9.地学建模与可视化

中国海洋大学本科生课程大纲

课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修

一、课程介绍

1、课程描述

地学建模是利用已有地学观测数据构建地球实体模型，并利用计算机求解模型获得地球实体的时空变化过程和演化规律，从而预测、预报其演变趋势。因此，地学建模是地球信息科学与技术面向应用服务的重要手段。本课程以包括地球深部结构、海底地形、沉积地层和海洋水体等多圈层观测数据为基础，讲授数学模型的构建、动力过程的模拟以及采用三维可视化的计算机技术表达模型结果和地学信息的方法，并通过固体地球动力学模型和海洋动力模型的构建及模拟案例加深实践应用。

Geological modeling aims to establish the earth model based on overserved data, to obtain the temporal- spatial variation of the earth by solving the model and further forecast its evolution trend. Geological modeling is an important methodology for the application of geo-informatics and technology. This course will provide the basic knowledge of model establishment, dynamic simulation and visualization technique of the model results, based on the observation data of the deep earth structure, seabed topography, sedimentary strata and ocean waters. The cases of construction and simulation of solid geodynamic model and ocean dynamic model will also be provided to practice.

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2、设计思路

本课程以课堂讲授为主、上机实习为辅，课堂着重讲授模型建立、过程模拟和可视化的基础理论和基本技术。实践部分，引导学生利用计算机进行海底地形建模，并进行固体地球动力学数值模拟和海洋动力学数值模拟的实践应用。通过对模型结果利用计算机技术进行地学信息三维可视化，实现学生对地学系统的建模与可视化。

3、课程与其他课程的关系：

本课程的先修课程为《高等数学I1》、《大学物理Ⅱ1》、《计算方法》及《C及C++程序设计》。学生需要了解高等数学中微积分的概念及定理、矩阵及行列式的概念及运算、线性方程组、非线性方程、常微分方程等的基本概念和定理。能够利用编程语言，通过上机实习实现海底地形建模和对结果图像的绘制和显示，加深对地学建模的理解。

二、课程目标

（一）专业教育目标

本课程目标是培养学生能够针对复杂工程实际问题，在结合专业知识建立数学模型的基础上，利用本课程所学知识选择合理模型，并通过编写程序、上机计算对结果进行分析及可视化，学生能够：

（1）掌握地球多圈层结构模型的建立方法；

（2）掌握固体地球动力学模型和海洋动力学模型数值模拟的基本方程和原理；

（3）利用编程语言将图像绘制转换为计算机可识别和执行的程序，在计算机上对地学信息进行三维可视化和简单分析，提升解决实际问题的能力。

（二）思政教育目标

本课程主要讲授在现今地球最新观测数据基础之上构建地球深-浅部模型的方法。这就要求同学在掌握多方面地学知识基础之上，还应该树立正确的科学观、世界观、

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人生观和价值观，具备工匠精神，为国家及人类未来可持续发展提供理论帮助。因此，在授课过程中，思政目标如下：

（1）、了解学科发展近况，知道地学建模的主流软件依然是国外软件，存在软件技术“卡脖子”的问题，努力学习，未来克服技术屏障，构建出自己的建模软件系统；

（2）、培养学生对地信专业的思想感情，树立正确的地球科学观，培养学生严谨治学、吃苦耐劳的工匠精神；

（3）、掌握地学建模和可视化的逻辑概念和科学思维方法，培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。

通过本课程的学习，使学生能够实现对复杂工程问题的识别和表达（支撑毕业要求2.1），并设计满足需求的模型分析方案和解决方案（支撑毕业要求2.3和3.1），同时综合考虑工程方案的安全、环境等因素（支撑毕业要求3.2）并开展相关的研究（支撑毕业要求4.2），增强专业信心、培养科学精神，在上机实习和解决问题过程中，增强沟通能力和团队合作意识。

三、学习要求

要完成所有的课程任务，学生必须：

（1）课前适当预习，按时上课,上课认真听讲，积极参与课堂讨论、随堂练习和测试，出勤率和课堂表现是平时成绩考核的组成部分。

（2）按时完成课后作业，这些作业要求学生按书面形式提交，只有按时提交作业，才能掌握课程所要求的内容。延期提交作业需要提前得到任课教师的许可。

（3）按时参加上机实习，完成教师布置的算法编程和图像绘制等作业，这些作业能加深对课程内容的理解、促进同学间的相互学习和探讨。

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四、教学进度

五、参考教材与主要参考书

主要参考书

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[1]《地学空间信息建模与可视化》，芮小平，于雪涛著，电子工业出版社，2016.

[2]《近海环境流体动力学数值模型》，孙文心编著，科学出版社，2004.

六、成绩评定

（一）考核方式 D ：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他

课下作业、课堂讨论及平常表现评分标准：

1）课下作业的评分标准（百分制）

2）课堂讨论及平时表现评分标准（百分制）

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上机实习报告评分标准（百分制）

七、学术诚信

学习成果不能造假，如考试作弊、盗取他人学习成果、一份报告用于不同的课程等，均属造假行为。他人的想法、说法和意见如不注明出处按盗用论处。本课程如有发现上述不良行为，将按学校有关规定取消本课程的学习成绩。

八、大纲审核

教学院长：院学术委员会签章：

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