《地球科學(xué)概論》教學(xué)理念形成和課程體系建設(shè)

戴緊根，顏丹平，邱 亮，曹秀華

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083

《地球科學(xué)概論》是我校面向地質(zhì)學(xué)相關(guān)專業(yè)一年級學(xué)生的學(xué)科基礎(chǔ)課。該課程主要講授地球科學(xué)基礎(chǔ)知識，涉及的主要學(xué)科包括地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、地球物理學(xué)、氣象學(xué)、海洋學(xué)、水文學(xué)、環(huán)境地學(xué)、天文地學(xué)、地球系統(tǒng)科學(xué)等?！兜厍蚩茖W(xué)概論》是一門理論性、實踐性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程，同時也是學(xué)生專業(yè)入門的首門課程。在整個地學(xué)相關(guān)專業(yè)教學(xué)課程體系中，該課程承擔(dān)著構(gòu)建專業(yè)知識框架和體系、培養(yǎng)學(xué)生地學(xué)興趣等重要任務(wù)。因此，《地球科學(xué)概論》課程教學(xué)質(zhì)量深刻影響后續(xù)地質(zhì)學(xué)核心專業(yè)課程的教學(xué)進(jìn)度和效果。

該課程教學(xué)目標(biāo)是：（1）使學(xué)生了解地球科學(xué)涉及主要學(xué)科領(lǐng)域的基本知識，全面深入地理解地質(zhì)作用產(chǎn)生的原因、過程及結(jié)果, 并建立地球系統(tǒng)的概念；（2）使學(xué)生掌握地質(zhì)學(xué)基本理論、研究方法和技能，理解資源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要性，為后續(xù)高年級專業(yè)核心課程的學(xué)習(xí)和知識面的拓寬奠定必要的基礎(chǔ)；（3）提高學(xué)生對地球科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生踏入地球科學(xué)專業(yè)領(lǐng)域。同時，培養(yǎng)學(xué)生熱愛自然、保護(hù)環(huán)境的情感和意識，使學(xué)生樹立辯證唯物主義的自然觀和艱苦奮斗、勇于探索、崇尚科學(xué)、為國奉獻(xiàn)的正確人生觀。

為了達(dá)到上述教學(xué)目標(biāo)，我校《地球科學(xué)概論》教學(xué)團(tuán)隊近年來在繼承已有深厚積累基礎(chǔ)之上，就教學(xué)理念、課程體系、教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容等方面開展了一系列的教學(xué)改革和實踐，提高了教學(xué)效果和培養(yǎng)了學(xué)生的興趣。下面將對我?！兜厍蚩茖W(xué)概論》課程發(fā)展歷程及取得成果、教學(xué)理念與教學(xué)方式、教師團(tuán)隊等方面進(jìn)行詳細(xì)梳理，有助于進(jìn)一步探討該門課程的教學(xué)體系及教學(xué)方法，希望為相關(guān)院校同類課程的建設(shè)提供一定的參考和借鑒。

1 課程發(fā)展歷程與取得成果

1.1 課程發(fā)展歷程

1952年北京地質(zhì)學(xué)院建校之初，我校繼承了北京大學(xué)和清華大學(xué)《普通地質(zhì)學(xué)》的課程體系，該課程體系與Holmes的Physical Geology類似。1953年，采用了原蘇聯(lián)《普通地質(zhì)學(xué)》中譯本體系。1959年，馬杏垣和莊培仁等老一輩地質(zhì)學(xué)家以精簡課程和加強(qiáng)實踐教學(xué)為指導(dǎo)方針，對該課程體系做了很多新的建設(shè)。1986年，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）恢復(fù)本科招生，在萬天豐、趙其強(qiáng)、汪新文等老師帶領(lǐng)下，開始了新一輪的課程與實踐教學(xué)建設(shè)，教師團(tuán)隊建設(shè)也同步啟動。到1994~1995年，《普通地質(zhì)學(xué)》全面擴(kuò)展內(nèi)容，并更名為《地球科學(xué)概論》。在1999年和2015年，汪新文等《地球科學(xué)概論》教材，以及在1999年和2000年，陶世龍等《地球科學(xué)概論》教材分別出版發(fā)行。顏丹平等在1999年出版了野外實習(xí)相關(guān)的實踐教學(xué)教材《北京西山及長城地區(qū)野外地質(zhì)實習(xí)指南》（中英文對照）。除此之外，該門課程配套的室內(nèi)實習(xí)教材每年均內(nèi)部出版。由此可見，我?！兜厍蚩茖W(xué)概論》課程具有深厚的歷史底蘊(yùn)和豐富的積累。

1.2 課程取得成果

本門課程經(jīng)過長期積累和不斷建設(shè)，取得了一系列教育教學(xué)成果。2003年建設(shè)成為我校第一門北京市精品課程（萬天豐負(fù)責(zé)），2005年建設(shè)成為我校第一門國家精品課程（萬天豐負(fù)責(zé)），2007年獲得北京市優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊（顏丹平負(fù)責(zé)），2013年獲批國家精品資源共享課程（顏丹平負(fù)責(zé)），2014年獲批國家精品視頻公開課程（顏丹平負(fù)責(zé)），2018年獲黃大年式教學(xué)團(tuán)隊（王根厚負(fù)責(zé)），2019年獲北京高校優(yōu)秀本科育人團(tuán)隊（顏丹平負(fù)責(zé)），2020年獲北京高校優(yōu)秀本科課程重點項目（顏丹平負(fù)責(zé)）。在上述課程體系建設(shè)與改期基礎(chǔ)上，該門課程的建設(shè)與改革成果還獲得國家級教學(xué)成果二等獎1次，北京市教學(xué)成果一等獎1次、二等獎3次。

2 合乎時代的教學(xué)理念

教學(xué)理念是對教學(xué)活動的基本態(tài)度和觀念，是從事教學(xué)活動的信念（顏丹平等，2015; 萬天豐，2006）。任何一門課程的教育教學(xué)改革，首先需要構(gòu)建合乎時代要求的教學(xué)理念。在長期的教學(xué)實踐過程中，《地球科學(xué)概論》教學(xué)團(tuán)隊凝練形成的教學(xué)理念可以總結(jié)為以下四個方面。

2.1 因材施教和因才施教

根據(jù)多年教學(xué)問卷調(diào)查的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了地質(zhì)學(xué)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生數(shù)理化基礎(chǔ)普遍較弱，教育和家庭背景差異極大。為了更好提高教學(xué)效果，使得基礎(chǔ)參差不齊的學(xué)生能夠得到較為系統(tǒng)的訓(xùn)練，本課程采用統(tǒng)一的教材，為絕大部分同學(xué)統(tǒng)一授課。上述授課方式，對于培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)知識，為后續(xù)可能從事地質(zhì)相關(guān)專業(yè)的同學(xué)奠定堅實的專業(yè)基礎(chǔ)。但是對于少部分有志于從事地質(zhì)科學(xué)研究的同學(xué)，上述教學(xué)方式可能并不能滿足。因此，我們提出了有教有類、因“才”施教的理念。具體措施就是對地質(zhì)學(xué)理科基地班采取小班授課方式，積極開展啟發(fā)式教學(xué)，并定期邀請國外大學(xué)知名教授開展英文授課。這種因“才”施教成果顯著，據(jù)不完全統(tǒng)計，自2000年地質(zhì)學(xué)理科基地班組建以來，已經(jīng)有十余位畢業(yè)同學(xué)獲得國家級人才計劃，另有十余位同學(xué)在美國等歐美國家的一流大學(xué)獲得教職。

2.2 引導(dǎo)重于施教

在《地球科學(xué)概論》課程的授課方面，以往存在的突出問題是教師講授、學(xué)生被動聽講。這直接導(dǎo)致了學(xué)生學(xué)習(xí)效率低下，課堂氛圍不夠活躍，部分同學(xué)上課聽講不認(rèn)真等。其實，這也是我國高校在課程授課方面與歐美等國家存在的差距（密文天等，2021）。因此，以往授課模式需要改變，需要將學(xué)生從被動聽講轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極學(xué)習(xí)，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情和培養(yǎng)獨立思考的能力（孫柏年等，2019）。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，首先是需要樹立“引導(dǎo)重于施教”的理念，然后是建立啟發(fā)式、互動式的教學(xué)模式。具體來講，（1）在講解某一概念時，需要多啟發(fā)同學(xué)如何理解該概念的內(nèi)涵、外延以及與相關(guān)概念的聯(lián)系和對比，并將相似或者同一類概念進(jìn)行體系關(guān)聯(lián)；（2）在講授核心知識點時，通過與同學(xué)互動，將相關(guān)知識構(gòu)架進(jìn)行發(fā)散并聯(lián)和串聯(lián)，從而使得同學(xué)對相關(guān)知識點有更加深入的理解；（3）在授課過程中，針對某些知識點，定期選擇相關(guān)話題，提前布置學(xué)生去查閱相關(guān)資料和檢索相關(guān)文獻(xiàn)，并以小組為單位共同討論，可以隨機(jī)點名組內(nèi)一名同學(xué)進(jìn)行回答，從而做到讓學(xué)生積極主動參與到課堂中，學(xué)會如何學(xué)習(xí)的能力。上述這些教學(xué)環(huán)節(jié)有助于學(xué)生初步建立中文文獻(xiàn)閱讀和專業(yè)英文文獻(xiàn)閱讀的能力、研究型學(xué)習(xí)與科學(xué)研究融合的能力。

2.3 培養(yǎng)學(xué)生興趣

《地球科學(xué)概論》作為學(xué)科基礎(chǔ)課，具有不可替代的作用，將為后續(xù)專業(yè)核心課程打基礎(chǔ)。地質(zhì)學(xué)相關(guān)課程最大的特色是實踐課，該門課程設(shè)置了一半學(xué)時，即32個學(xué)時的實踐課程，包括礦物、表層地質(zhì)作用、沉積構(gòu)造與古生物化石、巖漿巖、變質(zhì)巖、構(gòu)造模型、地形圖與羅盤使用、地質(zhì)圖等實驗室實踐課，也包括了校內(nèi)地質(zhì)博物館和虎峪地區(qū)的野外實習(xí)等室外實踐課。這些形式多樣的實踐課程，將為學(xué)生從理解書本抽象知識到觀察實際標(biāo)本和具體地質(zhì)現(xiàn)象提供一個重要的窗口。在授課過程中，采取先帶學(xué)生觀察、然后指導(dǎo)學(xué)生如何觀察，以及從哪些角度分析進(jìn)行實例講解。在講授過程中，教師團(tuán)隊盡量將對各類標(biāo)本和野外露頭的專業(yè)理解和熱愛表達(dá)出來，這有助于潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生對地質(zhì)學(xué)的興趣。講授完成后，其他內(nèi)容則要求學(xué)生通過小組討論，鼓勵學(xué)生就觀察到的現(xiàn)象與書本描述是否一致，存在的相同點和差異點等方面提出思考，激發(fā)學(xué)生的探索精神。

對于地質(zhì)學(xué)理科基地班，我校還每年選拔部分同學(xué)開展跨國、跨地區(qū)交流實踐。這樣特殊的實踐活動，將給參與實踐的學(xué)生帶來不一樣的經(jīng)歷，讓他們不僅僅可以了解不一樣的地質(zhì)情況，也能讓他們更好去理解中外教學(xué)理念和文化方面的差異，進(jìn)一步激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情和內(nèi)在驅(qū)動力。據(jù)不完全統(tǒng)計，自2012年以來，我校開展了本科生跨國、跨地區(qū)地質(zhì)實踐實習(xí)一共60余次。

2.4 建立地球系統(tǒng)科學(xué)思維

隨著社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們越來越意識到對地球資源的利用和對地球環(huán)境的保護(hù)同等重要。而要做到這看似矛盾的兩個方面的統(tǒng)一，需要進(jìn)一步加強(qiáng)不同學(xué)科之間的融合，闡述地球系統(tǒng)的演化規(guī)律。在國家需求方面，目前地球科學(xué)面臨最迫切的問題是要為解決碳排放與碳達(dá)峰和碳中和之間矛盾提供可行的科學(xué)和技術(shù)支撐。因此，不論是全球前沿研究還是國家需求方面，地球科學(xué)都面臨了研究內(nèi)涵和發(fā)展方向亟待轉(zhuǎn)變的局面。強(qiáng)調(diào)多層圈相互作用的地球系統(tǒng)科學(xué)將是未來地球科學(xué)發(fā)展的最重要方向，而通過地球系統(tǒng)科學(xué)的研究，則為解決資源、能源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展提供重要理論支撐，進(jìn)而更好地認(rèn)識與保護(hù)宜居地球。因此，我們教學(xué)團(tuán)隊適應(yīng)地球科學(xué)發(fā)展方向，提出將地球系統(tǒng)科學(xué)理論貫穿到整個課程之中。從地球系統(tǒng)科學(xué)的角度，試圖闡述不同圈層及其之間的相互作用，有助于同學(xué)們建立地球系統(tǒng)科學(xué)的思維。

3 團(tuán)結(jié)合作的高水平教師團(tuán)隊

任何一門課程要完全實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)、取得良好的教學(xué)效果，關(guān)鍵在于建設(shè)高素質(zhì)、高水平、團(tuán)結(jié)合作的教師團(tuán)隊。目前我校《地球科學(xué)概論》教學(xué)團(tuán)隊一共有15名教師，其中教授6人，副教授6人，講師和實驗師3人，博士學(xué)位14人，碩士學(xué)位1人。6人有國外大學(xué)一年以上訪問學(xué)習(xí)經(jīng)歷，為該門課程融合國外教學(xué)經(jīng)驗打下了較好基礎(chǔ)。在年齡方面，大于55歲7人，45~54歲2人，38~44歲2人， 小于38歲4人（圖1）。國家級教學(xué)名師、國家萬人計劃教學(xué)名師1人，北京市教學(xué)名師3人。由此可見，我們教學(xué)團(tuán)隊教師年齡、職稱結(jié)構(gòu)均非常合理。為了更好拓寬地質(zhì)視野和豐富教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)團(tuán)隊每年開展1~2次國內(nèi)交流和野外集體考察與備課活動（圖2），取得了良好的效果，進(jìn)一步增強(qiáng)了團(tuán)隊之間的凝聚力。

圖1 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）《地球科學(xué)概論》教學(xué)團(tuán)隊教師組成Fig.1 Faculty of the teaching team of “Introduction to Earth Science” at China University of Geosciences(Beijing)

圖2 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）《地球科學(xué)概論》教學(xué)團(tuán)隊在野外集體備課Fig.2 The teaching team of “Introduction to Earth Science” at China University of Geosciences (Beijing) collectively conducted field trip for lessons

團(tuán)隊內(nèi)教師之間平等相待，相互支持，相互理解。老教師以身作則，發(fā)揮示范引領(lǐng)作用，主動承擔(dān)了更多的教學(xué)工作量，使得青年教師能更好地平衡教學(xué)與科研的關(guān)系，助力青年教師逐漸走上關(guān)鍵崗位，挑起該門課程教學(xué)任務(wù)的大梁。目前團(tuán)隊中的青年教師中有1人獲得國家自然基金委優(yōu)秀青年基金，1人獲得中科院百人計劃，1人晉升正教授，全部青年教師晉升副教授。

4 教材建設(shè)與教學(xué)體系

在教材建設(shè)方面，我校已經(jīng)出版了《地球科學(xué)概論》兩本教材，分別是汪新文等《地球科學(xué)概論》教材和陶世龍等《地球科學(xué)概論》教材。其中前者以地質(zhì)作用為主線，從宇宙中的地球到地球表層與深部地質(zhì)作用，按照順序依次安排相關(guān)章節(jié)，符合教師教學(xué)心理預(yù)期，但是多圈層相互作用是該教材授課的弱項。而后者以層圈結(jié)構(gòu)為主，從行星地球到地球不同圈層，再到地球系統(tǒng)科學(xué)等，符合地球科學(xué)未來發(fā)展趨勢，但是地質(zhì)學(xué)相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)相對薄弱，課堂組織體系較性較弱。因此，為了更好利用上述兩本教材的優(yōu)點，我們教學(xué)團(tuán)隊采取了模塊化教學(xué)。將所有章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行模塊化，如將今論古等內(nèi)容列為G1模塊，地質(zhì)年代與地球圈層為G2模塊，地質(zhì)作用為G3模塊，地球形成與地球系統(tǒng)科學(xué)為G4模塊，而資源、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展為G5模塊。

為達(dá)到將5個模塊交叉融合的教學(xué)目的，教學(xué)過程中，根據(jù)授課對象有機(jī)地將上述兩本教材、甚至與國外優(yōu)秀教材相結(jié)合。對于地質(zhì)學(xué)相關(guān)專業(yè)的班級，主要以汪新文等《地球科學(xué)概論》教材為主，有助于地學(xué)相關(guān)專業(yè)的同學(xué)更加深入理解各類地質(zhì)過程。同時，在教學(xué)過程中，教學(xué)團(tuán)隊始終從地球系統(tǒng)科學(xué)的角度去串聯(lián)起各個章節(jié)內(nèi)容，從而達(dá)到了既強(qiáng)調(diào)地質(zhì)作用過程，又不乏圈層相互作用的地球系統(tǒng)科學(xué)知識體系。由此可見，模塊化的教學(xué)體系，使得我們能夠很好發(fā)揮兩本教材的各自優(yōu)勢。而對于地質(zhì)學(xué)理科基地班，在教學(xué)過程中，使用Hamblin 和 Christiansen（2001）和Hubble等（2002）作為參考教材，并選定其中的部分內(nèi)容要求同學(xué)們閱讀和講授。

5 教學(xué)方式的改革與實踐

教學(xué)方式改革需要緊密圍繞培養(yǎng)方案來設(shè)計，而主要原則是回答以下三個問題：（1）如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣？（2）如何引導(dǎo)學(xué)生向往專業(yè)核心課程的學(xué)習(xí)？如結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)、巖石學(xué)、古生物學(xué)與地層學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等？（3）如何為一年級北戴河地質(zhì)認(rèn)識實習(xí)和二年級周口店地質(zhì)實習(xí)教學(xué)服務(wù)？

在上述原則方針指導(dǎo)下，教學(xué)團(tuán)隊首先對教學(xué)方案進(jìn)行了系統(tǒng)改革，將理論課程與實踐課程學(xué)時對半分，即理論學(xué)習(xí)32個學(xué)時和實踐課（包括課間野外實習(xí)）32個學(xué)時?？梢钥闯觯鲜稣n時分配體現(xiàn)了該門課程的實踐特色，也為后續(xù)暑期野外實踐奠定了良好的基礎(chǔ)。除此之外，還對地質(zhì)學(xué)基地班開展了小班授課和研討式教學(xué)。在實踐方面，增加了設(shè)計型、綜合型實踐教學(xué)，如增加了自我設(shè)計型（虎峪課間野外）實習(xí)和綜合型（博物館、校園地質(zhì)體驗）實習(xí)。

其次對教學(xué)方式進(jìn)行了改革，從以往單一的課堂授課，逐漸過渡到課堂理論授課、室內(nèi)和野外地質(zhì)實踐、平臺在線學(xué)習(xí)和虛擬仿真野外實習(xí)等多種教學(xué)方式相結(jié)合。教學(xué)團(tuán)隊在2019年完成了《地球科學(xué)概論》課程中全部15章的MOOC視頻錄制，視頻總數(shù)量達(dá)99條，覆蓋課程全部教學(xué)內(nèi)容；在2020年完成了線上實習(xí)課程錄制。由于虛擬仿真在教學(xué)中能取到很好的補(bǔ)充和增強(qiáng)的作用（強(qiáng)偉帆等，2020），教學(xué)團(tuán)隊也完成了虎峪野外虛擬實習(xí)路線和三維虛擬現(xiàn)實視頻等方面的制作。由于疫情原因，2020.02~2020.06春季學(xué)期，《地球科學(xué)概論》課程的教學(xué)全部轉(zhuǎn)為主要在超星平臺上開展，教學(xué)團(tuán)隊還配合使用了其它平臺（如騰訊會議、釘釘以及微信等），完成了37個教學(xué)班、約1200名同學(xué)的課程學(xué)習(xí)。據(jù)2022年05月31日查詢，總計5804194人次登錄。但是必須指出的是，線上課程應(yīng)當(dāng)堅持使用，但只能作為輔助教學(xué)手段，無法替代線下課程學(xué)習(xí)。

6 主要結(jié)論

本文介紹了中國地質(zhì)大學(xué)（北京）《地球科學(xué)概論》課程的發(fā)展歷程、體系建設(shè)和改革情況。闡述了4種教學(xué)理念的構(gòu)建、形成過程與實施效果，通過（1）有教無類、因材施教和有教有類、因才施教；（2）引導(dǎo)重于施教；（3）培養(yǎng)學(xué)生興趣；（4）建立地球系統(tǒng)科學(xué)思維，形成符合時代的教學(xué)理念。探索了模塊化教學(xué)體系，有效結(jié)合了我校兩本教材的特征，從而達(dá)到了重點章節(jié)突出但又具有地球系統(tǒng)科學(xué)的效果。強(qiáng)調(diào)了團(tuán)結(jié)互助的高水平教學(xué)團(tuán)隊在課程建設(shè)和改革中具有關(guān)鍵作用，而我校將該門課程的理論學(xué)習(xí)和實踐課程的學(xué)時對半，著重突出了該門課程的實踐特色。教學(xué)方式也發(fā)生重要轉(zhuǎn)變，從以往單一的教師課堂授課，逐漸過渡到課堂教師理論授課、室內(nèi)和野外地質(zhì)實踐、平臺學(xué)生自主在線學(xué)習(xí)和虛擬仿真野外實習(xí)等多種教學(xué)方式相結(jié)合。