的物性等值线图，内容要求如下：用GRD网格剖分法绘制公里网坐标控制的等值线图、用TIN剖分法绘制公里网坐标控制的等值线图、用GRD网格剖分法绘制任意坐标控制的剖面等值线图、用TIN剖分法绘制含地形的剖面等值线图等。

4. 图形裁剪

给定一组地质图和包含地形数据的物性断面数据，依据设定的条件和要求，自主研究利用Mapgis和Section软件进行图形裁剪的方法，内容要求如下：分别用两种软件对地质图进行裁剪并形成完成的地质图件（裁剪后要求编辑完善图名、比例尺、图框、图例和责任表）；首先用GRD网格剖分法绘制物性等值线图，在此基础上，分别用两种软件裁剪出包含地形的断面等值线图。

5. 图切剖面图

给定一组地形地质图和物性等值线图，依据设定的条件和要求，自主研究利用SECTION软件进行图切剖面，内容要求如下：根据地质地图切一条地形地质剖面，包含坐标、地形、地层分层填充、地质分界面、设计钻孔等；根据物性等值线切一条任意物性曲线。

6. 钻孔柱状图

给定一组钻孔编录记录和数据，依据设定的以下条件和要求，自主研究利用SECTION软件进行钻孔柱状图的数据库编制、自动投影钻孔柱状图和物性柱状图，内容要求如下：根据提供的钻孔编录记录和数据，首先编辑钻孔柱状图的数据库，然后跟据钻孔柱状图数据库，自动投影生成钻孔柱状图和物性柱状图。

（二）“3S技术集成”课程相关研究型课题

针对“3S技术集成”课程的特点，构建了以下一些研究型小课题（如表3）。

各研究型小课题的内容和要求如下：

1. 屏幕跟踪矢量化

给定一幅基础地形地质图，依据设定的条件和要求，自主研究利用Mapgis进行屏幕跟踪矢量化的方法，通过屏幕跟踪矢量化，掌握矢量化过程中常用的功能键、矢量化的流程、交互式矢量化和拓扑变化输入区等方法和步骤。

2. GPS坐标转换

给定一组同一测区几个点的标准WGS84坐标、北京54坐标、西安80坐标的坐标值，依据设定的条件和要求，在学习地图制图基本知识的基础上，利用坐标转换软件，计算几种坐标系统之间的坐标转换参数，并对该测区的其它一些坐标点进行坐标转换。

3. 利用Google地球进行踏勘和绘制工作布置图

给定一个工作设计，首先研习Google地球的基本应用，在此基础上，应用Google地球进行数字踏勘，截取工作区域的卫星图像并分析撰写工作区域交通位置图、地形概貌等内容，然后根据工作设计方案，在Google地球上布置工作布置图，并截取相关工作布置图像。

4. 影像文件的配准与融合

给定一副TIF或JPG格式的图像文件，首先把图像文件转换为MSI影像文件；其次根据给定的GPS坐标控制点，对影像文件的镶嵌配准；然后再根据转换的影像文件范围投影变化出图框文件，把图框文件跟影像文件进行套合输出，最会对套合输出的影像文件进行矢量化。

5. 图形变换

给定一组6°带MAPGIS工程文件，首先研究学习3°带与6°带的定义及计算方法；其次根据坐标系统把6°带工程文件转换成3°带工程文件；然后再把3°带工程文件转换回6°带工程文件；最后研究把3°带或6°带工程文件转换成比例尺的文件。

6. 数据转换

给定一组AutoCAD数据与MAPGIS数据，分别把AutoCAD数据与MAPGIS数据转换成MAPGIS数据与AutoCAD数据文件，并对转换后不合理的图元文件进行编辑操作。

（三）“物探制图”课程相关研究型课题

针对“物探制图”课程的特点，构建了以下一些研究型小课题（如表4）。

各研究型小课题的内容和要求如下：

1. CAD基本繪图技能

以一些复杂的结构图为例，首先自主研究，尝试绘制各个图形，在此基础上，课堂讨论相关图形的绘图方法和成图技巧，依此掌握CAD绘图的基本操作和相关绘图技巧。

2. 利用CAD绘制物探材料及成果图

给定一个物探实例的设计方案和工程勘查地质底图，要求完成以下物探图件元素：（1）图名、比例尺、图例、责任表、物探测线及编号、测线布置说明；（2）物探推断成果绘制（如断裂破碎带、岩性分界、塌陷、岩溶发育区等假想成果）。

3. 利用CAD绘制地质断面图

给定一个物探推断的地质断面图实例，依据设定的以下条件和要求，自主研究绘制地质断面图。条件和要求如下：A4图幅、高程图例、地形、地层分层、地层标准图例填充、物探推断成果（如断裂破碎带、岩性分界面、塌陷、岩溶发育区等假象成果）、钻孔设计、图例、责任表等。

4. Grapher绘制物探曲线图

给定一组包含电阻率剖面、测深和地震时距数据表，依据设定的以下条件和要求，自主研究用Grapher绘制各种曲线图。条件和要求如下：绘制电阻率剖面曲线（要求用等间距坐标和对数坐标分别绘制）、电阻率测深曲线（要求用双对数坐标绘制）、地震时距曲线图（要求绘制相遇追逐时距曲线）。

5. Surfer绘制平面等值线图

给定一组二维数据，依据设定的以下条件和要求，自主研究用Surfer绘制各种等值线图。条件和要求如下：根据数据范围绘制等值线图、采用白化方法绘制倒三角形状的等值线图。

6. Voxler绘制三维及相关效果图

给定一组三维数据，依据设定的以下条件和要求，自主研究用Voxler绘制三维图及相关效果图。条件和要求如下：绘制三维图框、三维点位、三维等值、三维切面综合、三维溶解、三维等势面图及相关组合效果图。

（四）制图综合研究型课题

分别就工程物探和矿产物探实际工程项目构建了两个研究型小课题（如表5）。

各研究型小课题的内容和要求如下：

1. 工程物探数据的综合绘图与对比

给定一组工程物探数据文件，分别基于CAD及相关软件和MAPGIS软件完成完整工程物探报告图件的绘制，并对比优缺点。图件要求如下：实际材料图、物探曲线图、推断地质断面图、综合解释成果图。

2. 矿产物探数据的综合绘图与对比

给定一组矿产物探数据文件，分别基于CAD及相关软件和MAPGIS软件完成完整矿产物探报告图件的绘制，并对比优缺点。图件要求如下：实际材料图、物探曲线图、推断地质断面图、综合解释成果图。

三、结束语

物探制圖类课程是勘查技术与工程专业课程教学体系的重要组成部分，物探图件的质量是学生动手能力和工程实践能力的重要体现[6]。我校勘查技术与工程专业一直把培养具有创新精神和工程实践能力的高级工程技术人才作为专业培养目标，通过科学制定教学模式和教学方法，建立基于研究型教学课题的制图类课程教学实施方案，不但可以提高物探制图类课程的教学效果，而且可以增强学生自主学习能力，进而培养学生的探索和创新能力。

参考文献：

[1]黄亚平，陈小鸿.研究性教学：理论与实践[J].浙江工业大学学报（社会科学版），2006，5（2）：177-180，21.

[2]籍建东.研究型教学模式与传统教学模式的比较[J].职教论坛，2011（5）：43-45.

[3]曹周红，刘晓平，邹开明，等.高等工科教育研究型课程教学模式的研究[J].中国电力教育，2010（6）：77-78.

[4]叶国荣，陈达强，吴碧艳.高校本科生教育中研究型教学模式探讨[J].中国高教研究，2009（3）：90-91.

[5]丁彦礼，熊彬，程勃，等.基于社会需求的物探制图类课程教学内容改革研究[J].中国地质教育，2017（2）：60-64.

[6]丁彦礼，熊彬，程勃，等.基于校友调查反馈的物探制图类课程教学反思[J].大学教育，2017（1）：55-57.