趙義來,康志強*,錢建平,白令安,楊金豹,汪 雯,徐榮銘
1.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,桂林 541004;2.桂林理工大學(xué) 發(fā)展規(guī)劃與教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控中心,桂林 541004
桂林理工大學(xué)源于1956年原國家重工業(yè)部在桂林組建的桂林地質(zhì)學(xué)校,已走過65年的辦學(xué)歷程,學(xué)校以應(yīng)用型高級專門人才培養(yǎng)為目標定位,以工為主,多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展,為教學(xué)研究型理工大學(xué)。地質(zhì)類專業(yè)歷來在學(xué)校專業(yè)建設(shè)和發(fā)展中走在前列,其《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程也逐步建設(shè)形成了國家級重點教材、精品課程、全國多媒體課件大賽獲獎?wù)n件、廣西自治區(qū)教學(xué)成果獎等一批成果,具有深厚的歷史積淀。
目前,本校的《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程實質(zhì)上已建設(shè)為一小型課程群(允春喜和秦延紅,2012)。該課程群除了包括《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》(一、二、三類)外,還包括《地球科學(xué)概論》和《自然科學(xué)概論》課程。課程群在專業(yè)培養(yǎng)中起著地球科學(xué)啟蒙和專業(yè)基礎(chǔ)教育的作用,其知識目標為講授地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)知識和基本原理,講述自然科學(xué)和文化的關(guān)系;能力目標為培養(yǎng)學(xué)生巖礦鑒定能力、地貌景觀的識別與成因分析能力、地災(zāi)預(yù)判、規(guī)避及逃生能力;素養(yǎng)目標為幫助學(xué)生形成地學(xué)思維方式與時空概念、培養(yǎng)探索精神、堅韌意志及人文情懷、建立愛護地球及保護環(huán)境意識。各課程實現(xiàn)平臺與資源共建,教學(xué)師資互通,成果共用共享,但不同課程的服務(wù)對象又各有側(cè)重:《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》(一、二)為綜合地質(zhì)課,面向地質(zhì)相鄰專業(yè),這些專業(yè)的培養(yǎng)方案未設(shè)置構(gòu)造或巖礦類接續(xù)課程,故將其課程內(nèi)容在《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》(一、二)中適當增加,其中,《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》(一)面向本學(xué)院的地質(zhì)工程、勘查技術(shù)與工程等專業(yè),《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》(二)面向其它學(xué)院的土木類、水利類、測繪類等專業(yè);《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》(三)為專業(yè)基礎(chǔ)課,面向地質(zhì)類專業(yè),這些專業(yè)后續(xù)設(shè)置有構(gòu)造、巖礦等專業(yè)課,故將《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》(三)的課時量適當壓縮;《地球科學(xué)概論》為全校公共選修課,面向所有專業(yè)本科生;《自然科學(xué)概論》為全校素質(zhì)必修課,地球科學(xué)內(nèi)容在其中占6學(xué)時,面向?qū)W校非理工科專業(yè)本科生;各課程一般安排在大一學(xué)年開設(shè),個別專業(yè)安排于大二學(xué)年,其開設(shè)時間上基本為平行關(guān)系。課程群的內(nèi)容包括理論、實驗、實習(xí)三個層面,采用線下、線上混合教學(xué),滿足了我校不同專業(yè)本科生不同層次的培養(yǎng)需求(圖1)。
圖1 《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程群架構(gòu)Fig.1 Framework of the course group of Physical Geology
近年,資源環(huán)境保障并重的“大地質(zhì)”觀和科學(xué)、技術(shù)、非技術(shù)融為一體的“大工程”觀的專業(yè)導(dǎo)向以及新工科建設(shè)背景對地學(xué)人才培養(yǎng)提出了新要求:學(xué)生應(yīng)該具有工程實踐、學(xué)科交叉、創(chuàng)新、自主學(xué)習(xí)等能力,還要具備人文素養(yǎng)和社會責(zé)任;同時,地方高校人才培養(yǎng)要對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展以及行業(yè)與產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級發(fā)揮支撐作用。對標上述要求,我校的《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》教學(xué)實踐逐漸顯現(xiàn)出一些短板,表現(xiàn)在:(1)課程知識在橫向上與其它學(xué)科的交叉不足,學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的培養(yǎng)需要向“大地質(zhì)”的要求進一步拓展;(2)課程知識與工程實踐及行業(yè)產(chǎn)業(yè)的結(jié)合度不夠,知識的工科應(yīng)用導(dǎo)向有待加強;(3)課程教學(xué)側(cè)重知識傳授,對人文素養(yǎng)及社會責(zé)任等思政內(nèi)容的傳遞較弱;(4)傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)仍是主要的教學(xué)模式,對學(xué)生創(chuàng)新思維和自由探索精神的培養(yǎng)不足; (5)作為入門地位的專業(yè)課,課程概念繁多、知識龐雜,地質(zhì)過程抽象,易對學(xué)生造成較大的認知負荷,導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足,學(xué)習(xí)主動性差。因此,對課程的內(nèi)容、教學(xué)模式等方面開展教學(xué)改革,并進行相應(yīng)的教學(xué)資源聯(lián)動建設(shè)工作,是近年我?!痘A(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程發(fā)展面臨的一項迫切任務(wù)。
課程的校內(nèi)受眾和校外應(yīng)用情況使我?!痘A(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程改革具有良好的基礎(chǔ):目前共有地球科學(xué)學(xué)院、環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院、測繪地理信息學(xué)院、土木工程學(xué)院及珠寶學(xué)院等5個學(xué)院包括資源勘查工程、勘查技術(shù)與工程、地下水科學(xué)與工程等10余個本科專業(yè)開設(shè)《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程,年均受眾學(xué)生2280人;據(jù)廣西壯族自治區(qū)人力資源和社會保障廳(2019)統(tǒng)計,廣西近年與地質(zhì)相關(guān)的重點產(chǎn)業(yè)急需緊缺人才包括地質(zhì)類、勘查技術(shù)與工程、環(huán)境科學(xué)與工程、給排水科學(xué)與工程、測繪工程、土木工程等專業(yè),所服務(wù)的領(lǐng)域包括新材料、海洋資源開發(fā)利用保護、節(jié)能環(huán)保、建筑、大健康、交通運輸、倉儲和郵政等產(chǎn)業(yè),也表明課程知識服務(wù)于產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)性作用及廣泛的應(yīng)用需求。
基于上述現(xiàn)狀,桂林理工大學(xué)《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程團隊秉承內(nèi)容更新—模式變革—興趣引領(lǐng)的理念,開展了一系列課程改革與教學(xué)資源聯(lián)動建設(shè)工作,取得了較好的成效。
教學(xué)內(nèi)容更新體現(xiàn)在理論、實驗及實習(xí)教材編寫,以及實體課堂和線上內(nèi)容更新。
本課程群的理論教材采用我校錢建平教授主編的《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)教程》,為《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》國家級精品課程、《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》國家級精品資源共享課程和基礎(chǔ)地質(zhì)國家實驗教學(xué)示范中心建設(shè)項目成果(錢建平,2016)。該教材在編寫過程中,相較于已有教材,在知識結(jié)構(gòu)和內(nèi)容安排上進行了如下改革:(1)嚴謹知識結(jié)構(gòu),遵循認識規(guī)律。根據(jù)內(nèi)容由前到后的時序安排,教材結(jié)構(gòu)依次劃分為靜力地質(zhì)學(xué)、動力地質(zhì)學(xué)、歷史地質(zhì)學(xué)和應(yīng)用地質(zhì)學(xué)四大知識模塊(表1)。其中,動力地質(zhì)學(xué)模塊的內(nèi)容安排打破了以構(gòu)造、巖漿等內(nèi)動力地質(zhì)作用開篇的常規(guī)做法,由人們常見、熟悉的風(fēng)化作用、河流地質(zhì)作用等外動力地質(zhì)作用入手,并將各地質(zhì)作用和地質(zhì)產(chǎn)物同章編排,使知識的呈現(xiàn)更符合認知規(guī)律,利于降低學(xué)習(xí)難度,同時減少內(nèi)容重復(fù)。另外,在內(nèi)容展現(xiàn)形式上,該教材版式精美,地質(zhì)現(xiàn)象圖片豐富典型,注重教材可讀性,便于學(xué)生自主性學(xué)習(xí)(魏智如等,2015)。(2)寫好章前概述,引入典型實例。章前概述介紹相關(guān)領(lǐng)域存在的問題和研究意義,使學(xué)生了解各章的學(xué)習(xí)目的,突出工科應(yīng)用特色,并融入思政教育內(nèi)容。如風(fēng)化作用的章前內(nèi)容述及廣西平果鋁土礦,體現(xiàn)風(fēng)化堆積過程對成礦的貢獻;地下水的地質(zhì)作用章前介紹水污染及地下水的生態(tài)環(huán)境因子角色;地面流水的地質(zhì)作用一章,章前述及廣西興安靈渠的修筑歷史及其對水系的溝通作用,并述及當今的三峽大壩、南水北調(diào)工程,使學(xué)生了解河流知識的學(xué)習(xí)意義以及我國當今的建設(shè)成就;海洋地質(zhì)作用的章前概述講解了海洋資源開發(fā)及海洋國土觀念等。在該教材的使用過程中,根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題,于2020年進行了再版修訂,包括錯漏文字、部分內(nèi)容表述、插圖排版等方面,確保了教材的常用常新。
表1 《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程知識模塊及內(nèi)容安排Table 1 The knowledge modules and content schedule of Physical Geology
除了理論教材,我校還建設(shè)了《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程相關(guān)的實驗、實習(xí)系列教材(錢建平等,2009,2012;胡云滬等,2012;秦亞等,2018),其內(nèi)容更新主要體現(xiàn)在地質(zhì)災(zāi)害與居住環(huán)境、地質(zhì)遺跡保護、旅游地質(zhì)等方面,旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和運用知識的學(xué)科交叉意識。
教材是相對固定的內(nèi)容,而實體課堂和線上教學(xué)則是進行教學(xué)內(nèi)容更新的前沿和“活水”,主要體現(xiàn)在:(1)理論教學(xué)環(huán)節(jié),注重融入科研新成果和地方區(qū)域特色。如基于學(xué)科發(fā)展新成果新理論而更新的宇宙和太陽系的形成、地球的形成和演化、月球和火星探測、隕石來源和類型等內(nèi)容(宇宙中的地球);基于教師科研的大陸深俯沖過程中超高壓變質(zhì)巖的形成、演化和折返機制介紹(變質(zhì)作用的類型);基于地方實際而更新的桂林酸雨區(qū)的分布及酸雨成因(風(fēng)化作用的影響因素)、崩塌地質(zhì)災(zāi)害類型及成因(地質(zhì)環(huán)境)等。(2)實驗教學(xué)方面,教學(xué)內(nèi)容更新主要體現(xiàn)在實驗項目的改進,以便利學(xué)習(xí)過程。如利用桂林理工大學(xué)地質(zhì)博物館溶洞模型開展地下水地質(zhì)作用實驗觀察,系對“屏風(fēng)山巖溶地質(zhì)現(xiàn)象觀察”實驗的改進,解決了原實驗溶洞內(nèi)化學(xué)沉積發(fā)育不甚完善,且存在安全隱患的問題;利用地質(zhì)博物館進行古生物和化石觀察實驗,是對“常見生物化石的觀察”實驗項目的改進,解決了該實驗原有化石類型不夠豐富、規(guī)模較小的問題。(3)線上教學(xué)內(nèi)容更新主要集中在專業(yè)知識擴展交叉、地質(zhì)科普、課程思政等方面,其更新載體為授課視頻、討論區(qū)和習(xí)題版塊。隨著各輪次教學(xué)的進行,上述三個環(huán)節(jié)的內(nèi)容更新又逐漸融合、互補,滾動發(fā)展。
教學(xué)模式改革主要針對理論課的線上、線下環(huán)節(jié)。線上授課基于我校國家級線上一流課程《地球科學(xué)概論》慕課而開展,授課環(huán)節(jié)包括視頻教學(xué)、主客觀題分析、主題討論、在線測試等;授課形式根據(jù)不同課程的教師教學(xué)需求,采用MOOC或異步SPOC的方式進行;MOOC及異步SPOC服務(wù)于課前預(yù)習(xí)和課后鞏固,已實現(xiàn)《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》和《地球科學(xué)概論》的全課程混合教學(xué)。
線下教學(xué)改革應(yīng)用于《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程,主要體現(xiàn)在由傳統(tǒng)的傳遞—接受式教學(xué)向翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式轉(zhuǎn)變,采用了多種教學(xué)方法實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)授課:(1)讀書指導(dǎo)法:應(yīng)用于“地球的幾何特征”及類似課節(jié),這類課節(jié)概念較多,但簡單易學(xué),邏輯性內(nèi)容少,教師可較少干預(yù),在學(xué)生線上自學(xué)之后,課堂上教師再進行引導(dǎo)教學(xué)。授課步驟為:學(xué)生線上自學(xué)→教師按照知識板塊劃分課堂時間單元→教師抽學(xué)生依次上臺板書知識概要并講解→教師梳理總結(jié),形成知識框架;(2)任務(wù)驅(qū)動法:應(yīng)用于部分外動力地質(zhì)作用課節(jié),這些課節(jié)理解難度較小,但需要學(xué)生補充查閱課外資料以增進理解。其授課步驟:學(xué)生分組→下達課前學(xué)習(xí)任務(wù)→學(xué)生查閱資料→課下小組討論→整理學(xué)習(xí)成果→課上小組代表講解→學(xué)生問答、師生問答→隨堂練習(xí)→教師總結(jié);(3)問題討論法:針對成因和機制類知識點,如崩塌地質(zhì)災(zāi)害的成因與防治等,這類知識點的學(xué)習(xí)需要一定的文獻查閱技能和資料的總結(jié)分析能力,因此將討論過程調(diào)整到課堂,以便于教師適時指導(dǎo)。其授課步驟為:課前設(shè)置討論話題→學(xué)生查閱文獻資料→形成學(xué)習(xí)筆記→課上分組討論→教師巡查指導(dǎo)→小組形成觀點→小組代表講授→教師點評→小組提交讀書報告;(4)其它方法包括:基于導(dǎo)入概念化過程→實例展示→學(xué)生初步理解→概念形成→應(yīng)用拓展的概念獲得式教學(xué),用于褶皺構(gòu)造課節(jié);基于知識點→知識鏈→知識面的鏈式教學(xué),用于河流侵蝕作用課節(jié);基于真實事件(拋錨)→問題確定→教學(xué)內(nèi)容確定→自主學(xué)習(xí)/協(xié)作學(xué)習(xí)的拋錨式教學(xué),用于風(fēng)化作用及酸雨危害教學(xué)等。
課前學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的約束機制基于詳細的課前任務(wù)設(shè)置和學(xué)習(xí)效果考核來實現(xiàn)。通過下達課前學(xué)習(xí)任務(wù)單進行課前任務(wù)設(shè)置,在任務(wù)單中指定各項學(xué)習(xí)內(nèi)容及參考資料鏈接,明確成果的提交形式,如課前自測題、學(xué)習(xí)筆記和PPT等,發(fā)布課前任務(wù)的同時,提供本節(jié)內(nèi)容在整個課程知識體系中的框架圖,使學(xué)生明晰課節(jié)知識與前、后課節(jié)的遞進關(guān)系;學(xué)習(xí)效果考核則明確了各種學(xué)業(yè)任務(wù)的評分標準,課前環(huán)節(jié)結(jié)束后,通過平臺導(dǎo)出成績、教師打分等方式對個人或小組進行成績評定,并將其納入課程最終成績。課堂環(huán)節(jié)預(yù)先對各部分授課內(nèi)容的教師導(dǎo)語、師生活動、教師PPT及板書、可能出現(xiàn)的問題與備選方案、授課用時以及評分方法進行充分設(shè)計與準備,課上通過問答、討論、巡查指導(dǎo)、梳理總結(jié)等方式及時發(fā)現(xiàn)問題、疏通瓶頸,從而保障翻轉(zhuǎn)教學(xué)各環(huán)節(jié)、方法的切實可行。
翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革一方面使學(xué)生更為自主地獲取、梳理知識,充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性;通過交流討論,使學(xué)生扎實掌握課程知識,建立系統(tǒng)的知識體系;另外,借助概念羅列、建立知識框架、文獻查閱、資料綜述等不同層次的技能訓(xùn)練,實現(xiàn)對學(xué)生自由探索精神和創(chuàng)新思維的初步培養(yǎng)。
教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式的改革必然推動教學(xué)資源的同步建設(shè)。課程團隊在一線教學(xué)實踐過程中,借助校、院質(zhì)量工程建設(shè)的契機,進行了《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》教學(xué)資源的新建或續(xù)建,取得的成果除了前述理論、實驗、實習(xí)教材,還包括:多媒體課件4套、國家級精品類課程3門、國家級線上一流課程1門、國家級課程思政示范課1門,基礎(chǔ)地質(zhì)國家級實驗教學(xué)示范中心、基礎(chǔ)地質(zhì)自治區(qū)級虛擬仿真實驗教學(xué)中心、地質(zhì)博物館、桂林周邊及北海潿洲島實習(xí)基地等。各教學(xué)資源對《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程群的理論、實驗及實習(xí)環(huán)節(jié)的支撐關(guān)系(表2)表明,其在教學(xué)活動中可達到有效、充分利用;教學(xué)資源所涵蓋的實物、模型、動畫、視頻及虛擬仿真素材則很好地解決了課程中地質(zhì)過程抽象、難以理解的問題。
表2 各教學(xué)資源對《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程的支撐矩陣Table 2 The supporting relationship of the teaching resources for Physical Geology
以《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》(一、二、三)的教學(xué)為例,選取改革前3年共21個班和改革后3年共30個班的學(xué)生成績進行對比(圖2),改革前,班級學(xué)生的優(yōu)秀率主要分布在0~10%和10%~20%區(qū)間,改革后,班級學(xué)生的優(yōu)秀率可達20%~30%和30%~40%區(qū)間;通過改革,班級學(xué)生的及格率向90%~100%區(qū)間集中,該區(qū)間的班級數(shù)由改革前的47.6%提高至改革后的80.0%;改革前后學(xué)生的平均分均集中分布在70~80分區(qū)間,但平均分在60~70分區(qū)間的班級數(shù)由38.1%降為23.3%,平均分在70~80分區(qū)間的班級數(shù)由52.4%提升為70.0%。可見,課程教學(xué)改革較好地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,有效提升了課程教學(xué)效果。
圖2 改革前后課程教學(xué)效果對比Fig.2 Comparison of students’ course performance before and after reform
得益于《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程改革成果以及課程打下的良好基礎(chǔ),我校學(xué)生在各類競賽、大創(chuàng)項目、論文發(fā)表、推優(yōu)推免中取得了優(yōu)異的成績。以地球科學(xué)學(xué)院為例,學(xué)生在全國大學(xué)生地質(zhì)技能競賽中獲團體二等獎3次、三等和優(yōu)勝獎各1次;學(xué)生參與各級各類大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目281項,學(xué)生參與率90%以上,在“挑戰(zhàn)杯”、“互聯(lián)網(wǎng)+”及國家級實驗教學(xué)示范中心創(chuàng)新性實習(xí)實驗競賽等,獲得“特等獎”等獎勵15項;在校本科生先后在《地質(zhì)論評》、《礦物學(xué)報》等學(xué)術(shù)期刊上以第一作者發(fā)表學(xué)術(shù)論文27篇、專利和計算機軟件著作權(quán)14件;先后有4位同學(xué)獲得李四光優(yōu)秀學(xué)生獎,多位同學(xué)被推薦到北京大學(xué)、南京大學(xué)等高校攻讀研究生。上述成績表明《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程在培養(yǎng)學(xué)生實踐應(yīng)用能力、“大地質(zhì)”思維及創(chuàng)新精神方面的積極作用。
對教學(xué)資源的評價方面,學(xué)生普遍認為線上課程的講解“細致”、“通俗易懂”,視頻制作給人以“身臨其境”的“大片既視感”(桂林理工大學(xué)和中國大學(xué)MOOC,2018),表明課程在激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、降低認知負荷方面的作用。近3年學(xué)生對課程群內(nèi)各課程的綜合評分主要分布在85~90分和90~95分區(qū)間,這兩個區(qū)間內(nèi)的課程數(shù)分別占總評價課程數(shù)的33.3%和47.0%,表明學(xué)生對課程的滿意度較高。細化至課程,以《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》(一、二、三)為例,近3年學(xué)生對“理論聯(lián)系實際,資料或案例等內(nèi)容比較新穎”、“注重教學(xué)互動,鼓勵學(xué)生參與討論”、“有助于完善學(xué)生知識結(jié)構(gòu),提升學(xué)生相關(guān)能力”三項指標的認可度(“非常同意”及“同意”的學(xué)生數(shù)在總學(xué)生數(shù)的占比)為87.1%~98.4%,以上數(shù)據(jù)表明課程改革在結(jié)合產(chǎn)業(yè)實際、提高學(xué)生課堂參與度、拓展學(xué)生知識結(jié)構(gòu)以及提升綜合能力方面具有成效。
結(jié)合本校已有經(jīng)驗,認為在將來要持續(xù)做好《基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)》課程的建設(shè)、應(yīng)用與改革,持續(xù)提高教學(xué)效果,須在以下幾點發(fā)力:(1)密切關(guān)注國家高等教育改革導(dǎo)向,緊跟政策步伐,使課程的建設(shè)和改革方向與時俱進;(2)鼓勵師生積極參加學(xué)科論壇、教學(xué)培訓(xùn)和競賽活動,以交流促提升;(3)深化改革成果的教學(xué)應(yīng)用和實踐檢驗以及人才培養(yǎng)理論研究,針對問題,持續(xù)改革;(4)結(jié)合本校平臺、資源、師資、專業(yè)、課程等實際情況,逐步打造相應(yīng)的課程團隊,共同謀劃課程高階發(fā)展。