運用可視化地面沉降模型開展課堂教學研究

李笑++黃嘯榮+++唐志豪+++李亮

【摘要】教學，是指教學信息的傳播過程，在這個過程中，傳播者（老師）與接受者（學生）之間的信息傳遞是通過一定的方式方法來進行的。在眾多的教學手段中，實體模型無疑是重要且有效的手段之一。實體模型演示能使教學更加的直觀，提高學生理解能力，幫助學生更好的理解其中的原理。

【關鍵詞】可視化模型 地面沉降

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）48-0241-01

一、緒論

（一）問題的提出

目前，在國內(nèi)的高校中，各科老師普遍感覺到如今的大學生學習怠慢，課堂教學氣氛沉悶缺乏活力，教學中存在瓶頸。在一般的教學中，老師的上課形式過于單調(diào)，再加上授課內(nèi)容偏向理論、與實踐脫軌、枯燥無味，導致師生之間的交流互動過少，即使有老師提問問題，也是固定的幾個學生回答。長此以往，課堂上出現(xiàn)逃課、缺課的現(xiàn)象也不足為奇，即便是坐在教室的學生，也是心猿意馬，關注點多在手機上。以上現(xiàn)象的出現(xiàn)，不能單方面說是老師或是學生的錯，只能說師生之間的交流過少：學生想學好專業(yè)知識，卻被枯燥的理論知識搞的暈頭轉向，漸漸失去了興趣；部分老師只注重科研而輕視教學，教學內(nèi)容枯燥無味，只會依賴PPT課件，這樣怎么能調(diào)動學生的積極性？針對此問題，實物模型的應用可以較好的解決上述問題，學生可以通過更加直觀模型以了解抽象的理論知識。下面以“可視化地面沉降模型”為例說明實物模型教學的優(yōu)勢。

（二）課題研究現(xiàn)狀

目前，由于我國課程教學改革需求及教學模式的不斷創(chuàng)新與完善，模型教學作為新型教學模式已逐漸在教學學科中得以基礎性應用。在地質(zhì)學教學應用中因模型教學的未完善性，學生在教學過程中只是“知其然而不知其所以然”，使地質(zhì)學科長期存在理論實踐脫離等問題難以解決 。水文地質(zhì)概念與過程在三維立體概念基礎上更便于學生理解和接受。石家莊鐵道大學2011年購進了一系列水文地質(zhì)實驗設備，充分利用有限的實驗學時，提高教學效果，通過物理模型來展現(xiàn)一些地質(zhì)體的特征，幫助學生盡快建立空間概念，增強學生的感性認識。經(jīng)過一年的實驗教學，利用物理模型進行實驗彌補了野外現(xiàn)場實習的不足，也激發(fā)了學生學習積極性，為學生綜合素質(zhì)提高奠定了基礎，提高了教學質(zhì)量。這種實驗教學模式更能培養(yǎng)本科生和研究生的興趣，使學生的儀器操作水平和創(chuàng)新能力相應的提高，充分展示大型儀器在實驗教學中的作用，具有 一定推廣及借鑒意義。

二、模型存在必要性

認識來自實踐，又反作用于實踐。學習的主要目的是為了在以后的生活和工作中更好的應用，所以實踐能力的培養(yǎng)是教育的主要目的之一。教師在課堂上利用實物模型進行演示教學，將課本中抽象、空洞的名詞解釋具體化、真實化，從而讓學生直觀的看到某個現(xiàn)象的發(fā)生過程。同時，在演示的過程中，可以讓學生自己動手操作，鍛煉了學生的實踐操作能力，同時也調(diào)動了學生的學習積極性，活躍了課堂氣氛，達到授課目的。然而，利用計算機模擬演示教學則達不到這樣的目的：計算機的模擬演示是在已經(jīng)設計好的程序下進行的，其中帶有很強的人為因素，其真實性可能讓學生產(chǎn)生懷疑。

三、可視化地面沉降模型概述

（一）地面沉降概述

（1）地面沉降概念

地球表面的海拔標高在一定時期內(nèi)，不斷降低的環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象叫地面沉降，是地層形變的一種形式。地面沉降有自然的地面沉降和人為的地面沉降。自然的地面沉降一種是在地表松散或半松散的沉積層在重力的作用下，由松散到細密的成巖過程；另一種是由于地質(zhì)構造運動、地震等引起的地面沉降。人為的地表沉降主要是大量抽取地下水所致。后者即為本課題研究的主要對象。

（2）地面沉降的主要危害

1.毀壞建筑物和生產(chǎn)設施；2.不利于建設事業(yè)和資源開發(fā)。發(fā)生地面沉降的地區(qū)屬于地層不穩(wěn)定的地帶，在進行城市建設和資源開發(fā)時，需要更多的建設投資，而且生產(chǎn)能力也受到限制；3.造成海水倒灌。地面沉降區(qū)多出現(xiàn)在沿海地帶。地面沉降到接近海面時，會發(fā)生海水倒灌，使土壤和地下水鹽堿化。對地面沉降的預防主要是針對地面沉降的不同原因而采取相應的工程措施。

（二）可視化地面沉降模型的教育

該模型結合地下水過度開采誘發(fā)和加劇地面沉降發(fā)展現(xiàn)狀，模擬了過量開采地下水后形成區(qū)域性地面沉降和地下水降落漏斗的過程。本模型由填充砂石的水箱、抽水泵、抽水井、刻度尺、水和染色劑組成。當水泵大量抽水后，水井中水位下降，加入染色劑，可看到地下水面形成了區(qū)域性漏斗狀凹面的現(xiàn)象，即形成了局部地下水降落漏斗，同時也可觀察到水井附近產(chǎn)生了地面沉降。隨著抽水時間的延續(xù)，漏斗中心水位降深逐漸加大，降落漏斗和地面沉降范圍也增大。直至補給量與抽水量達到平衡，漏斗呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，地面停止沉降。本模型展示了超采地下水后地下水面的變化情況，直觀地模擬了地下水降落漏斗的形成過程，利用此裝置作為教學模型，學生可在課堂上親手操作并觀察地面沉降和地下水降落漏斗的形成過程。同時，該裝置結構簡單，操作方便，易于理解，教學可重復性好，將教學與實踐緊密結合，利于學生學習與地面沉降相關的知識，也鍛煉了學生的動手能力。

四、總結

通過實物模擬演示教學，激發(fā)了學生的學習積極性，促進了學生實踐動手及創(chuàng)新能力，提高了教學質(zhì)量，且在一定程度上彌補了野外現(xiàn)場實習的不足，使我國水文地質(zhì)實驗教學更為先進。上述裝置采用全透明外箱制作，實驗過程清晰可見，工作原理易于理解，十分利于教學、科研。

參考文獻：

[1]劉瑋.由認知到感知 ——談信息可視化技術[J].中國計算機用戶，2003，（48）：52～53.

[2]趙國慶.知識可視化 2004 定義的分析與修訂[J].電化教育研究，2009，（3）：15～18.

作者簡介：

李笑（1995.2-），男，本科在讀。

李亮（1983.4-），男，江西瑞昌人，博士，講師，主要從事于水文地質(zhì)，巖溶碳匯研究。endprint