《Proceedings of the Geologists' Association》：Integrating earth observation technologies in geoscience education: A field-based case study from Chicamocha Canyon, Colombia
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摘要野外教育对于地质科学专业学生培养实践技能至关重要。本研究以哥伦比亚奇卡莫查河峡谷下游流域为例，探讨如何将传统地质野外方法与多种地球观测技术相结合，以提高数据采集、制图和解释的效率。该地区岩石类型多样，地貌结构复杂，为测试各类现代工具的应用提供了理想的自然实验室，这些工具包括全
摘要
野外教育对于地质科学专业学生培养实践技能至关重要。本研究以哥伦比亚奇卡莫查河峡谷下游流域为例，探讨如何将传统地质野外方法与多种地球观测技术相结合，以提高数据采集、制图和解释的效率。该地区岩石类型多样，地貌结构复杂，为测试各类现代工具的应用提供了理想的自然实验室，这些工具包括全球导航卫星系统、带指南针的智能手机、野外笔记应用和数据库软件、具备表面建模功能的地理信息系统及移动应用、谷歌地球、遥感技术、无人机以及3D地质模型，它们能够实现高分辨率地形测绘、结构分析以及实时地理空间数据可视化。通过对114名参与者（包括学生、应届毕业生和专业人员）的调查，分析了将传统野外技术与先进技术结合对学习及职业发展的影响。研究结果表明，这种整合式教学方法不仅丰富了教学内容，还有助于培养学生应对现代地质科学挑战的能力，进一步凸显了地理空间数据与野外学习的重要性。
引言
地质野外工作是全球地质科学教育中的核心环节，它为学生提供实践机会，使理论学习更具实用性，同时也在地质研究及资源勘探中发挥着重要作用。多项研究强调了地质野外工作在地质科学课程中的重要性，指出其有助于技能提升、学业表现改善，并促进跨学科与交叉学科学习（例如，Wet等人，2009年；Brusi等人，2011年；Ferreira等人，2013年；Wang等人，2016年）。让学生在真实的地质环境中学习，能够让他们将课堂知识应用于实际，通过“边做边学”加深理解。野外经历有助于培养观察能力、精确的数据收集能力、岩石描述能力、接触带识别能力以及岩石结构运动学分析能力。表1汇总了用于支撑基础和高级地质科学技术的各类实践活动。当涉及多种工具和不同类型的数据集时，野外工作会带来诸多后勤和技术上的挑战。据Weng等人（2012年）指出，常见的两个难题是：一是如何在野外操作各种仪器，二是如何整合来自不同来源的数据。而地球观测与地理空间技术则为解决这些问题提供了实用方案，尤其是在需要监测自然资源或记录地质环境时。可用的工具包括指南针、野外笔记应用和数据库类移动应用、支持GPS功能的制图平台、谷歌地球、无人机、激光雷达系统，以及用于生成数字高程模型、数字表面模型和数字地形模型的3D地质模型（例如，Dey和Ghosh，2008年；Weng等人，2012年；Bemis等人，2014年；Boccardo等人，2015年；Vrublová等人，2015年；Cawood等人，2017年；Novakova和Pavlis，2017年；Pavlis和Mason，2017年；Whitmeyer等人，2019年；Zhang等人，2020年）。这些工具提高了数据采集与解释的效率，对于地形建模、地貌变化监测以及地形测绘等项目也具有很大价值。它们还有助于整合遥感数据与地面数据，从而实现对环境过程和自然资源的全面分析。哥伦比亚的奇卡莫查河峡谷下游流域是一个可直接观察地质过程与地层的户外研究区域。该地区的徒步路线旁分布着多处地质点，这些地点展示了具有科学研究和教育意义的构造和地层特征。高分辨率影像和高程模型等遥感数据已被用于该地区，用于地形测绘、侵蚀模式分析以及地质结构解读。在这种背景下，将航空数据与地面数据相结合，为展示局部尺度地理信息如何服务于更广泛的环境评估提供了范例。桑坦德工业大学的地质学专业四十多年来一直采用理论教学与野外实践相结合的方式，以满足学术和职业发展的需求。学生们会学习使用指南针和GPS、地质制图、结构解读以及三维分析等技术。如今，无人机、激光雷达、移动GIS工具、谷歌地球以及3D地质模型等的应用进一步拓展了教学范围，使学生能够利用空间数据集分析坡度、断层系统以及沉积序列等地质特征。人们普遍认为，数字工具能够提高学生的参与度，帮助他们更好地理解地质概念，还能助力技术技能的提升。不过，仍需要更系统的评估，以便更深入地了解并量化这些潜在的教育效益。这种方法与基于数据分析和地理空间技术的环境与地质过程研究理念相契合。本研究的主要目的是介绍在奇卡莫查河峡谷下游流域中使用传统野外工作方法与数字工具进行地质数据采集、处理和解释的方法。此外，本研究还初步探讨了将先进地理空间技术融入野外教学的教学价值，同时说明了基于地理信息与遥感的技术如何有助于更精准地描述地质环境，以及为地形和资源调查提供支持。本文不仅论述了将奇卡莫查河峡谷下游流域作为野外实验室的教育应用，还提出了关于如何在自然地形中运用遥感数据与地理空间技术开展环境与地质分析的实用见解。
章节要点
地理与地质背景
奇卡莫查峡谷是世界上最大的峡谷之一，从博亚卡的科库伊内华达山脉延伸至桑坦德的莱布里哈，全长约54公里（见图1a）。它是由奇卡莫查河长期侵蚀形成的，形成了陡峭的地形，到处都是垂直的悬崖和深深的沟壑，其中的沉积序列和古老岩石暴露出来，记录了多期的地质事件。该地区地貌以崎岖的地形、陡峭的坡度以及复杂的侵蚀作用为特征。
地质科学领域的野外工作规划与教学方法
地质科学领域的野外工作需要综合考虑气候、社会政治背景、地形复杂程度以及可达性等因素来制定计划。在奇卡莫查峡谷及其下游流域，高分辨率卫星影像、数字高程模型、实时天气数据、GPS、移动GIS、平板电脑以及无人机等地理信息工具，可为野外工作前的规划、选址、构造测绘以及灾害风险评估提供支持。自20世纪80年代以来，该地区就一直是研究构造、变质作用等地质现象的理想自然实验室。
新技术在地质科学野外教学中的应用
地质野外工作使学生能够应用所学知识，同时培养野外作业能力和团队协作能力，而如今卫星和无人机遥感数据、移动GIS应用以及遥感影像等现代技术进一步提升了这些能力。这些工具有助于数据的收集、分析、可视化以及解释，可用于研究自然灾害和资源管理，能够弥补传统野外方法的不足。尽管这些技术对学习成果的影响还需要进一步研究，但将其融入教学确实具有积极意义。
现代工具在野外地质科学教育中的优势与局限
将现代技术引入地质科学野外工作，为教育带来了显著益处。全球导航卫星系统提高了定位精度和数据收集效率，而基于智能手机的应用，如指南针、野外笔记应用和数据库工具，则便于在野外直接进行制图、记录和数据管理。移动GIS与遥感技术则可实现实时空间分析、地形建模以及环境特征的详细可视化。
经验总结
四十多年的地质教学经验表明，先进工具极大地改变了野外工作的方式，提升了学生的学习效果。地理信息系统、全球导航卫星系统以及移动技术使得地质数据的收集更加精准高效，地质特征的可视化也更为清晰（例如，Weng等人，2012年；Welsh等人，2013年），像FieldMove Clino和Survey123这样的应用还能支持实时测量与分析（例如，Pavlis，2014年；Mar?al等人，2014年）。无人机和遥感技术则能够帮助研究人员进入难以到达的区域，获取高分辨率的地质信息。
结论
本研究证明了奇卡莫查河峡谷下游流域作为典型户外教室的价值，它通过结合传统与现代工具，提升了地质教育的质量。现代技术的应用改变了教学与学习方式，提高了地质数据的收集、分析及可视化水平，便于将理论知识应用于实际，同时也帮助学生更深入地理解复杂的地质概念。
先进的工具，包括地理空间技术以及地球观测技术，
CRediT作者贡献说明
Carlos Alberto Villarreal J.：写作——审稿与编辑，写作——初稿撰写，指导，方法设计，研究实施，概念构建。Julián David Rojas D.：写作——审稿与编辑，写作——初稿撰写，指导，方法设计，研究实施，概念构建。Leily Johanna Candela B.：写作——审稿与编辑，写作——初稿撰写，指导，方法设计，研究实施，概念构建。Jose Pedro Mora O.：写作——审稿与编辑，写作——初稿撰写，
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究成果的已知财务利益或个人关系。
致谢
桑坦德工业大学为在奇卡莫查河峡谷下游流域开展的多次野外考察提供了资金支持。地质学系的基础与应用地质学研究小组的专家们也为我们了解该地区的地质情况提供了帮助。本稿的完成还得益于匿名审稿人的宝贵意见。我们对所有给予支持的个人和机构表示衷心的感谢。
Carlos Alberto Villarreal J.|Julián David Rojas D.|Leily Johanna Candela B.|Jose Pedro Mora O.|Carlos Alberto Ríos R.
