采矿工程专业开设地理信息系统课程的必要性及教学模式设计

王晓红，王 政，刘亚静，郭力娜

(河北联合大学矿业工程学院，河北唐山063009)

采矿工程专业开设地理信息系统课程的必要性及教学模式设计

王晓红，王 政，刘亚静，郭力娜

(河北联合大学矿业工程学院，河北唐山063009)

地理信息系统;采矿工程;教学改革;教学模式

随着矿山数字化的不断推进，矿山地理信息系统的迅速发展使得地理信息系统在采矿工程中发挥着越来越重要的作用，采矿工程技术人员具备一定的地理信息知识与技术已经成为必要。分析了(GIS)课程在采矿工程专业开设的必要性，介绍了GIS课程的特点，从GIS与具体行业相结合的角度出发，对GIS在该专业的课程内容设置、教学方法以及兴趣和能力培养等方面做了教学改革与优化实践等方面的探讨。

地理信息系统(Geographical Information System，GIS)自20世纪60年代兴起，经过50多年的发展，GIS已经成为各个行业广泛应用的技术，美国劳工部将其列为未来最具有发展前景的学科和行业之一。虽然我国在GIS领域的起步比较晚，但是发展速度快，且已列入我国今后优先发展的四大产业之一［1］。随着信息科技的不断推进，各行各业对信息技术的需求也在增强，行业发展对GIS的要求和标准也不断提高，从而推动了GIS专业人才需求的增加。目前我国很多高校都开设有GIS课程，尤其是对应用性较强的学科如采矿工程、安全工程、测绘学等专业更有必要开设此课程，但是由于GIS课程的学科交叉性强的特点，使得这些非GIS专业的学生在学习该课程时觉得抽象难以深入理解，而应用也无从下手，感觉和自己所学专业联系不大，所以非GIS专业的GIS课程设置与教学方法等也有待改革和进一步优化。该文将从采矿工程专业开设GIS课程的必要性入手，对GIS在该专业的课程设置和教学优化与实践等方面进行剖析。

一、GIS课程在采矿工程专业中的开设必要性

采矿工程专业是一门专业性很强的综合学科，不但要有采矿学、岩体力学等主干学科，又有众多相关学科的支持。其主要研究矿区开发规划、矿山(露天、井下)设计、矿山安全技术及工程设计、监察、生产技术管理科学的基本理论与技术，并研究利用这些技术为矿山开采工程、工业和人类生活中应用服务。但是传统的矿山开采不管是在地质及矿产资源信息的查询，还是露天运输以及安全监测方面都存在处理速度和效率低下，工作周期长，完全适应不了信息社会中所要求的快捷、精确提供所需信息的要求。GIS从起步到现在，已被广泛应用于环境、资源、土地、工业等各个领域，随着信息技术的跨速发展，GIS在采矿工程中的应用也越来越广泛。尤其是数字矿山的提出，使得矿山地理信息系统(MGIS)也得到了极大的发展，它是将GIS用于矿山的区域性地理信息系统，利用GIS强大的地理数据分析功能，为矿山规划、生产、设计以及辅助决策提供强有力的支持。GIS在矿业中的应用主要包括矿山空间数据库系统、预测评价分析系统、以及三维矿山GIS和网络矿山GIS，它将深刻改变传统的采矿生产活动和从事采矿人员的生活方式［2］。

(一)GIS在成矿预测中的应用

随着找矿难度的加大，资源勘查工作要求在以下两方面有所突破，首先要掌握资源的成矿条件及规律，而且要深入了解各类矿床形成的地质环境、分布规律及产出特征;其次是加强找矿方法技术研究，有针对性地开发识别、加工分析和解释海量找矿信息的方法和工具以便获取新的以及更多和更精确的勘查数据。GIS依据多元地学变量空间信息进行成矿预测及综合研究的新技术已成为多元信息深层次提取与综合，实施综合信息成矿预测的有效工具，目前已近更广泛用于各类矿藏的预测［3-5］，如马曙光等利用GIS系统来预测海南石碌铁矿成矿，韩绍阳等建立了基于GIS的西北多源勘查信息数据库，用于西北部砂岩型铀矿的综合预测［6-7］。

(二)GIS在采矿安全监测及露天运输中的作用

随着GIS技术的不断成熟，GIS在采矿工程中的应用也越来越广，国内外许多学者已经开发设计GIS用于采矿的安全监测，如! alap等开发设计了GIS为基础的建设安全监测、维护监控以及应急三个层次的煤矿井下安全管理系统，Stracher等开发的煤矿火灾安全GIS系统，可以在最短的时间内捕捉到灾害的发生［8-9］。我国的冯居易学者设计了GIS的露天矿车辆运输监控系统，能够实现电子地图、车辆定位监控、历史轨迹管理、车辆调度、车辆信息管理等功能，而且在某钼矿的应用中，系统运行状况良好，实现了对露天矿车辆的实时监控和调度［10］。

综上可以看出，GIS技术已经融入到矿产工作的各个环节中，对于采矿工程专业的学生而言，现代技术的发展，要求矿业工作者从原来单一简单的工作模式向综合开发、管理、使用信息化的工程师转变，因此对于采矿及相关学科的技术人员在以计算机为基础的信息科学尤其是GIS技术方面提出了更高的要求，具备GIS的基本理论知识，掌握GIS的应用对于提高采矿及相关专业学生从业能力是有重要的意义。

二、采矿专业GIS课程教学优化探讨

(一)课程内容的精细化与定向化

地理信息系统是一门典型的交叉边缘学科，涉及的知识范围广，知识点多，分散度高，对于非地理信息专业的学生，要求学生深入系统学习地理信息系统原理等理论课程有一定难度，而且受课时量所限，因此对于课程大纲及内容设置要有所取舍。在基础课程中要求学生了解GIS的发展历史、现状的同时掌握GIS的基本理论知识。以“地理信息系统原理”为例，对于专业本科一般是安排一般在60～80学时，而对于采矿专业，作者认为以32学时左右即可，主要以“空间数据结构”，“空间数据处理”，“空间分析原理与方法”的章节内容为主体，穿插基本概念及发展趋势等内容，让学生在学习起来有的放矢。

另外还要根据采矿专业特点，结合GIS应用，如向学生指出矿山数据可以通过GIS软件转换成矢量数据，获得成图，并且利用GIS软件也可以方便数据的管理、查询，这样就能大大激发学生的学习兴趣和动力。例如在“GIS软件应用”课程，应该是采矿工程专业的学生的重点课程，在这门课程中要求学生至少掌握2种以上主流软件的应用。在教学过程中，要突出GIS软件的可视化表达和空间分析方法，并重点突出各软件的区别与联系以及相互之间的数据结构和数据转换关系，掌握地理坐标系统的建立方法和空间数据的量算及空间统计分析方法，具有运用GIS空间分析理论和方法分析、评价具体地理空间问题的初步能力，同时要了解二维和三维栅格及矢量数据的空间分析方法，使学生对GIS软件应用和对地理信息的理解上一个更高的层次。

“GIS的设计与开发”课程对于采矿专业的学生比较陌生，该课程要求有足够的计算机基本知识以及计算机语言基础。因此，要着重介绍GIS设计的思路、方法与模式，使学生在掌握框架的基础上，再进行深入学习GIS开发设计［11-12］。

(二)教学方式的多元化

对于GIS的理论抽象不易理解，为了调动学生的学习兴趣，应该在初次上课的时候为同学们提供几个与生活相贴近又可以提高兴趣的GIS网站和书刊等(如Googl Earth，电子地图、矿山GIS等)，让学生除了课堂时间以外，可以充分利用业余时间拓展自己在GIS方面知识范围，同时培养自己的兴趣爱好。在教学方式上，要充分利用多媒体的教学优势，采取讲解、现有产品演示、课堂讨论等多种形式相结合的方式，培养学生综合全面、突出重点、注重逻辑联系的思维和学习方法。例如对于“矢-栅”转换不要求学生计算，因为软件可以进行处理，但要让学生明白其中的原理。

对于GIS软件应用课程，应该注重实验课教学以及课程设计。对于采矿专业本科生来说，毕业后接触GIS软件的第一项任务就是GIS软件的应用，因此这类课程的掌握程度的好坏直接反应了学生应用能力的强弱。在这里采用上机实验、案例分析与演示以及主题讨论的教学方式是很好的。实验课是采矿这样非地理信息系统专业学习GIS应用的重要环节，上机实验课程建议与理论讲授课程按1:1的比例配置，这一环节通过对软件的实际操作帮助学生将理论与实践联系在一起，教师在实验的讲解中要注重思路的启发，细节可以不必讲得过于仔细，这样更可以激发学生的探索能力。通过目前矿山中应用的GIS软件介绍对于采矿专业应该侧重哪些方面的GIS应用技能的训练与提高。例如，GIS在成矿预测中的应用，主要包括3个步骤，即数据的采集与建库、GIS成矿预测空间模型的建立以及成矿预测区的圈定，不仅要学生掌握一般的GIS的应用方法，更要结合专业特色，注重与本专业结合后GIS的特有特点，在矿山数据的采集与处理中应注意与其他和种类数据的区别，如矿床分布、断层延伸等数据要转换成GIS所能识别的点、线文件，而出露层要处理成面文件。对于课程设计应该在基本知识的基础上有所深入，题目可以有学生根据自己感兴趣的某一方面来拟定，深度有指导教师来点拨，大家可以通过小组式的方式来共同完成某一个具有一定难度的课程设计。

(三)考核方式的改革

大学课程的考试形式比较单一，甚至有些课程是在教师规定的范围内进行考核，这样既不利于学生对知识的掌握也达不到预期目的，尤其是对于GIS这样应用性强的专业课程，单凭试卷答题方式是很难评定和考核一个学生对于知识的掌握以及技能的驾驭能力的。尤其是采矿类专业的学生更要注重应用能力的实现。因此，对于采矿专业的GIS课程可以采用分段加权的方式进行考核(如出勤、平时表现、课堂作业、实验作品、课程设计等)，要注重平时作业的完成，尤其是上机实验课程的作业以及课程设计不但要看完成的数量，还要看完成的质量，对于有创新思路的任务可能在完成情况上并不是很好，但是却是自己独特的思路和想法，这样也是值得鼓励的。

(四)走出课堂，积极实践

对于GIS这样应用性很强的课程，除了课堂考核，最重要也是最有效的检验方法就是看学生是否能够将课程所学融入到自己的专业中去。对于采矿专业的学生可以和矿山企业进行合作，让学生深入到自己的行业内部，通过参与企业的GIS相关实践如数据处理、模型建立等即可以提高学生操作和动手能力，提高专业的应用水平，同时又可以为企业提供业务成品，实现校企双赢。另一方面，鼓励学生参与有各大GIS软件公司开展的技能竞赛，提高学生的学习热情，激励学生的自我创新意识。

三、结 语

随着信息技术的不断发展，以及GIS在矿山相关行业应用的日渐深入，GIS课程的开设对于采矿专业的学生有着辅助提高学生从业能力的重要作用。结合自己的专业特点，调整教学思路与教学方式，提高GIS的教学水平，培养具备信息化技能的高素质矿业人才。

［1］ 刘兴权，谢树春，赵玲，等．面向21世纪GIS专业课程体系及设置方案［J］．地理信息世界，2003，1(4):13-18．

［2］ 僧德，李仲学，张顺堂，等．数字矿山系统框架与关键技术研究［J］．金属矿山，2005，12，47-50．

［3］ 陈建平，陈勇，王全明．基于GIS的多元信息成矿预测研究—以赤峰地区为例［J］．地学前缘(中国地质大学(北京):北京大学)，2008，15(4):18-26．

［4］ 黄海峰，姚书振，丁振举．基于GIS的证据权重法在成矿预测中的应用——以甘肃省岷县—礼县地区的金矿预测为例［J］．地质科技情报，2003，3:97-102．

［5］ 黄海峰．GIS在成矿预测中的应用［J］．贵州地质，2003，20(3):160-165．

［6］ 马曙光，李继宏，郑宗莱，等．GIS系统在海南石碌铁矿成矿预测中的应用［J］．地质与勘探，2009，45(6):716-721．

［7］ 韩绍阳，侯惠群，柯丹，等．［J］．基于GIS的鄂尔多斯盆地西北部砂岩型铀矿的综合预测［J］．世界核地质科学，2005，22(4):221-230，235．

［8］ ?alap S，Karslolu M O，Demirel N．Development of a GIS-based monitoring and management system for underground coal mining safety［J］．International Journal of Coal Geology，2009，80(2):105-112．

［9］ Stracher G B，Taylor T P．Coal fires burning out of control around the world:thermodynamic recipe for environmental catastrophe［J］．International Journal of Coal Geology，2004，15(1-12):7-17．

［10］ 冯居易．基于GIS的露天矿车辆运输监控系统［J］．电子设计工程，2009，17(4):87-89．

［11］ 周丽娜，谢树春．测绘工程专业中GIS课程的教学改革探讨［J］．地理空间信息，2007，5(5):124-126．

［12］ 黄木易．非GIS专业地理信息系统课程教学改革及优化实践［J］．现代农业科技，2011，10:11-12，16．

Discussion of Necessity on GIS Courses for the Mining Engineering Major and the Design of Teaching Model

WANG Xiao-hong，WANG Zheng，LIU Ya-jing，GUO Li-na
(College of Mining Engineering，HeBei United university，Tangshan Hebei 063009，China)

GIS;Mining Engineering;teaching reform;teaching model

The geographic information systems play an increasingly important role in the mining engineering with continuous advance of digital mine and the rapid development if the mining geographic information system．It has become necessary for technical staff to have certain knowledge and technology of GIS．In this paper，the necessity of GIS courses for mining engineering major students was analyzed．The Characteristics of the GIS teaching was introduced．The author discussed GIS teaching reform and practice optimization for mining engineering major in course content，teaching methods，interest and capacity-building，from the perspective of the combining GIS with the industry-specific．

G642．0

A

2095-2708(2012)04-0068-03

2012-05-03