基于3S技術的自然地理野外實踐教學改革的研究

基于3S技術的自然地理野外實踐教學改革的研究摘要:自然地理野外實踐是自然地理教學重要的組成部分,是一個相對獨立的教學過程。本文在對傳統(tǒng)野外實習現(xiàn)狀、存在問題進行分析和歸納的基礎上,以秦皇島柳江盆地野外實習基地為例,借助3S空間信息技術并結合我校自然地理野外實習的情況,探討區(qū)域野外實踐教學模式改革,進而全面提高學生的綜合素質,也可為高等院校自然地理野外實習設計與實施提供參考。自然地理學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)律的一門學科,其課程內容具有很強的實踐性和綜合性。自然地理野外實習內容主要涉及地質與地貌、土壤、植物、水文、氣候等自然地理要素,是培養(yǎng)學生綜合素質最重要的途徑。就目前而言,自然地理學正處在由定性到定量的轉變,由經(jīng)驗科學到實驗科學的轉變時期,且其傳統(tǒng)的實踐教學存在一些弊端,使其不能充分地發(fā)揮自然地理野外實踐的作用,需要進行指導方法的改進。隨著空間信息技術不斷的發(fā)展,以“3S”技術為代表的空間信息獲取與處理技術已在地學各領域得到廣泛的應用,由于自然地理學的野外實習數(shù)據(jù)具有明顯時空分布特點,因此,將3S技術引入到自然地理野外實習中,采集更加精準的野外觀測數(shù)據(jù),表達一些野外看不到或不明顯的地質現(xiàn)象,進而豐富野外實踐教學內容,在改變傳統(tǒng)實踐教學模式的基礎上,促使學生綜合素質的全面提高。一、研究區(qū)域概況實習區(qū)秦皇島市撫寧縣境內的柳江盆地,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,屬暖溫帶季風氣候,降雨多集中于七、八兩月,且多以暴雨形式存在,盆地內的主要水系為大石河。各地質時代的地層具有區(qū)域代表性且連續(xù)出露。巖石類型較齊全,各類地質構造清晰直觀,外動力地質作用較多,是一個非常理想的地質實習場所,成為具有重要科學價值和社會經(jīng)濟價值的地質遺跡區(qū),被譽為“中國國家地質公園”。二、研究方法由于地理野外實踐教學是一項系統(tǒng)工程,本文根據(jù)此特點,通過點、線、面相結合,結合“3S”技術,完善并改進沿途考察、記錄的自然地理野外實習方法,其具體的過程如下:首先收集實習區(qū)域的基本資料,如地質地貌圖、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矢量化存儲為矢量數(shù)據(jù),利用矢量化后的地形圖建立實習區(qū)的數(shù)字高程模型,借助部分遙感(RS)數(shù)據(jù),結合實習的研究的主題和考察目標,特別是針對一些重點的自然地理現(xiàn)象,設計安排野外實習線路,借此培養(yǎng)學生的綜合觀察能力。其次,在整體了解實習線路的基礎上,對沿途實習的地質觀察點進行講解、觀察,特別對于一些重點設置的觀察點,并借助GPS實現(xiàn)對野外數(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、地質現(xiàn)象、地質邊界線、水文、土壤和植被等數(shù)據(jù),通過GIS創(chuàng)建與地理位置相對性的空間數(shù)據(jù)庫,借此培養(yǎng)學生的獲取第一手數(shù)據(jù)的能力。www.xaszjrxy.com最后,將實習的點線相結合,在掌握各自然地理要素的基礎上,培養(yǎng)學生觀察到的自然地理現(xiàn)象和對事物進行成因分析,逐步推動學生學會綜合分析各要素之間的相互聯(lián)系,推動點、線、面的實習結合,在學會運用和繪制有關地理圖表的基礎上,通過對外地質現(xiàn)象的跟蹤和解釋,撰寫出具有自己一定見地的實習報告,通過改進的野外實踐教學模式,盡可能的培養(yǎng)出具有綜合、創(chuàng)新的科學思維和實際運用能力的學生。三、應用實例本文以雞冠山實習區(qū)為例,在獲取該區(qū)域的遙感影像、地質數(shù)據(jù)和地形圖等數(shù)據(jù)的基礎上(見圖1和2),完成該區(qū)域實習路線的確定和實習觀察點地質現(xiàn)象的記錄。對于A觀察點而言,主要觀測的石英砂巖。上部為紫紅色粉砂質頁巖夾粉、細砂巖;中部為褐灰色細粒含巖屑英砂巖;下部為淺灰色厚層中-粗粒硅質石英砂巖;底部為含礫粗粒石英砂巖。B觀測點主要觀測的花崗巖。是巖漿侵入所形成,屬于深成巖。表面呈紅色,主要是由于風化作用,雨水侵蝕和鐵氧化所導致而成。結合地質羅盤和GPS,對巖層進行傾角、傾向和方位角的測定。C觀測點主要觀測的沉積巖。主要掌握海相沉積和陸相沉積。在寒武紀至奧陶紀中期,主要進行的是碳酸鹽巖、頁巖和粉砂巖為主的海相沉積,晚石炭世至二疊紀呈現(xiàn)海陸交互沉積,中生代至新近紀地層,主要進行陸源碎屑巖及火山碎屑巖等陸相沉積,并識別頁巖和泥巖。www.hycwxy.comD主要觀測地塹。雞冠山地塹位于柳江盆地西南邊緣,在此可以觀測整個地塹的全貌。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造中心部位發(fā)育的,其特點是兩斷層面相向傾斜中部地體下降,兩側地體上升,多形成河谷地貌。組成地塹兩側的巖石,為新太古界變質花崗巖或上元古界龍山組石英砂巖,中部臺階仍為新太古界變質花崗巖和上元古界龍山組石英砂巖組成,在當?shù)乇环Q為大平臺。E觀測點主要觀測是山頂?shù)囊黄瑵竦?。對于植被而?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給,在降水減少的情況下,主要靠地下水(裂隙水)補給。通過對該點的觀察,由濕地而言延伸地表水和地下水等水文方面的內容。F觀測點主要觀測的是一些沉積巖和斷層等地質現(xiàn)象。主要通過波痕和波長等特征來推斷海相沉積的環(huán)境。對于這些觀測點而言,首先通過GPS進行定位,記錄其準確的地理位置,并進行一定的編碼,將數(shù)碼相機和對地質現(xiàn)象的詳細記錄相結合,將這些大量的原始地質信息存儲到計算機里,同樣進行一定編碼,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,實現(xiàn)典型地質實現(xiàn)地質信息的虛擬可現(xiàn),可充分發(fā)揮“3S”技術在地質實習中的作用。此外,對于在野外實踐中無法看到兩個斷層,可以通過對遙感影像的判讀,進行識別。四結語柳江盆地既是野外教學的基地,也是科學研究的基地。本文將“3S”等技術應用到自然地理的野外實踐教