地质专业GIS教学

随着GIS的快速发展，GIS在石油、地质等领域的应用也越来越广泛越来越深入，GIS技术已被广泛的用在地质制图、油气勘探开发数据管理、油气资源评价、储层评价、储层建模、输油输气管线的设计和管理等应用当中，GIS已经成为辅助油气勘探开发的一个重要工具，GIS技术也逐步成为地质工作者必备的专业技能，所以在地质工程专业开设GIS专业选修课具有重要的意义。由于地质工程专业的本科生不具备地理学、测绘学相关基础理论知识，计算机基础也比较薄弱，所以对于他们的培养目标、课程内容以及上机实践内容与GIS本科专业都应有所不同。在目前的GIS教学中主要存在的问题有：GIS教材众多但多针对GIS专业，大多不适合地质工程专业的学生；GIS教材中所举应用实例较少涉及地质工程应用领域；GIS涉及内容广泛而学生掌握知识面不够；教学内容多而学时相对少；上机实践内容与专业应用环节脱节等。针对这些问题有必要根据地质工程专业的学生特点，进一步明确教学目标，并对GIS的课程内容及上机实践做相应的调整以体现专业特色。

一、教学目标

与GIS专业相比，非GIS专业受其专业特点限制，其教学的基本定位是紧密结合专业需求u，教学的目的是面向GIS系统的应用，主要是让同学们掌握GIS基本概念、基本功能以及基本原理，熟悉常用GIS软件，学会用GIS的手段分析解决专业领域问题。对于地质工程专业GIS的教学目的在于使得学生通过学习该课程，掌握GIS的基本概念、功能和组成，掌握GIS的空间数据结构，掌握地图投影的基本原理，了解空间数据的获取与预处理，掌握空间数据的分析方法，熟悉常用GIS软件，并能将GIS的原理与技术应用到地质工程领域当中。在具体的理论教学和实践教学中应充分考虑学生的专业基础和背景，对教学内容进行重新组织，补充GIS在本专业中的作用和应用并对实践上机内容进行精选。

二、教学内容组织

GIS是一门集计算机科学、信息科学、现代地理学、测绘遥感学、空间科学和管理科学等为一体的新兴边缘学科，学生学习本课程要求具备一定的地理学、测绘学(测量学、全球定位系统、遥感、地图学、计算机制图等)、计算机(软件设计基础、程序设计语言、数据库、数据结构、CAD等)等方面的基础知识和基本技能。但对于非GIS专业而言往往缺乏相应的专业背景知识，并且学时相对也较少，为了解决这一矛盾上好GIS课程，首先应针对学生的知识背景和专业的应用需求对课程内容做适当的调整和补充。分析现有的GIS教材，主要有三大类：一类是面向GIS专业的，这类教材有的侧重于地理学，强调地理事物的图形和属性表达，有的侧重于数学和计算机，强调算法和程序，这些教材全面、系统，内容深入，并被GIS专业广泛使用，但不完全适合非GIS专业；一类是针对软件操作和应用的，在理论中穿插软件操作介绍，这类教材以软件应用为目的，内容相对浅显易懂，但缺乏地质工程专业应用实例；还有一类是针对GIS应用较广泛的领域，如人口、环境、城市等，这类教材中都介绍有大量的专业应用实例，内容结构各有千秋，深浅不一，而在这些面向专业应用的教材中较少涉及石油、地质等领域，另外有少量的数字油田方面的论著，但数字油田方面的论著主要是介绍各种油田相关的信息系统框架，往往并不系统介绍GIS原理与技术。综合考虑这些教材的优缺点和针对性，笔者认为对于地质工程专业教学内容设置应遵循基础性、系统性和面向应用的基本原则，采用以GIS基本概念、功能和原理为主线，将地质工程应用实例贯穿其中的方式来组织课程内容，对与学生专业背景无关以及学生理解有困难的内容进行适当压缩甚至删减，而对与专业应用直接相关部分内容应进行适当扩充，从而满足学时的要求。笔者参考了大量的GIS教材及数字油田随1叫方面的教材，并结合相关的科研项目，在充分考虑地质工程学生专业背景的基础上，面向专业应用对课程内容进行了重新组织和补充，如表1所示。对于理论部分的深入程度可根据具体的学时在授课中灵活掌握。

三、上机实践内容设置

上机实践对于帮助学生深刻认识GIS的基本功能及提高学生实际动手能力具有重要的作用，它是GIS课程中的一个重要环节。目前GIS的实验教材虽然数量在不断增长，但大多针对GIS专业进行设置，对于非专业的GIS课程则无通用教材，往往需要自己编写。原因是这些针对GIS专业编写的教材无论从软件的选取，还是实验内容的侧重性，难易程度，实验数据与专业的贴切性等，都无法与本专业对于GIS课程的培养目标吻合，也不适合社会对本专业学生的需求。对于非GIS专业首先应根据专业应用选择适合的软件，目前市面上流行的GIS软件，国外的有ArcGIS、Maplnfo等，国内的有MapGIS、SuperMap等，对于地质工程专业可选择ArcGIS和MapGIS作为上机实践软件，因为目前在油田上这两个软件应用得最广泛。上机实践的学时设在l0个学时比较合理，上机内容设置的基本原则是既要与课堂理论知识紧密结合，又要考虑与专业应用相结合。上机内容的选取以GIS的基本功能为主线，与专业应用的结合则体现在试验数据的选取及试验过程的设计上。另外，笔者在实践教学中发现很多实习指导书中所用的术语与教材中所用的术语往往不一致，这样会给学生造成概念上的混乱以及理论和实践的脱节，所以在编写实验指导书的时候还应注意实习中出现的术语要尽量与课堂教学中所用的术语保持一致，或者要对学生明确。例如在数字高程模型中由离散点生成用规则格网表达的数字高程模型，在课堂理论的教学中把这个过程称为规则格网的生成，而在很多实习指导书中则把其叫做栅格表面的生成；再例如课堂教学中所说的栅格数据的叠加在软件中往往是通过栅格的统计和计算来完成的，而并不是直接有一个栅格叠加的工具，对于这一点在教学和上机实践中应向学生明确。针对地质工程的专业特点，以ArcGIS9．2为例，上机实践内容、实习目的、实习数据和要求设置如表2所示，实习数据的选用尽量面向专业应用。

四、结论

随着地理信息系统的广泛应用，很多非GIS专业相继开设了地理信息系统课程，做好非GIS专业的GIS教学对于GIS的理论发展和应用推广以及社会化普及具有重要的意义。本文以石油院校地质工程专业为例，从教学目标定位、教学内容设置、上机实践内容设置以及课后作业等方面进行了探讨，以期提高GIS的教学效果并促进GIS的普及和发展。