“虛、實(shí)一體化”教學(xué)體系的探索

陳青 譚先鋒 況昊 王佳 李小剛 王拓

摘要：構(gòu)造地質(zhì)學(xué)因地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象復(fù)雜多樣，在實(shí)驗(yàn)室難以重現(xiàn)，造成教學(xué)中理論和實(shí)踐的脫節(jié)，使學(xué)生很難將所學(xué)知識(shí)與各種復(fù)雜的客觀(guān)構(gòu)造現(xiàn)象融會(huì)貫通。本文介紹了運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)和構(gòu)造模擬裝置，構(gòu)建構(gòu)造地質(zhì)學(xué)“虛、實(shí)一體化”教學(xué)體系的建設(shè)內(nèi)容和實(shí)施途徑，從而達(dá)到提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果，提高地質(zhì)實(shí)踐基本技能和地質(zhì)空間思維能力的目的。

關(guān)鍵詞：虛、實(shí)一體化；構(gòu)造地質(zhì)學(xué)；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）09-0267-02

序言

“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”是地質(zhì)學(xué)的三大支柱學(xué)科之一，也是固體地球科學(xué)及地質(zhì)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課?！皹?gòu)造地質(zhì)學(xué)”主要研究組成巖石圈的各種地質(zhì)體的形態(tài)、變形構(gòu)造作用的成因機(jī)制，及其相互影響、時(shí)空分布和演化規(guī)律。然而，賦存于地下、經(jīng)歷了漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史的地質(zhì)體的形成過(guò)程看不見(jiàn)、摸不著，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中難以再現(xiàn)，并且復(fù)雜的地質(zhì)作用和礦產(chǎn)賦存狀態(tài)在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中也無(wú)法重復(fù)，導(dǎo)致該課程具有抽象性強(qiáng)、系統(tǒng)性強(qiáng)和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此，學(xué)生很難將所學(xué)知識(shí)與各種復(fù)雜的客觀(guān)構(gòu)造現(xiàn)象融會(huì)貫通，出現(xiàn)理論知識(shí)與野外實(shí)踐的脫節(jié)。當(dāng)前的教學(xué)實(shí)踐表明[1-6]，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的感性認(rèn)識(shí)，必須理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)實(shí)踐能力鍛煉。實(shí)踐教學(xué)是高校培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要途徑和手段[7，8]。因此，如何建立一套相互有聯(lián)系、一體化的實(shí)踐教學(xué)資源，將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)聯(lián)系在一起，培養(yǎng)學(xué)生的地質(zhì)思維和地質(zhì)技能，成為亟待解決的問(wèn)題。

一、“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程“虛、實(shí)一體化”教學(xué)理念的內(nèi)涵

“虛、實(shí)一體化”教學(xué)模式是以虛擬仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)景進(jìn)行仿真和模擬，從而提高學(xué)生對(duì)抽象概念的理解和掌握，更靈活、自由地開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)[9]。在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐中，引入“虛、實(shí)一體化”的概念，即是利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，虛擬地下條件變化情況下可能產(chǎn)生的地質(zhì)構(gòu)造，使學(xué)生對(duì)看不見(jiàn)、摸不著的地下地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生直觀(guān)認(rèn)識(shí)[10]；同時(shí)，利用構(gòu)造物理模擬裝置，再現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造形成演化過(guò)程，強(qiáng)化學(xué)生的理解和認(rèn)識(shí)，達(dá)到野外地質(zhì)實(shí)踐體系與理論課程相結(jié)合的目的。這一教學(xué)模式以計(jì)算機(jī)虛擬成像和室內(nèi)微型化再現(xiàn)為依托，合理有效地運(yùn)動(dòng)現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)手段，在“靜”的基礎(chǔ)上，增加“動(dòng)”的情景再現(xiàn)，重現(xiàn)斷層、褶皺等構(gòu)造的形成過(guò)程，從而彌補(bǔ)學(xué)習(xí)環(huán)境和實(shí)踐手段的不足[10]。

二、“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”中“虛、實(shí)一體化”教學(xué)體系建設(shè)內(nèi)容

以多年教學(xué)過(guò)程中積累的各種構(gòu)造現(xiàn)象的圖片、動(dòng)畫(huà)和錄像等教學(xué)資源為基礎(chǔ)，配合相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室軟、硬件設(shè)備，構(gòu)建作為理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)之間過(guò)渡橋梁的虛擬仿真軟件，再現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造的形成與演化過(guò)程，從而形成“虛、實(shí)”結(jié)合的一體化課程資源。

1.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)理論教學(xué)數(shù)字化課程資源包建設(shè)。理論教學(xué)的數(shù)字化課程資源包括多媒體、動(dòng)畫(huà)視頻、全國(guó)各主要地區(qū)構(gòu)造圖件、典型構(gòu)造的地質(zhì)模型、野外地質(zhì)實(shí)例圖片等。將各類(lèi)資源按教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)分單元整理和歸納，不僅為虛擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)素材，而且也更便于授課過(guò)程中靈活、快速地展現(xiàn)出各類(lèi)地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象。

2.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)實(shí)踐教學(xué)的構(gòu)造物理模擬裝置建設(shè)。為保證教學(xué)的更好進(jìn)行，我院構(gòu)造地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室購(gòu)置了一套構(gòu)造物理模擬裝置，它可通過(guò)模擬構(gòu)造形成過(guò)程，對(duì)典型地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象如伸展、走滑、擠壓等，進(jìn)行實(shí)際的室內(nèi)過(guò)程再現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的成因定性和定量分析。因此該套設(shè)備的充分使用，可強(qiáng)化學(xué)生對(duì)抽象地質(zhì)現(xiàn)象的理解和認(rèn)識(shí)，達(dá)到野外地質(zhì)實(shí)踐體系與理論課程相結(jié)合的目的。

3.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)實(shí)踐教學(xué)中虛擬仿真軟件建設(shè)。在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)理論教學(xué)數(shù)字化課程資源包建設(shè)的基礎(chǔ)上，對(duì)于賦存于地下的地質(zhì)體，自主設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)模擬程序，展現(xiàn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維空間立體模型，演示其構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。將虛擬的地質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于教學(xué)中，不僅有利于學(xué)生對(duì)地質(zhì)現(xiàn)象建立立體空間概念，也使學(xué)生對(duì)地質(zhì)歷史的演化過(guò)程能有更深刻的理解。

三、“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”中“虛、實(shí)一體化”實(shí)踐教學(xué)體系實(shí)施途徑

1.文獻(xiàn)研究及現(xiàn)狀分析。對(duì)不同高校構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課程的教學(xué)體系進(jìn)行深入的文獻(xiàn)調(diào)研，總結(jié)各大高校理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題、學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中面臨的困難，以及相關(guān)的改革措施，重點(diǎn)分析各高校教學(xué)改革方法、標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)用性。同時(shí)，分析我校構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課程群教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)資源現(xiàn)狀，尤其是野外實(shí)踐環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題和困難，與國(guó)內(nèi)同類(lèi)地質(zhì)院校構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課程設(shè)置進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

2.自主開(kāi)發(fā)模擬程序。利用現(xiàn)有教學(xué)資源的軟、硬件條件，針對(duì)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教學(xué)過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)，尤其是理論與實(shí)際不能很好結(jié)合的構(gòu)造現(xiàn)象，自主設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)虛擬成像程序和構(gòu)造物理模型試驗(yàn)過(guò)程。

3.實(shí)踐應(yīng)用、反饋和修正。將整合的教學(xué)資源和新開(kāi)發(fā)的模擬程序應(yīng)用于理論課及實(shí)踐課的教學(xué)過(guò)程中，編制新的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，選擇試點(diǎn)班，綜合開(kāi)展新教學(xué)方式的實(shí)踐。同時(shí)，根據(jù)問(wèn)卷調(diào)查的反饋意見(jiàn)，對(duì)存在漏洞、效果不佳的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整，以此推動(dòng)“虛、實(shí)一體化”教學(xué)資源建設(shè)的順利進(jìn)行。

四、結(jié)語(yǔ)

“虛、實(shí)一體化”實(shí)踐教學(xué)體系可改善“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特殊性，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的計(jì)算機(jī)虛擬成像，以及地質(zhì)構(gòu)造過(guò)程的室內(nèi)微型化再現(xiàn)，從而達(dá)到虛實(shí)結(jié)合、理論與實(shí)驗(yàn)有效銜接與互補(bǔ)的目的，使學(xué)生真正理解并掌握基本地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)、分類(lèi)、組合形式和形成機(jī)制，及各種地質(zhì)構(gòu)造的觀(guān)察描述和研究方法，最終提高地質(zhì)實(shí)踐基本技能和地質(zhì)空間思維能力。

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