運(yùn)用在線數(shù)字博物館資源進(jìn)行古生物學(xué)線上教學(xué)的體會

劉樂

（中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京 100083）

古生物學(xué)是研究地質(zhì)歷史時(shí)期的生物界及其發(fā)展的科學(xué)，而化石是古生物學(xué)的研究對象?；潜４嬖趲r層中的地質(zhì)歷史時(shí)期的生物，其遺體、遺跡或與其相關(guān)的有機(jī)分子殘留[1]。能夠保存為化石的古生物只是地球上曾經(jīng)生活過的生物中極小的一部分，而人們發(fā)現(xiàn)的化石又是所有得以保存的全部化石中的一小部分；化石在發(fā)掘和采集過程中也有潛在的損壞可能，因而化石是非常珍貴的資源。在古生物學(xué)課程的教學(xué)過程中通常需要設(shè)立相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課時(shí)用于對化石標(biāo)本進(jìn)行觀察。但通常而言，實(shí)驗(yàn)課時(shí)對于教學(xué)任務(wù)而言相對緊張，而教學(xué)用化石標(biāo)本經(jīng)過多年來的“代代相傳”，普遍存在不同程度的磨蝕、損耗，難免存在關(guān)鍵特征不清晰、不完備、不典型等狀況。在有限的實(shí)驗(yàn)課內(nèi)，學(xué)生經(jīng)常難以認(rèn)識清楚古生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響到其對化石的鑒定及在實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)中運(yùn)用課上所學(xué)知識的能力。受新冠肺炎疫情的影響，一部分課程不得不轉(zhuǎn)入完全線上教學(xué)或線上線下教學(xué)相結(jié)合的模式，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課及野外實(shí)習(xí)化石采集等教學(xué)環(huán)節(jié)都受到了不同程度的壓縮，如何在這種學(xué)生無法長時(shí)間接觸觀察化石實(shí)體的情況下形象生動地展示課程內(nèi)容成了需要解決的重要問題。

另一方面，我國是古生物化石大國，遼闊的國土、豐富的地質(zhì)資源蘊(yùn)藏著諸多珍貴的古生物化石，如震驚世界的寒武紀(jì)澄江生物群化石、獨(dú)具特色的晚古生代華夏植物群化石等[2]。全國各主要城市的自然博物館作為重要的科普教學(xué)基地，其中收藏有大量精美的化石藏品。此外，我國古生物學(xué)研究水平位于世界前列，各高校、研究所等科研機(jī)構(gòu)設(shè)立的博物館，如北京大學(xué)地質(zhì)陳列館和中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所博物館的化石標(biāo)本也廣泛地被用于教學(xué)和科普工作。近年來我國亦新建大量非公立博物館，也在古生物化石的收藏、展示及科普方面發(fā)揮了獨(dú)特的作用。截至2018年，我國已有5 354家博物館登記在冊[3]，充分利用這些博物館的館藏資源，對于提升古生物學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量有重要價(jià)值。隨著網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、3D 技術(shù)、人工智能的不斷發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)化、智能化特征的數(shù)字化博物館獲得了全新的傳播媒介[4]，從而更具趣味性、個(gè)性化、開放性和互動性[5]，古生物博物館的應(yīng)用和科普服務(wù)功能也得到了空前的強(qiáng)化：國內(nèi)眾多博物館基于移動端平臺，建立了微信科普公眾號、小程序[6]，并運(yùn)用社交媒體實(shí)現(xiàn)對古生物科普教育的潛在受眾群體的差別化精準(zhǔn)推送[7]；一些國外的博物館提供了大量藏品的高清圖片及古生物教學(xué)課件、影片的線上訪問接口，這為古生物學(xué)課程的課堂教學(xué)及課外補(bǔ)充學(xué)習(xí)提供了良好的素材。此外，眾多博物館致力于推動數(shù)字化、信息化建設(shè)，提供了數(shù)字化3D 模型[8]、場景仿真模擬器、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、混合現(xiàn)實(shí)（MR）及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）平臺[9-10]，這些新技術(shù)的運(yùn)用在極大地?cái)U(kuò)展博物館的教育功能的同時(shí)，也有效增加了觀賞博物館藏品的趣味性，對激發(fā)學(xué)生的興趣、調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性有重要的作用，如基于場景仿真模擬器制作的各種植被景觀復(fù)原圖[11]。

筆者從事古生物學(xué)教學(xué)工作以來，堅(jiān)持嘗試運(yùn)用在線數(shù)字博物館資源對古生物學(xué)課程教學(xué)工作持續(xù)改進(jìn)，在近兩年的教學(xué)工作中取得了良好效果。現(xiàn)將其作為案例進(jìn)行簡要分析。

1 方法及數(shù)據(jù)

中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地質(zhì)類專業(yè)基礎(chǔ)課《地層古生物學(xué)》面向二年級資源勘查工程、地質(zhì)工程及地下水資源科學(xué)專業(yè)本科生開設(shè)。課程前半部分涉及古生物學(xué)相關(guān)知識，包括大量史前生物化石的外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)置11 次理論課和5 次實(shí)驗(yàn)課，共計(jì)32 學(xué)時(shí)。在往年的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，學(xué)生需要在每次2 學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課中完成化石手標(biāo)本的鑒定、素描、形態(tài)結(jié)構(gòu)描述等作業(yè)任務(wù)，往往時(shí)間不足而需要在課后完成，影響了對標(biāo)本的觀察效果。因新冠肺炎疫情原因，2019-2020 學(xué)年春季學(xué)期及2020-2021 學(xué)年春季學(xué)期的授課分別采用了全線上及部分線上教學(xué)的模式，就此我們結(jié)合國內(nèi)外一些博物館的數(shù)字化館藏資源，采用課堂或騰訊會議平臺PPT 教學(xué)（見圖1），并借助微信課程群發(fā)送這些網(wǎng)絡(luò)資源給學(xué)生，組織師生討論互動以鞏固所學(xué)知識，教學(xué)內(nèi)容涵蓋了古無脊椎動物、古脊椎動物和古植物等多方面知識點(diǎn)，學(xué)生反映效果很好。

圖1 結(jié)合國外博物館數(shù)字化藏品的雙語教學(xué)PPT

筆者對近兩年的《地層古生物學(xué)》試卷學(xué)生作答情況進(jìn)行了分析。將《地層古生物學(xué)》課程教學(xué)目標(biāo)依據(jù)涉及知識內(nèi)容，拆分為四個(gè)指標(biāo)點(diǎn)：

（1）明確古生物學(xué)的定義，掌握古生物學(xué)基礎(chǔ)理論和基本概念、應(yīng)用和方法，熟悉化石的保存類型、古生物分類命名原則。

（2）熟悉古生物各主要大類的一般特征、分類、生態(tài)、演化及地史分布，熟悉常見化石代表、特征及其應(yīng)用價(jià)值及范圍。

（3）熟悉地層學(xué)的定義、研究內(nèi)容和任務(wù)，掌握地層學(xué)基本概念和理論，掌握地層劃分、對比的方法，了解地質(zhì)年代學(xué)、沉積巖相和古地理、歷史構(gòu)造分析的基礎(chǔ)理論。

（4）熟悉各地質(zhì)斷代時(shí)代及其地層發(fā)育類型和時(shí)空分布特點(diǎn)，重點(diǎn)掌握我國地層的分布和發(fā)育規(guī)律，以及生物化石、沉積相和古地理特征，熟悉我國能源礦產(chǎn)分布的地層學(xué)特征與規(guī)律。掌握我國地史學(xué)的基本特點(diǎn)和分析方法。

涉及對化石形態(tài)結(jié)構(gòu)特征掌握的知識點(diǎn)主要對應(yīng)課程教學(xué)目標(biāo)的指標(biāo)點(diǎn)2，往年主要通過課堂講授結(jié)合實(shí)驗(yàn)課觀察的方式開展教學(xué)，并基于學(xué)期末結(jié)課考試中的相關(guān)題目，結(jié)合實(shí)驗(yàn)課完成報(bào)告的方式對學(xué)生掌握情況予以考核。在2019-2020 學(xué)年春季學(xué)期及2020-2021 學(xué)年春季學(xué)期，常規(guī)的教學(xué)進(jìn)程受到新冠肺炎疫情影響而被調(diào)整，前述的課堂及實(shí)驗(yàn)室教學(xué)環(huán)節(jié)都不同程度地被線上教學(xué)所替代。但由于教學(xué)大綱限定，這兩個(gè)學(xué)期的課程考核方式仍維持不變。將這兩個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課報(bào)告及期末考試試卷按其中題目所對應(yīng)的指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行拆分，所得成績分布如表1、表2所示。

表1 2019-2020 學(xué)年春季學(xué)期《地層古生物學(xué)》成績構(gòu)成與教學(xué)目標(biāo)對應(yīng)關(guān)系

表2 2020-2021 學(xué)年春季學(xué)期《地層古生物學(xué)》成績構(gòu)成與教學(xué)目標(biāo)對應(yīng)關(guān)系

基于上述成績構(gòu)成關(guān)系，我們將學(xué)生的成績表現(xiàn)予以拆分，其中涉及到指標(biāo)點(diǎn)（2），即對化石形態(tài)結(jié)構(gòu)特征知識點(diǎn)的掌握情況，繪制散點(diǎn)圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖2、圖3所示。

圖2 2019-2020 學(xué)年春季學(xué)期《地層古生物學(xué)》教學(xué)目標(biāo)指標(biāo)點(diǎn)（2）達(dá)成度分析散點(diǎn)圖

圖3 2020-2021 學(xué)年春季學(xué)期《地層古生物學(xué)》教學(xué)目標(biāo)指標(biāo)點(diǎn)（2）達(dá)成度分析散點(diǎn)圖

2020 及2021年度《地層古生物學(xué)》課程教學(xué)任務(wù)因受新冠肺炎疫情影響，分別采取了全面線上和線上線下混合教學(xué)模式，就線下課堂教學(xué)效果來看，大多數(shù)學(xué)生都能夠認(rèn)真聽講并對本課程表現(xiàn)出較為濃厚的學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)驗(yàn)課課時(shí)經(jīng)過壓縮、調(diào)整之后，學(xué)生對古生物不同類群的形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征能有較為清晰和完備的認(rèn)識，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

2 結(jié)語

對于運(yùn)用博物館數(shù)字資源開展線上教學(xué)，筆者主張利用網(wǎng)絡(luò)資源，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)課時(shí)的不足。古生物學(xué)很大程度上是基于對化石標(biāo)本的觀察描述進(jìn)行教學(xué)的，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程中學(xué)生無法如平時(shí)實(shí)驗(yàn)課一樣近距離接觸形形色色的化石，這就更需要運(yùn)用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源來為學(xué)生建立對各門類古生物形態(tài)結(jié)構(gòu)形象的認(rèn)識。通過運(yùn)用國內(nèi)外的數(shù)字化博物館和古生物學(xué)數(shù)據(jù)庫收藏的大量保存完好、特征清晰的化石的高清晰度照片，結(jié)合動態(tài)視頻、模擬器及3D 技術(shù)等，在課程教學(xué)中加入大量這樣的素材，可以為聽課學(xué)生建立起不亞于實(shí)驗(yàn)課肉眼觀察的視覺體驗(yàn)，從而更好地理解所講授的內(nèi)容；在課外結(jié)合微信、微博科普公眾號等社交媒體平臺，能夠使學(xué)生在線上教學(xué)中有足夠的興趣并在課時(shí)中吸收足量的知識，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。