基于3S技術(shù)的自然地理野外實(shí)踐教學(xué)改革的研究

基于3S技術(shù)的自然地理野外實(shí)踐教學(xué)改革的研究摘要:自然地理野外實(shí)踐是自然地理教學(xué)重要的組成部分,是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的教學(xué)過(guò)程。本文在對(duì)傳統(tǒng)野外實(shí)習(xí)現(xiàn)狀、存在問(wèn)題進(jìn)行分析和歸納的基礎(chǔ)上,以秦皇島柳江盆地野外實(shí)習(xí)基地為例,借助3S空間信息技術(shù)并結(jié)合我校自然地理野外實(shí)習(xí)的情況,探討區(qū)域野外實(shí)踐教學(xué)模式改革,進(jìn)而全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì),也可為高等院校自然地理野外實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)與實(shí)施提供參考。自然地理學(xué)是研究地球表面的自然環(huán)境的特征、發(fā)生、發(fā)展和分布規(guī)律的一門(mén)學(xué)科,其課程內(nèi)容具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和綜合性。自然地理野外實(shí)習(xí)內(nèi)容主要涉及地質(zhì)與地貌、土壤、植物、水文、氣候等自然地理要素,是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)最重要的途徑。就目前而言,自然地理學(xué)正處在由定性到定量的轉(zhuǎn)變,由經(jīng)驗(yàn)科學(xué)到實(shí)驗(yàn)科學(xué)的轉(zhuǎn)變時(shí)期,且其傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)存在一些弊端,使其不能充分地發(fā)揮自然地理野外實(shí)踐的作用,需要進(jìn)行指導(dǎo)方法的改進(jìn)。隨著空間信息技術(shù)不斷的發(fā)展,以“3S”技術(shù)為代表的空間信息獲取與處理技術(shù)已在地學(xué)各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,由于自然地理學(xué)的野外實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)具有明顯時(shí)空分布特點(diǎn),因此,將3S技術(shù)引入到自然地理野外實(shí)習(xí)中,采集更加精準(zhǔn)的野外觀測(cè)數(shù)據(jù),表達(dá)一些野外看不到或不明顯的地質(zhì)現(xiàn)象,進(jìn)而豐富野外實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容,在改變傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式的基礎(chǔ)上,促使學(xué)生綜合素質(zhì)的全面提高。一、研究區(qū)域概況實(shí)習(xí)區(qū)秦皇島市撫寧縣境內(nèi)的柳江盆地,其地理位置為E119°30′-119°40′,N40°2′-40°13′,位于秦皇島西北部,南起黑山窯村,北至義院口,長(zhǎng)約15km,東起張崖子西至伍莊,寬約12km,總面積180km2,盆地中心距秦皇島市區(qū)23公里,屬暖溫帶季風(fēng)氣候,降雨多集中于七、八兩月,且多以暴雨形式存在,盆地內(nèi)的主要水系為大石河。各地質(zhì)時(shí)代的地層具有區(qū)域代表性且連續(xù)出露。巖石類(lèi)型較齊全,各類(lèi)地質(zhì)構(gòu)造清晰直觀,外動(dòng)力地質(zhì)作用較多,是一個(gè)非常理想的地質(zhì)實(shí)習(xí)場(chǎng)所,成為具有重要科學(xué)價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的地質(zhì)遺跡區(qū),被譽(yù)為“中國(guó)國(guó)家地質(zhì)公園”。二、研究方法由于地理野外實(shí)踐教學(xué)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,本文根據(jù)此特點(diǎn),通過(guò)點(diǎn)、線、面相結(jié)合,結(jié)合“3S”技術(shù),完善并改進(jìn)沿途考察、記錄的自然地理野外實(shí)習(xí)方法,其具體的過(guò)程如下:首先收集實(shí)習(xí)區(qū)域的基本資料,如地質(zhì)地貌圖、植被分布圖、地形圖和部分遙感影像等資料等。然后借助地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件,將部分柵格地圖通過(guò)矢量化存儲(chǔ)為矢量數(shù)據(jù),利用矢量化后的地形圖建立實(shí)習(xí)區(qū)的數(shù)字高程模型,借助部分遙感(RS)數(shù)據(jù),結(jié)合實(shí)習(xí)的研究的主題和考察目標(biāo),特別是針對(duì)一些重點(diǎn)的自然地理現(xiàn)象,設(shè)計(jì)安排野外實(shí)習(xí)線路,借此培養(yǎng)學(xué)生的綜合觀察能力。其次,在整體了解實(shí)習(xí)線路的基礎(chǔ)上,對(duì)沿途實(shí)習(xí)的地質(zhì)觀察點(diǎn)進(jìn)行講解、觀察,特別對(duì)于一些重點(diǎn)設(shè)置的觀察點(diǎn),并借助GPS實(shí)現(xiàn)對(duì)野外數(shù)據(jù)的采集,除了記錄地理位置和海拔等數(shù)據(jù)外,還主要包括野外露頭上的巖性(沉積巖、巖漿巖)、地貌、地質(zhì)現(xiàn)象、地質(zhì)邊界線、水文、土壤和植被等數(shù)據(jù),通過(guò)GIS創(chuàng)建與地理位置相對(duì)性的空間數(shù)據(jù)庫(kù),借此培養(yǎng)學(xué)生的獲取第一手?jǐn)?shù)據(jù)的能力。www.xaszjrxy.com最后,將實(shí)習(xí)的點(diǎn)線相結(jié)合,在掌握各自然地理要素的基礎(chǔ)上,培養(yǎng)學(xué)生觀察到的自然地理現(xiàn)象和對(duì)事物進(jìn)行成因分析,逐步推動(dòng)學(xué)生學(xué)會(huì)綜合分析各要素之間的相互聯(lián)系,推動(dòng)點(diǎn)、線、面的實(shí)習(xí)結(jié)合,在學(xué)會(huì)運(yùn)用和繪制有關(guān)地理圖表的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)外地質(zhì)現(xiàn)象的跟蹤和解釋,撰寫(xiě)出具有自己一定見(jiàn)地的實(shí)習(xí)報(bào)告,通過(guò)改進(jìn)的野外實(shí)踐教學(xué)模式,盡可能的培養(yǎng)出具有綜合、創(chuàng)新的科學(xué)思維和實(shí)際運(yùn)用能力的學(xué)生。三、應(yīng)用實(shí)例本文以雞冠山實(shí)習(xí)區(qū)為例,在獲取該區(qū)域的遙感影像、地質(zhì)數(shù)據(jù)和地形圖等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上(見(jiàn)圖1和2),完成該區(qū)域?qū)嵙?xí)路線的確定和實(shí)習(xí)觀察點(diǎn)地質(zhì)現(xiàn)象的記錄。對(duì)于A觀察點(diǎn)而言,主要觀測(cè)的石英砂巖。上部為紫紅色粉砂質(zhì)頁(yè)巖夾粉、細(xì)砂巖;中部為褐灰色細(xì)粒含巖屑英砂巖;下部為淺灰色厚層中-粗粒硅質(zhì)石英砂巖;底部為含礫粗粒石英砂巖。B觀測(cè)點(diǎn)主要觀測(cè)的花崗巖。是巖漿侵入所形成,屬于深成巖。表面呈紅色,主要是由于風(fēng)化作用,雨水侵蝕和鐵氧化所導(dǎo)致而成。結(jié)合地質(zhì)羅盤(pán)和GPS,對(duì)巖層進(jìn)行傾角、傾向和方位角的測(cè)定。C觀測(cè)點(diǎn)主要觀測(cè)的沉積巖。主要掌握海相沉積和陸相沉積。在寒武紀(jì)至奧陶紀(jì)中期,主要進(jìn)行的是碳酸鹽巖、頁(yè)巖和粉砂巖為主的海相沉積,晚石炭世至二疊紀(jì)呈現(xiàn)海陸交互沉積,中生代至新近紀(jì)地層,主要進(jìn)行陸源碎屑巖及火山碎屑巖等陸相沉積,并識(shí)別頁(yè)巖和泥巖。www.hycwxy.comD主要觀測(cè)地塹。雞冠山地塹位于柳江盆地西南邊緣,在此可以觀測(cè)整個(gè)地塹的全貌。地塹是一組近南北向的正斷層組合而成,湯河河谷就是沿地塹構(gòu)造中心部位發(fā)育的,其特點(diǎn)是兩斷層面相向傾斜中部地體下降,兩側(cè)地體上升,多形成河谷地貌。組成地塹兩側(cè)的巖石,為新太古界變質(zhì)花崗巖或上元古界龍山組石英砂巖,中部臺(tái)階仍為新太古界變質(zhì)花崗巖和上元古界龍山組石英砂巖組成,在當(dāng)?shù)乇环Q為大平臺(tái)。E觀測(cè)點(diǎn)主要觀測(cè)是山頂?shù)囊黄瑵竦?。?duì)于植被而言,主要是一些主要濕地植被,包括香蒲和蘆葦,這些喜水植物主要靠天然降水補(bǔ)給,在降水減少的情況下,主要靠地下水(裂隙水)補(bǔ)給。通過(guò)對(duì)該點(diǎn)的觀察,由濕地而言延伸地表水和地下水等水文方面的內(nèi)容。F觀測(cè)點(diǎn)主要觀測(cè)的是一些沉積巖和斷層等地質(zhì)現(xiàn)象。主要通過(guò)波痕和波長(zhǎng)等特征來(lái)推斷海相沉積的環(huán)境。對(duì)于這些觀測(cè)點(diǎn)而言,首先通過(guò)GPS進(jìn)行定位,記錄其準(zhǔn)確的地理位置,并進(jìn)行一定的編碼,將數(shù)碼相機(jī)和對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象的詳細(xì)記錄相結(jié)合,將這些大量的原始地質(zhì)信息存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)里,同樣進(jìn)行一定編碼,兩次的編碼順序一樣。借助ArcGIS9.3的Hyperlink功能,將兩次的編碼連接起來(lái),實(shí)現(xiàn)典型地質(zhì)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)信息的虛擬可現(xiàn),可充分發(fā)揮“3S”技術(shù)在地質(zhì)實(shí)習(xí)中的作用。此外,對(duì)于在野外實(shí)踐中無(wú)法看到兩個(gè)斷層,可以通過(guò)對(duì)遙感影像的判讀,進(jìn)行識(shí)別。四結(jié)語(yǔ)柳江盆地既是野外教學(xué)的基地,也是科學(xué)研究的基地。本文將“3S”等技術(shù)應(yīng)用到自然地理的野外實(shí)踐教