数字化背景下马角坝实习教学改革探讨

严冰 张家琪 龙文昌

摘要 马角坝实习包括野外地质踏勘、实测地质剖面、地质填图及成果编制等基础性地质工作，其教学成效卓著。基于信息现代化与科技不断更新的时代环境，文章分析了新阶段地质工作方法的转变，探讨了马角坝实习教学新模式，认为学科交叉有利于培养学生的创新力以及其在新型工作条件下的适应力。同时，以学科交叉为改革方向，融入“空天地”一体化、数据集成及可视化两大改革重点，逐步形成新的教学体系，有助于培养更多创新型与复合型的地学人才。

关键词 马角坝实习；教学新模式；学科交叉

中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.8.016

馬角坝地处龙门山造山带北段，区内地质构造复杂、地质现象典型，教学路线中的地质构造、岩石地层、矿山地质环境、地质灾害等现象典型，因此，建立于此地的成都理工大学马角坝实习基地是地质教学实习的理想场所。自1960年创建以来，上万名学生在马角坝实习过程中得到了地学系统训练，加深了对理论知识的理解，并在一定程度上了解和掌握了野外地质工作的方法与技能，为后续的学习及将来从事地质相关工作奠定了基础。

1马角坝实习概况

1956年，成都理工大学（前成都地质学院）在四川省江油市马角坝地区通过地质调研，选定马角坝为地质填图教学实习基地，该基地于2013年纳入国家级地质学实践教学示范中心。马角坝实习教学内容包括野外地质踏勘、实测地质剖面、地质填图及成果编制等，并在传统工作方法上辅以无人机、Real-timekinematic（实时动态测量）、DGSS（数字地质调查软件）等现代设备，使野外地质工作向信息化、数字化迈进，同时也在探索新形势下地学实习的新手段，在具体的环境中，训练学生观察、分析、解决问题的能力，引导学生建立地球科学的思维方式。

1.1实习任务

马角坝实习任务是通过系统的野外训练及室内整合工作，使学生学会识别、描述各种地质现象，掌握地质素描、信手剖面、实测剖面、地质填图等野外工作方法和技能；将理论知识与野外实践结合，以区域地质调查为主要内容，在巩固学生理论知识、强化专业技能的基础上，培养学生吃苦耐劳、团结合作的精神，养成实事求是、科学严谨的工作态度；从板块构造运动及盆山耦合的大地构造理论入手，思考地质问题，培养学生对地质事业的热爱，勇于探索地球奥秘。逐步掌握由点到面、点面结合、将今论古等地质思维逻辑，培养学生独立思考、独立解决地质问题的能力。

1.2实习效果

至今已有上万名学生在马角坝实习基地完成地学类教学实习。实践证明，马角坝实习基地对于地质相关专业野外技能训练、理论与实践结合、地学综合素质提高等方面成效显著。实习内容较好地衔接了课堂知识，能够使学生顺利从课堂理论过渡到野外实践。实习成果与接下来的生产实习及毕业实习相连，对于学生后续毕业论文（设计）工作必不可少，也是地质单位生产过程中不可或缺的技能。经过马角坝实习后，学生能够很好地适应从学校学生到工作单位员工身份的转变，将所学技能应用于生产实际中，此外，每年都有部分地质生产单位的员工来此参加地质技能培训。

1.3实习不足

马角坝实习技能在传统地质行业的应用成效显著，但随着近年来地质行业的发展改革，工作技术手段也在更新换代。在遥感、测绘、信息科学等学科大力发展的背景下，多学科、多技术的结合应用，大大提高了地质工作的效率。相较而言，传统技术方法在当前大环境中稍显薄弱。例如，在地质制图方面，MAPGIS是底层框架，但是在制图便捷性上较为落后，如果结合MAPGIS与CAD数字化，产生的DGSS便成为应用先锋；又如在实际应用中，传统的手持式测绘仪器逐渐被测绘无人机取代。综上我们可以得到的结论是，若实习教学不寻变，长此以往，学生将难以跟上社会发展，在求职过程中也会遭遇诸多困难。基于此，马角坝实习教学改革对于学生的日后发展具有深远意义。

2学科交叉促进实践创新

交叉学科的出现一方面有利于解决当前马角坝实习所面临的问题，另一方面，也是对当前学科过度专业化的一种矫正，过于专业化的学科在某种程度上限制了自身的发展。利用学科交叉的协同创新属性对人才培养进行创新实践，是其最根本的任务之一[1]。

马角坝实习是资源勘查工程、遥感科学与技术、地理信息科学与技术等专业学生的实践课程，在该课程中学生将系统学习地层、岩石、构造等地质现象的描述方法，分析区域地质演化，绘制基础地质调查图件。学生在实习过程中可以将遥感、地信、资勘专业有机结合，在地质调查，如地质构造及地质灾害的观测方面，运用无人机或遥感影像在宏观图像上观察并捕获有效信息，利用计算机图像识别技术辅佐辨别褶皱、断层等地质构造及滑坡、崩塌等地质灾害；在资源勘查方面，可利用遥感技术与地磁场理论技术，在勘查区范围内将磁场异常区域快速圈定，结合地质实习生的现场踏勘并运用专业理论知识判别认定其是否为目标勘查资源；在室内制图方面，将遥感影像的目视解译与野外观察的典型特征结合，在数据整理时融合地信在制图方面的技术，提高学生制图的效率和质量。在室内教学活动中，虚拟现实技术可为教学活动提供便利，该技术可模拟现实场景以三维立体的形式在计算机中呈现出来，对于一些无法在地表观测的地质现象，利用虚拟现实技术创建相应的生动立体的地质体或地质构造模型，可以使学生更快速地吸收和加深理解其中内涵。

学科交叉结合不仅有利于学生深刻认识地质现象，且更能够刻画由点及面并由面反映点的动态认识过程，实习生学习的知识技能与汇交的成果也能更加丰富、成熟和完善。从学生角度来讲，学科的交叉应用将使得他们接触本专业以外的知识内容和学习到对本专业有利的相关技能，在拓宽视野的同时也能在很大程度上激发他们探索的热情以及提升他们的创新能力。从教学层面来讲，随着学科交叉的不断深入和发展趋于成熟，有望在马角坝教学实践过程中发展出一种新型高效的教学模式。

3融入新型科技方法谋可持续发展

随着计算机技术的发展与大数据的兴起，越来越多的行业领域已经开始尝试或正在与新型科技手段融合，以图可持续、更高效地发展。在地质行业领域，诸多方面也已实现与计算机技术相结合，并取得了实际成效。近年来，“空天地”一体化与数据可视化等新兴先进概念的提出，已有学者运用于地质及相关行业，如，黑河流域自然资源要素综合观测网络构建与神东矿区岩层采动损伤监测便是基于“空天地”一体化技术，在“空天地”一体化概念指导下两者皆取得了良好成效。数据可视化概念的提出及其相关技术的发展，为我们在大数据环境下处理繁杂的数据提供了一种高效便捷的技术方法。数据可视化技术概念不失为我们在处理数字信息时的一个新思路。

3.1“空天地”一体化

“空天地”一体化是基于物联网、大数据等先进技术、监测设备和通信技术进行集成，利用新技术、新方法，包括LiDAR（激光探测与测量）、InSAR（合成孔径雷达干涉）、无人机等，构建“空―天―地”一体化的监测体系。“空天地”一体化网络的本质是将原本独立的地面网络、空基网络和天基网络进行有机融合，充分利用不同网络在不同空间维度上的优势，建立可靠、灵活、高效的融合网络架构，实现一体化监测[2]。

“空天地”一体化技术现已运用于多领域中，且成效卓著。该技术在观测方面的优势主要体现为观测精度、观测效率相较于传统观测方法有显著提升，且在人力投入上也有所降低；在地质调查与资源勘查方面，“空天地”一体化监测多源数据融合方法可以满足浅埋、复杂地形及植被影像矿区的地表移动观测需求，为地质构造要素、矿产资源的分布提供实时准确的定位。在马角坝实习过程中可融入“空天地”一体化技术进行教学实践，用于教学中观测马角坝石灰石矿区地质灾害、开采影响规律等，马角坝实习在教学实践中融入遥感技术，向打造一套基于“空天地”一体化遥感影像技术的方向努力。

3.2数据集成分析及可视化

数据集成分析是指将多个数据源合并存放在一个数据存储中，从而方便后续数据的挖掘分析。数据可视化是指利用图形、图像处理，计算机视觉及用户界面，通过表达、建模、立体、表面、属性以及动画的显示，对数据进行可视化解释。数据集成分析与可视化两者具有承接关系，大数据需要集成分析，以提高数据分析的全面性、科学性及分析效率，可视化可用于数据分析结果的直观、生动展示。视觉是人类最重要的信息获取通道，人类的大脑有一半以上的功能用于视觉感知[3]，相对传统数据而言，图形内容更容易被大脑认知，通过数据可视化将原始数据转化为图形后，在减轻认知疲劳的同时，更加快对数据的理解吸收[4]。

在马角坝实习中，以资源勘查工程专业的学生为例，其主要运用的软件有DGSS、Mapgis和Surfer等，采用野外记录本记录、野外掌机定点及记录、室内电脑成图的方式进行数据搜集、整理及汇总。在学科交叉及“空天地”一体化技术发展趋于成熟的前提下，将多专业学科的优势结合，对野外观测的数据及室内资料进行数据可视化，包括图像处理、遥感影像解译、3D建模等多种计算机技术方法对地质数据加以可视化解释，进而能汇交更直观、更生动的成果。该项改革能为实践教学注入新活力并使其焕发生机，能够在实践育人、创新教育、动手能力等多个维度上发挥积极功能。

4结语

成都理工大学马角坝实习通过实践教学改革初步形成了学科交叉融合的大环境学科群。为进一步加强教学实践环节的建设，满足现代化地质行业的需求，马角坝实习需要继续深化改革，增强学生自主动手能力和独立解决问题的能力，逐步实现由理论性向综合性、创新性的转变，在此同时以学科交叉为改革方向，融入“空天地”一体化、数据集成及可视化两大改革重点，逐步形成新的教学体系，使地学人才培养模式向高科技与高质量方向发展，培养更多高素养、复合型的地学人才。

参考文献

[1]贺培凤，于琦，何小峰，等.从知识生产到认知建构：学科交叉人才培养一体化理论探讨[J].基础医学教育，2022，24（10）：806-810.

[2]张晓凯，郭道省，张邦宁.空天地一体化网络研究现状与新技术的应用展望[J].天地一体化信息网络，2021，2（4）：19-26.

[3]Matthew Ward，Georges G.Grinstein，Daniel Keim. Interactive data visualization： Foundations， techniques， and applications[M]. Natick： A K Peters， 2010.

[4]王一凡.教育數据可视化：发展历史、研究热点及典型应用[J].江南大学学报（人文社会科学版），2022，21（5）：76-88.