基于黃土滑坡科學觀測研究站進行課堂教學模式探索—以蘭州大學地質工程專業(yè)為例

張帆宇

蘭州大學 土木工程與力學學院，甘肅 蘭州 730000

一、引言

隨著我國“一帶一路”倡議的實施，西部地區(qū)的政治經濟地位日益突出。同時，“雙一流”建設成為提升我國高等教育綜合實力與國際競爭力的國家重大戰(zhàn)略決策。高素質人才培養(yǎng)不但是服務區(qū)域經濟可持續(xù)發(fā)展的重要基礎，也是國家重大戰(zhàn)略決策長期有效實施的重要保障。因此，教學質量和教學革新也就成為西部各大高校再次關注的焦點。西部地區(qū)高等教育院校密集度明顯低于東部和經濟發(fā)達地區(qū)，加之受西部地區(qū)經濟發(fā)展相對落后的影響，教育資源和教學條件也相對較差。特別是部分高校的工科專業(yè)，教學實踐配套資源相對匱乏。很多西部高校都缺少工科專業(yè)配套的實踐課程體系中所需的教學設施和教學基地，且工科專業(yè)有關實踐課的理論研究也處于教育學研究的薄弱環(huán)節(jié)。另外，教育部發(fā)布了開展新工科研究和實踐的通知，這對西部高校的有關工科專業(yè)教學實踐提出了新要求，也推動了各高校對工科教育進行改革創(chuàng)新的嘗試和努力[1]。

國內地質類專業(yè)的教學實習主要以高校自行建設的教學基地為依托，利用野外實習基地中存在的地層巖性、構造結構、地貌特征等在現場進行實踐教學環(huán)節(jié)。比如中國地質大學（北京）與中國地質大學（武漢）的周口店野外教學實習基地和秭歸產學研基地[2-3]。這類實習方式需要專門的實習基地建設，且需要特定實習時間完成設計的實踐教學任務。然而，受西部教育資源的限制，當前很多高校地質類高校都缺少具有地域特色的實習基地。另一方面，西部特殊的地質環(huán)境和地貌特征，黃土滑坡地質災害已給西部地區(qū)的基礎設施、城鎮(zhèn)化和人民生命財產造成了大量危害[4-5]，也在一定程度上影響了國家重大戰(zhàn)略決策的實施。此外，地質災害研究是一個涉及地質、工程、力學、技術和通信等多個領域的交叉學科。因此，在新工科研究與實踐大背景下，加強地質災害領域新工科教學革新模式探索，對提升相關學科本科生的科研素質和工程解決能力，促進學生后期具備與其他相關領域進行交叉融合的基礎，具有重要的實際意義。

本文以蘭州大學地質工程專業(yè)的工學本科生為教學對象，榆中校區(qū)內黃土滑坡科學觀測研究站為教學基地，結合該專業(yè)諸如地質學、災害地質學和工程地質勘探等相關課程中涉及黃土相關內容進行課堂教學革新模式的探索，從理論和實踐方面對地質工程專業(yè)現場課堂教學的適應性和有效性進行驗證，為提升本科生教學質量和教學改革提供經驗和基礎。

二、科學觀測研究站選址對課堂教學實踐的重要性

黃土滑坡科學觀測研究站位于蘭州大學榆中校區(qū)內，黃土厚度150～200 m，含有典型的溝、梁、峁黃土地貌，還有大量的落水洞和滑坡等地質災害，且還廣泛分布表面結皮、坡面侵蝕和溝道侵蝕等地表演化過程。該研究站建立的目的是在進行黃土滑坡科學觀測的基礎上，利用區(qū)內豐富的地質地貌元素進行本科生課堂教學的實踐活動，并服務于社會科普宣傳功能，最終實現產學研目標。

要實現本科生教學活動中的課堂教學實踐環(huán)節(jié)，選址上就要有特殊的標準和要求，含課堂教學功能的位置會比專門用于野外實習的基地在便捷性和時效性上要求更高。蘭州大學黃土滑坡科學觀測研究站具有課堂教學實踐的地理優(yōu)勢，在地質工程專業(yè)課堂教學模式探索過程中，目的是讓學生和教師在正常教學授課期間，能在科學觀測研究站及其周邊區(qū)域內進行與地質相關課程內容相關的教學活動，讓學生結合室內的課程內容，直觀地去感受教材中有關黃土的地貌特征、災害類型和地質現象，然后回到教材內容進行再認識，對模糊的地方可重新再回到現場，實現了地質類專業(yè)學習過程中理論與現場有機結合的基礎。

蘭州大學黃土滑坡科學觀測研究站具有教學實踐環(huán)節(jié)可實現性的優(yōu)越地理位置，還有廣泛的地質、地貌和地形實踐要素。這就為地質工程專業(yè)中涉及黃土沉積、黃土地貌和黃土地質災害等相關專業(yè)內容進行課堂教學實踐環(huán)節(jié)奠定了重要基礎，為提升學生對專業(yè)的興趣和喜愛提供了條件。

野外課堂教學是群體性事件，教學活動期間師生的安全性也是必須關注的[4]。黃土滑坡科學觀測研究站具有道路交通和網信通訊等完善的基礎設施，且具有充足的野外活動空間。這不但提供了室外課堂教學活動所需的便捷性和時效性，還很大程度上滿足活動開展的安全性。因此，野外觀測研究站的選址是課堂教學實踐環(huán)節(jié)中實現功能多樣化和有效實施的重要前提。

三、基于黃土滑坡科學觀測研究站的課堂教學模式

地質工程專業(yè)諸多地質地貌相關的課程教學，書本講授、多媒體展示和板書圖解等方式仍都屬于平面方式，且在課堂中缺少自由互動交流的空間，學生在教室中獲得的信息仍是被動靜態(tài)的。盡管多媒體教學環(huán)節(jié)也可增加一些精彩視頻和三維動畫的信息[5]，仍屬于碎片化的獲取方式。這些不利于學生對各類地質、地貌和地形及其演化過程系統(tǒng)化地學習和理解。當前的本科生課堂教學缺少自由互動交流的空間[6]。因此，當前諸如地質類專業(yè)這些平面教學方式仍不能完全滿足學生在視、聽、說的感官精神要求。教育學領域的研究也證實，真實直觀且具互動交流對象的課堂教學是當代大學生所亟須的[7-8]。

鑒于以上實際情況，蘭州大學地質工程專業(yè)依托校區(qū)內的黃土滑坡科學觀測研究站，針對課程內容中有關黃土沉積、地質災害和地形地貌及其過程的現象、知識和問題，進行現場課堂教學模式探索。當前主要進行了三類模式探索：(1)“ 三基四到”理論與實踐的結合模式；(2) 技術方法、儀器培訓和實踐操作一體化的模式；(3) 科學研究、新技術和教學實踐的互動模式。

對于“三基四到”的課堂理論和現場實踐的結合模式，主要是為了克服地質工程專業(yè)中地質類課程中的大量內容主觀性、宏觀性和經驗性的特點，同時提升本科生對地質工程專業(yè)的興趣。為了實現這一目標，在普通地質學、遙感地質學、災害地質學及第四紀地質和地貌學四門課程中涉及黃土相關的內容時，首先通過在課堂上對基本概念詳細的講解、基本知識深入的分析、基本問題概括的闡述（三基），然后充分利用黃土滑坡科學觀測研究站及其周邊典型的黃土沉積、黃土地貌、黃土災害及有關黃土地質地貌演化過程，讓學生沿途現場觀察各類地貌地質現象，配合羅盤、地質錘和顯微鏡地質三大件進行實踐練習，然后結合課堂授課內容師生間對問題進行互動交流探討，從而實現野外實踐中“走到、看到、摸到和問到”的“四到”環(huán)節(jié)。同時，還通過高低年級聯合實踐，這不但促進各年級學生提高對專業(yè)內容的認知程度，還有利于低年級學生向高年級學生了解認識專業(yè)。此外，觀測研究站便捷的地理位置，也為問題執(zhí)著型的學生將書本理論和現場現象不斷互相印證提供了便利條件。通過三年的實踐證明，這非常有利于學生對課堂授課環(huán)節(jié)中學到的“基本概念、基本知識、基本問題”的認識和了解。

對于技術方法、儀器培訓和實踐操作一體化的模式，主要是為了提升本科生已學到的專業(yè)技術方法在實際工程和科學研究中有效合理的應用能力，克服理論技術方法與實踐動手能力脫節(jié)的問題。在該模式中，基于黃土滑坡科學觀測研究站及其周邊區(qū)域典型的溝、梁和峁黃土地貌和崩、滑、流、落水洞等黃土災害類型，結合學生在工程地質勘探中學到的技術方法，親自利用地震波儀和高密度電法儀探測不同地貌和災害類型中的坡體結構特征，再回到室內利用專業(yè)軟件對數據進行分析，然后通過獲得的數據結果再去認識勘探的黃土地貌和黃土災害對象，從而實現定性和定量的結合。這種教學模式是活動的，使學生對專業(yè)技術方法的掌握更具有效性，且具有明確的任務取向和目標導向，然而這種模式會受到不同高校教學硬件平臺的限制。

對于科學研究、新技術和教學實踐的互動模式，主要是為了培養(yǎng)本科生對科學研究、新技術和新方法的了解和興趣，推動教師在教學中尋求科研的平衡，并一定程度上克服西部高校研究生優(yōu)勢生源的流失和不足的問題。在該模式中，通過黃土滑坡科學觀測研究站布置的科學儀器和開展的研究內容，在現場對學生講解現場監(jiān)測設備的主要功能外，還讓學生了解研究的方法、目的和意義。此外，讓學生參與諸如機載Lidar等新技術方法在現場的研究活動。這種模式依托觀測研究站成為一個看得到、摸得著、系統(tǒng)成像的科研展示平臺，還能幫助一些學生了解黃土地質地貌過程中的關鍵科學問題。通過幾次活動的實踐顯示，這能使一部分意愿在專業(yè)方向上走得更遠的學生有了學習的落腳點，還使教師在教學中有了科研的著力點。

四、總結

通過本科生課堂教學革新模式的實踐表明，基于蘭州大學校區(qū)內的黃土滑坡科學觀測研究站，有效地提升了地質工程專業(yè)學生對有關黃土方面專業(yè)知識的理解和認識，推動了科學研究與本科生教學的融合。通過三種教學革新模式的探索，有利于學生將書本理論和現場現象結合起來，并在一定程度上對專業(yè)現象和問題實現定性和定量的認識，實現對專業(yè)研究的興趣。此外，通過實踐還發(fā)現，充分發(fā)揮大學校區(qū)或鄰近區(qū)域的野外觀測試驗研究平臺教學資源化，不但為本科生課堂教學提供了新的模式和途徑，還一定程度上緩解了教學資源的不足。因此，野外觀測試驗平臺與課堂教學相結合的模式，為具備類似條件的院校專業(yè)教學提供參考。