張夏林，張曉軍，李章林，翁正平，綦 廣，吳沖龍，柳在湖

1.中國地質(zhì)大學（武漢）計算機科學學院，湖北 武漢 430074；2.中國地質(zhì)大學（武漢）資源學院，湖北 武漢 430074

“GIS技術(shù)及其在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用”課程案例教學方法探討

張夏林1，張曉軍2，李章林1，翁正平1，綦 廣1，吳沖龍1，柳在湖1

1.中國地質(zhì)大學（武漢）計算機科學學院，湖北 武漢 430074；2.中國地質(zhì)大學（武漢）資源學院，湖北 武漢 430074

信息技術(shù)應(yīng)用于礦產(chǎn)資源調(diào)查是大勢所趨。在礦調(diào)班開設(shè)的“GIS技術(shù)及其在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用”課程教學中，按16學時講課和24學時實習劃分教學模塊，選擇膠東礦集區(qū)作為教學案例，并采用案例教學方法，分5單元完成課程教學，取得了較好的教學效果，探討了培養(yǎng)既掌握地質(zhì)又熟悉計算機的復合型礦調(diào)人才的教學方法。

GIS技術(shù)；案例教學；人才培養(yǎng)；地礦勘查；信息化

一、課程設(shè)置背景及教學目的

為適應(yīng)我國目前資源大調(diào)查與地質(zhì)勘查工作的急需，中國地質(zhì)大學（武漢）于2007 年在資源勘查工程專業(yè)開辦了“固體礦產(chǎn)資源調(diào)查與開發(fā)方向（礦調(diào)）”班。針對礦調(diào)工作特點，在我校礦調(diào)班的培養(yǎng)計劃中，實踐教學環(huán)節(jié)的學分占到了總學分的34.2%[1]。作為一種指向性、專業(yè)性很強的人才培養(yǎng)方式，礦調(diào)班最大特點是通過長時間在生產(chǎn)單位參與一線重點項目來培養(yǎng)學生專業(yè)素質(zhì)，從制度上確保畢業(yè)生面向行業(yè)就業(yè)?！癎IS技術(shù)及其在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用”課程是在礦調(diào)班開設(shè)的一門專業(yè)必修課程，以介紹目前礦產(chǎn)勘查中普遍使用GIS技術(shù)基本理論方法及應(yīng)用和基于GIS技術(shù)的礦產(chǎn)預測方法為主要教學內(nèi)容。

資源勘查、開發(fā)以及地球科學領(lǐng)域各專業(yè)的工作過程，從本質(zhì)上講都是信息的獲取、處理、解釋和應(yīng)用的過程[2]。從野外數(shù)據(jù)采集到室內(nèi)數(shù)據(jù)綜合整理、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理、圖件編繪、成果分析與解釋、資源預測與評價，再到工作成果的保存、管理使用和出版印刷，甚至資源勘查開發(fā)工作的科學管理與決策等等，無一不與信息技術(shù)緊密相連。礦產(chǎn)勘查，從普查、詳查到勘探，實質(zhì)上是一個找礦信息逐漸獲取和風險不斷減小，而投資相對增加的過程。礦產(chǎn)勘查經(jīng)歷了經(jīng)驗找礦、理論技術(shù)找礦等漫長歷程后，目前進入以信息找礦為特征的科學勘查階段?，F(xiàn)代科學技術(shù)，主要在以下兩個方面為礦產(chǎn)勘查提供支撐：一方面為現(xiàn)代地球科學提供了礦床的形成、分布及其地質(zhì)特征等方面的知識，它們是建立礦床的成礦模式和找礦模型的基礎(chǔ)；另一方面，現(xiàn)代探測技術(shù)為識別礦床的存在提供了海量的地學探測數(shù)據(jù)，而現(xiàn)代信息處理技術(shù)為從這些海量的地學探測數(shù)據(jù)中進一步提取“診斷性”找礦信息，進而建立找礦模型、定量圈定找礦靶區(qū)并評價其資源潛力提供了強有力的手段[3]。因此礦調(diào)專業(yè)方向的學生一方面要有扎實的地質(zhì)、找礦基礎(chǔ)知識和技能，另一方面要掌握以GIS為代表的信息技術(shù)。

本課程教學目的就是讓礦調(diào)本科三年級的學生在先修的地質(zhì)專業(yè)課程和計算機類基礎(chǔ)課程基礎(chǔ)上，學習和掌握GIS技術(shù)基本理論和方法，及其在資源勘查中的應(yīng)用現(xiàn)狀。掌握用GIS技術(shù)進行基礎(chǔ)地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)，提取多源找礦信息，構(gòu)建找礦模型和進行找礦靶區(qū)圈定的流程和方法。對礦調(diào)專業(yè)的本科學生學習和掌握主流的信息技術(shù)，并在后續(xù)學習過程中結(jié)合專業(yè)課程形成特色知識體系，以及在畢業(yè)后的專業(yè)工作過程中應(yīng)用GIS等技術(shù)解決專業(yè)問題都具有重要的作用。

二、課程內(nèi)容安排

圍繞上述教學目的，本課程分為兩大模塊—課堂教學模塊和實驗教學模塊。課堂教學和實驗教學有機結(jié)合，共分為5個學習單元。 第一單元緒論部分；第二單元地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建立；第三單元多源找礦信息提取與分析；第四單元成礦預測模型及其應(yīng)用；第五單元GIS技術(shù)在資源勘查中的應(yīng)用。

本課程為專業(yè)必修課，定位為以結(jié)合專業(yè)，解決礦產(chǎn)資源調(diào)查中實際動手能力的培養(yǎng)為主，輔之以必要的基本理論知識。因此課程教學設(shè)計時，總體上采用了案例教學的指導思想。整個課程40個學時，安排了16個學時的課堂教學，每兩學時一次課，共計8次課堂教學。主要圍繞案例講解必要的基礎(chǔ)理論和知識，服務(wù)于實習課，同時做必要的知識拓展和“找礦就是找信息，預測就是處理信息” 的信息化理念灌輸。其余的24個學時均為實習課，每四個課時一次實習，共計6次實習課。

三、課程教學方法探討

1.案例選擇

課程選擇了膠東礦集區(qū)作為貫穿始末的教學案例，理論教學和實習課都圍繞本案例展開。膠東礦集區(qū)大地構(gòu)造位置屬濱太平洋成礦帶膠東隆起，處在環(huán)太平洋成礦帶內(nèi)，屬濱太平洋成礦帶西部，中—新生代大陸活動邊緣，總體上是構(gòu)造、巖漿、變質(zhì)及成礦作用頻繁而劇烈的活動帶，有大量的金礦床已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，是我國金礦的集中分布區(qū)之一。課程教學組成員在膠東礦集區(qū)做過詳細的資源勘查與評價工作，收集了該區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)、構(gòu)造，地球化學，地球物理勘探，各級別金礦床分布的詳細資料，掌握有翔實的成礦預測資料。該區(qū)控礦因素明確，成礦規(guī)律較清晰，且有一定的科研工作成果支撐，適合用作教學案例。

2.案例教學過程

該課程的教學，就是要針對礦調(diào)專業(yè)的本科學生教授地理信息的基礎(chǔ)知識，并圍繞礦調(diào)工作業(yè)務(wù)流程，教會學生在各個環(huán)節(jié)使用GIS技術(shù)，解決地質(zhì)問題?；诖耍o學生提出4個學習目標：（1）學習一種技術(shù)，即掌握基本的GIS理論方法和技術(shù)；（2）學會一些方法，即學會基于GIS的礦產(chǎn)資源預測與評價的流程，方法和技術(shù)；（3）建立一種思維方式，即信息化思維，將資源勘查問題可以劃歸為計算機信息技術(shù)的問題求解；（4）了解一些動態(tài)，即了解GIS在礦產(chǎn)資源勘查中的發(fā)展動態(tài)，掌握GIS在資源勘查領(lǐng)域國內(nèi)外研究及發(fā)展狀況。

圍繞以上教學目的，教學組經(jīng)過充分研討，認為該課程應(yīng)注重實踐教學，在后期實習和學習中，學生可以根據(jù)掌握的知識，自主地探究成礦預測的過程和結(jié)果，故案例教學的思想和方法比較適合該課程的教學。案例教學[4]是由美國哈佛法學院前院長克里斯托弗·哥倫布·朗代爾（C C Langdell）于1870年首創(chuàng)，后經(jīng)哈佛企管研究所所長鄭漢姆（W B Doham）推廣，并從美國迅速傳播到世界許多地方，被認為是代表未來教育方向的一種成功教育方法。20世紀80年代，案例教學引入我國，并在教學實踐中取得了較好的效果。

因此，本課程教學中部分吸取和融合了案例教學方法。具體教學過程如下。

（1）第一單元為課程宏觀認知部分，四個學時的緒論課堂教學。主要講解本課程的教學目標、要求、學習方法及課程知識體系在整個礦調(diào)課程中的地位意義；簡介貫穿始末的膠東礦集區(qū)案例；講解GIS技術(shù)及其在礦產(chǎn)勘查中應(yīng)用的國內(nèi)外發(fā)展歷史及現(xiàn)狀；GIS在礦產(chǎn)勘查中應(yīng)用的主要流程。給出必要的閱讀參考資料。通過第一單元的教學，要求學生掌握課程的大致脈絡(luò)和要求，理解本課程的學習方法。

（2）第二單元地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建立，包括兩次課堂教學和三次實驗室實習。第一次課堂教學的內(nèi)容為GIS地質(zhì)制圖與空間數(shù)據(jù)編輯，配一次實習課，即實習一“GIS地質(zhì)制圖技術(shù)及地質(zhì)空間數(shù)據(jù)編輯與變換”。第二次課堂教學講解空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計與空間分析，配二次實習課，即實習二“地質(zhì)空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計與建立”和實習三“地質(zhì)數(shù)據(jù)空間分析”。在這一單元的教學中正式引入案例。課堂上圍繞案例數(shù)據(jù)制作，講解清楚地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立的內(nèi)容、方法和過程后，在實習課上給出膠東礦集區(qū)案例的基礎(chǔ)地質(zhì)、地球化學、地球物理勘探、礦點等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和配套制作數(shù)據(jù)完善的軟件操作手冊。要求學生結(jié)合課堂教學學習到的GIS制圖和空間數(shù)據(jù)制作和編輯知識，完成預測區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的制作和準備，建立起空間數(shù)據(jù)庫。教學和實習中鼓勵學生獨立思考，克服傳統(tǒng)的教學只告訴學生怎么去做與繁瑣復雜的軟件操作過程乏味無趣的缺點。實習中只提具體的目標，不告訴學生每一步具體怎么辦，給出足夠的參考資料和學習資料，讓學生自己去學習、去思考、去創(chuàng)造。實習中將學生分成固定的小組，小組內(nèi)部協(xié)作，小組之間競賽，使得相對枯燥的地質(zhì)空間數(shù)據(jù)制作和編輯變得生動活潑。空間庫建立后，各組派代表交流實習經(jīng)驗，評價各組完成的效果。通過這種經(jīng)驗的交流，一是可取長補短、促進學生交流能力的提高，二是起到一種激勵的效果。大家都有了超越他人的內(nèi)動力，從而積極進取、刻苦學習。

（3）第三單元多源找礦信息提取與分析，分兩次課堂教學和兩次實習課。第一次課堂教學講解找礦信息GIS提取的主要流程與具體方法；第二次課堂教學介紹找礦信息提取的實例；配兩次實習，即實習四“地質(zhì)找礦信息提取與分析”和實習五“地球物理、化學找礦信息提取與分析”。本單元的教學是將GIS與礦產(chǎn)資源預測結(jié)合起來的關(guān)鍵。課堂教學中，講清楚基于前期制作的預測區(qū)空間數(shù)據(jù)，提取找礦信息的基本內(nèi)容、步驟與方法，并剖析實例。在實習過程中就引導學生將知識提升為能力，分組獨立協(xié)作完成成礦信息的提取，既鞏固和深化了上一單元GIS軟件應(yīng)用能力，又為后期靶區(qū)預測制作準備了數(shù)據(jù)。有了成礦預測的知識不等于就具備了實際的成礦預測能力，本課程注重知識轉(zhuǎn)化為能力的培養(yǎng)。礦產(chǎn)資源調(diào)查和礦產(chǎn)資源預測本身是重實踐重效益的，如果學生只是注重學習書本的死知識而忽視實際能力的培養(yǎng)，在今后從業(yè)過程中就會紙上談兵，難以適應(yīng)礦調(diào)行業(yè)對人才的要求。而案例教學正是為此而生，為此而發(fā)展的，可以凸顯實踐能力的培養(yǎng)。

（4）第四單元成礦預測模型及其應(yīng)用，主要分兩次課堂教學和一次實習。第一次課堂教學講解成礦預測中的證據(jù)權(quán)模型及其應(yīng)用實例，第二次課堂教學講解找礦信息量法及其應(yīng)用；配一次實習課，即實習六“證據(jù)權(quán)法礦產(chǎn)資源預測”。本單元是整個課程的核心和綜合應(yīng)用部分，要求學生一方面學會兩種代表性的定量成礦預測的方法，另一方面結(jié)合實習，實際完成案例要求的該區(qū)金礦的靶區(qū)預測。事實上，預測的結(jié)果可能用不同的方法，或選用不同的模型及參數(shù)，會得出大相徑庭的結(jié)果。但教學中不強調(diào)結(jié)果的統(tǒng)一性，只要過程合理，能出結(jié)果，能合理解釋就可以。在該教學過程中注意加強雙向交流。傳統(tǒng)的教學方法老師講、學生聽，聽沒聽、聽懂多少，要到最后的考試后才知道，而且學到的多是死知識。采用案例教學，針對該預測案例，學生自始至終，要一步步先進行消化，然后查閱各種他認為必要的理論知識。這無形中加深了對知識的理解，而且是主動進行的。捕捉這些理論知識后，學生還要結(jié)合前期制作完成的礦區(qū)數(shù)據(jù)資料，經(jīng)過縝密地思考，提出解決問題的方案并實施方案，各小組得出自己的最終預測靶區(qū)，寫出預測報告，這一過程是一種能力升華。同時學生在課堂學習和實習中隨時會提出各種問題。需要教師給以引導，這也促使教師加深思考，根據(jù)不同學生的不同理解補充新的教學內(nèi)容。尤其實習過程中，學生受計算機軟件操作經(jīng)驗和礦產(chǎn)預測經(jīng)驗的雙重限制，往往會碰到各種各樣的問題，例如方法的選擇，具體預測參數(shù)的確定，結(jié)果的表達，結(jié)果的解釋等等問題。需要隨時跟老師溝通，這種雙向的教學形式對教師也提出了更高的要求。

（5）第五單元GIS技術(shù)在資源勘查中的應(yīng)用，介紹數(shù)字礦山中GIS技術(shù)。本單元的教學旨在拓展學生的視野，講解GIS技術(shù)在礦山勘查中除資料管理、編圖制圖、成礦預測之外的其他應(yīng)用。結(jié)合目前快速發(fā)展的數(shù)字礦山技術(shù)，介紹GIS技術(shù)，尤其是三維GIS在礦山預測、勘探、開采設(shè)計、采礦過程管理等方面的應(yīng)用[5]。避免學生形成只見樹木不見森林的狀況，誤以為GIS技術(shù)只能用于解決教學涉及的問題，以此拓展學生的視野。

3.效果評述

經(jīng)過以上教學過程，期末的上機測試和課程報告考核結(jié)果表明：課程結(jié)束后90%以上的學生對GIS軟件的操作都基本熟練；對將GIS技術(shù)應(yīng)用于礦產(chǎn)資源勘查的必要性和重要性有了深刻理解；對GIS應(yīng)用與勘查和資源預測的流程與方法基本掌握；能夠完整地完成從數(shù)據(jù)收集、制作、編輯到分析、預測的全流程的基本操作；認同了“找礦就是找信息”的觀念。達到了學以致用，學能致用的效果。在課程結(jié)束后，甚至一兩年后，選修該課程的學生、參加實際生產(chǎn)工作與科研項目或者上研究生，他們還經(jīng)常通過該課程QQ群交流平臺相互或者直接向老師咨詢一些GIS相關(guān)的問題，也有提出三維建模等等更深層次應(yīng)用問題的學生。說明他們確實把學到的知識技能應(yīng)用到了實際的工作和研究中了。

這是一門年輕的課程，經(jīng)過兩年的教學實踐，筆者踐行了案例教學方法，取得了一定的效果。但是也還有很多需要在今后的教學過程中不斷總結(jié)、發(fā)現(xiàn)和解決的問題。例如選擇或者開發(fā)更適合該課程的軟件系統(tǒng)，制作和不斷完善案例數(shù)據(jù)，進一步將更多更豐富的成礦預測方法引入到課程和實習中。今后的教學中要進一步完善案例教學體系，培養(yǎng)更多的高質(zhì)量、既懂地質(zhì)又懂計算機的復合型礦調(diào)人才。

[1]歐陽建平，徐紹紅，侯志軍.地質(zhì)類人才培養(yǎng)的思考與探索—以中國地質(zhì)大學（武漢）為例[J].中國地質(zhì)教育，2009，(4):20-23.

[2]吳沖龍，汪新慶，劉剛，等.資源信息系統(tǒng)教程[M].北京：地質(zhì)出版社，2004.

[3]陳永清，陳建國，汪新慶，等.基于GIS礦產(chǎn)資源綜合定量評價技術(shù)[M].北京：地質(zhì)出版社，2008。

[4]王玉東.案例教學：哈佛商學院MBA教育的基本特征[J].大學教育科學，2004，(3)：87-90.

[6]張夏林，吳沖龍，翁正平，等.數(shù)字礦山軟件(QuantyMine)若干關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用[J].《地球科學—中國地質(zhì)大學學報》，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。

張夏林,男,副教授,主要從事地學信息技術(shù)和數(shù)字礦山方面的教學和科研工作。

book=142,ebook=142