大学地球科学课程报告论坛论文集2018-PDF、封面、目录高校地球科学教学改革研讨会PPT主会场2019论文集065

大学地球科学课程报告论坛论文集（2018） 318 “海洋测绘与 3S 技术综合实习”课程建设研究 刘博 丁咚 林霖 （1. 中国海洋大学海洋地球科学学院 青岛 266100；2. 海底科学与探 测技术教育部重点实验室 青岛 266100） 摘 要：海洋测绘是一切海洋开发活动的基础，引领着人类探索未知的深海大洋，然而海洋测绘专业建 设在我国起步较晚，其实践教学体系一直没有很好完善。为了响应“海洋强国”的重大国策，培养和储备高层 次海洋测绘人才，必须推行教学改革，实现课程创新，建设以“海洋测绘实践”为主导的新课程。 “海洋测绘 与 3S 技术综合实习”就是一门以海洋地质为特色的海洋测绘实践教学课程。该课程从虚拟仿真到实际调查环 环相扣，将教学和科研深度融合，是一门多学科综合性的实习课程。 关键词：海洋测绘 3S 技术 虚拟仿真 多学科交叉 实践课程 海洋测绘是由测绘学、航海学、海洋学、水声工程、计算机原理、图形图像学、信息学等 构成的一门交叉学科，是按照人类海洋认知和海上活动的需求，研究海洋及毗邻陆地的自然和 人文等地理现象的抽象、控制、获取、描述、服务的一门科学和技术。按照国际惯例，海洋测 绘通常由各国海军代表其官方组织实施。但至 20 世纪 90 年代，随着现代科学技术的发展、人 类开发海洋的进程加快，民用海洋测绘开始飞速发展，这也促使各大高等院校发展海洋测绘教 育事业，为海洋经济建设培养高层次人才。近几年，海洋测绘专业建设在师资队伍、教学环境 建设、教学改革等方面取得了一些新成果，但针对海洋测绘的实践教学并没有取得实质性的 进展。 究其原因主要有两个难点： a. 海洋测绘类设备昂贵， 数量较少， 其主要用于科学研究； b. 海洋测绘实习需要深入大海， 一般的小渔船存在安全隐患， 需要正规的科考船才能得以实施。 中国海洋大学海洋地球科学学院以“建设一流本科专业，培养一流本科学生”为己任，于 2014 年专门设立海洋测绘教学实验室，逐步购进信标定位接收机、单频测深仪、潮位计、温盐 深剖面仪、声速剖面仪、侧扫声呐、浅地层剖面仪、北斗海聊终端（海上宝）等设备，并与学 校船舶中心合作 （其拥有 3500 吨级的 “东方红 2” 号海洋综合科学考察实习船、 300 吨级的 “天 使 1”号科考交通补给船、2600 吨级的“海大”号海洋地质地球物理调查船） ，共同建设“海 洋测绘与 3S 技术综合实习”课程，于 2018 年夏季学期正式启动该课程，取得良好效果。 一、课程概述 海洋测绘与 3S 技术综合实习是利用先进的海洋测绘与海洋调查技术方法，研究实习区域 “海洋测绘与 3S 技术综合实习”课程建设研究 319 （海滩、近岸海域）海水温度、盐度、密度、波浪、潮汐、海流、悬浮泥沙等海洋水文要素、 海底地形地貌地层、底质沉积物粒度特征、海滩剖面地形变化、海岸带地形地貌信息和标准化 制图等。它是一门多学科综合性应用课程，是对大学阶段所学海洋测绘方向基础课、专业基础 课和专业课的总检验与整合，是培养现代海洋测绘工程师的关键环节。本课程包括海洋水文要 素、底质沉积物、海滩地形、地貌、岸线、地物等观测分析。通过该课程的学习和大量实测训 练，要求同学们掌握海洋测绘调查的基本方法和程序，并能够利用这些理论和方法，借助先进 的仪器设备对研究区域的地质条件进行调查和综合评估可能的地质问题。 二、实践内容 本课程为综合实习，所涉及的知识内容较广，主要分为五个部分： 海洋沉积动力观测：熟悉常用的海水温度、盐度、密度、波浪、潮汐、海流、悬浮泥 沙等海洋水文要素观测设备（如温盐深剖面仪、声速剖面仪等） ；掌握海水温度、盐度、密度、 波浪、潮汐、海流、悬浮泥沙等观测技术。 导航定位和剖面地形测量： 使学生掌握 GPS RTK 或 CORS 技术， 熟悉 GNSS 定位接收 机、Hypack 导航定位软件，对实习区（海滩）进行地形测量；使学生掌握差分 GPS 的基本原 理，并能够根据测区作业要求，完成测线的规划，在实习过程中利用差分 GPS 及导航软件对 测量船按照既定测线进行导航。 海底声学调查技术实习：掌握单波束水深测量、侧扫声呐探测、多波束测深及海底浅 地层探测等海洋声学调查现场作业方法和工作程序，提高海洋地质调查工作能力。 底质沉积物分析： 使学生掌握海洋沉积物取样规程和方法， 熟练粒度分析设备和方法； 掌握粒度分析数据处理程序及粒度参数在沉积环境中的应用。 地理信息系统：掌握使用地理信息系统相关软件进行海洋测绘数据管理、图件绘制和 成果展示的方法。 三、教学方案 该实践课程主要涵盖了校内实习、野外海岸带测量、科考船现场调查以及室内实验和数据 处理。校内实习主要是通过虚拟仿真平台训练学生的基础理论、技能和工作流程，最后落实到 相关仪器的基本操作，同时要求学生以实习小组为单位撰写实习的技术设计书，技术设计书由 实习带队老师进行审查；野外海岸带测量以青岛仰口海岸带为试点进行海滩剖面地形变化、海 岸带地形地貌信息测量；科考船现场调查选取青岛近海胶州湾 1030m 水深的区域，进行船上 实训，让学生从测线及测站布设开始，根据技术设计书、海上作业规范要求以及相关的仪器操 作规程和手册，进行实际的外业数据采集；室内部分学生根据采集样品和实测资料，以实习小 组为单位进行室内磁化率、 粒度分析实验和测量资料的预处理、 精细处理， 最后进行数据分析、 解释和成果图制作及报告撰写。 大学地球科学课程报告论坛论文集（2018） 320 四、特色与创新 1. 将虚拟仿真技术引入到实验教学中 为了充分利用科考船现场调查的有限实习机会， 我们依托中国海洋大学海洋地球科学国家 级虚拟仿真实验教学中心平台，建设海底声波探测技术的虚拟仿真课件（图 1） ，从而推进实践 教学信息化建设和实践教学改革，开展绿色、环保、低碳的实践教学。该课件以交互式的形式 训练学生单波束水深测量、侧扫声呐海底地貌探测、多波束系统水深测量以及浅地层探测的基 本原理动画演示、设备安装操作实验、设备与船体的校准实验、工区设计和数据采集实验以及 后期的数据处理实验。例如，多波束系统的校准实验，可以模拟出时间延迟、横摇、纵倾和航 向等参数的校准试验过程，并能够输出给定参数的响应结果。虚拟仿真技术的应用可以让学生 在出海前掌握船上实践的相关工作流程，从而在随后的科考船实际调查中，学生在有限的船时 内可以更快速、有序、高效地完成实践课程。 图 1 海底声波探测技术虚拟仿真课件 2. 以海洋地质为特色的研究性实验项目 “海洋测绘与 3S 技术综合实习”是由中国海洋大学海洋地球科学学院开设，这虽是一个的 海洋调查技术实习，但其最终目的是要解决海洋地质问题。我们不仅要培养学生技术方法，更 要培养学生独立思考问题、解决问题的能力。学生通过海滩剖面测量取样（图 2）海岸带地形 地貌信息测量、海上调查填图（图 3）等，进行海洋沉积动力观测和海底构造地貌解析，对胶 州湾海域的地质问题进行思考和研究。 3. 多学科融合，共同合作的开放式实验教学 海洋测绘本身就属于一个交叉学科，而该实习课程立足专业教学规律，更是将海洋测绘与 海洋水文学、海洋沉积学、海底构造学及海洋地球物理学进行深度融合，提高学生综合素质和 动手能力。通常在调查船上将学生分成导航定位 1 组、海洋水文 1 组、底质取样 1 组、海底探 测 3 组，每五个站位进行一次轮换，每一位学生在每一个实习项目都有动手操作的机会，并相 互合作共同完成海上调查作业。最后进行数据共享，学生可以根据自行数据处理分析的结果， 提出各自不同想法，自由讨论总结，进行开放式实验教学。 “海洋测绘与 3S 技术综合实习”课程建设研究 321 图 2 仰口沙滩测量 图 3 海上调查实习 4. 科研反哺教学，建设高层次的实验教学 该实践课程的建设离不开科学研究的大力支持。 如海底声波探测技术虚拟仿真课件为学生 能更加真实体验到海上调查数据采集和处理过程， 这些数据都是老师将科研项目调查的数据进 行安全处理后，加载到课件里面，方便学生学习使用；海大的三艘科考船只要没有科研任务， 时刻准备着为学生实习服务（图 4） ，特别是船上自配多波束测量系统，为我们建设海洋测绘实 验室省下昂贵的费用；此外，海底科学与探测技术教育部重点实验室为该实践课程的室内样品 处理和分析提供无偿支持，满足学生实习需求（图 5） 。也只有在科学研究的支撑下，才能建设 高层次的实验教学，把最先进最前沿的知识传授给学生，培养出高水平人才，促进科技进步， 良性循环。 图 4 “天使号”上对学生进行安全教育 图 5 激光粒度仪对底质样品进行测试 五、结语 海洋测绘现已在探测海底地形地貌、建设海洋工程、开发海洋资源、发展海洋科学以及维 护海洋权益等方面发挥着极其重要的作用， 培养和储备高水平海洋测绘人才是实现 “海洋强国” 大学地球科学课程报告论坛论文集（2018） 322 战略决策的迫切需求。 目前军方海洋测绘人才不对地方服务， 而民用上高层次高水平人才偏少。 这样人才缺失的现状要求我们不断提高本科教育质量和层次，特别是实践应用能力，满足民用 海洋测绘卓越工程技术人才的需求。为此，我们要不断探索和改进海洋测绘实践教学体系，如 老师可以设立一些 SRDP 计划或国创项目的选题，或联系学院和兄弟单位的知名专家，让经过 前期模拟和实践训练