大數(shù)據(jù)時代背景下普通地質(zhì)學(xué)的教學(xué)改革

廖浚伶，吳凱，程溪

大數(shù)據(jù)時代背景下普通地質(zhì)學(xué)的教學(xué)改革

廖浚伶1，吳凱2，程溪1

（1. 興義民族師范學(xué)院 經(jīng)濟貿(mào)易學(xué)院，貴州 興義 562400；2. 貴州省黔西南州自然資源局，貴州 興義 562400）

在大數(shù)據(jù)時代，“以授為主”的傳統(tǒng)理論教學(xué)迎來前所未有的沖擊，對人才的培養(yǎng)提出新要求，普通地質(zhì)學(xué)課程的教學(xué)需做出相應(yīng)的改革．在分析現(xiàn)有教學(xué)局限性和總結(jié)其他高校經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，輔以近年來在普通地質(zhì)學(xué)課程、相關(guān)課程以及畢業(yè)實習(xí)教學(xué)中的教學(xué)體會，提出從靈活的教學(xué)思維、科學(xué)的實習(xí)路線、虛擬實驗室的構(gòu)建、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)以及考核方式的多樣化等方面進行教學(xué)改革．旨以激發(fā)大學(xué)生的主觀能動性，為后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)．教學(xué)效果證明了改革措施的可行性和有效性，而“以學(xué)生為主動參與者，構(gòu)建的實踐教學(xué)體系應(yīng)不斷進行優(yōu)化”的教學(xué)思維是教學(xué)改革之本．

大數(shù)據(jù)；普通地質(zhì)學(xué)；實習(xí)路線；考核方式

地質(zhì)學(xué)是研究地球起源及演化的科學(xué)，主要探討地球的組分、內(nèi)部構(gòu)造、外部特征、生物的起源與進化、各地質(zhì)作用等，是基礎(chǔ)學(xué)科之一，其應(yīng)用廣泛，知識點廣涉工科類多門學(xué)科，如交通工程、土木工程、礦山工程、環(huán)境工程、水文水利工程、城市規(guī)劃設(shè)計等[1]．地質(zhì)學(xué)以“將今論古”“以古論今”解釋歷史事件、預(yù)測未來以及進行科學(xué)規(guī)劃設(shè)計，這些思維方式的掌握有利于提高大學(xué)生的素質(zhì)[2-3]．因此，地質(zhì)類通識課程的設(shè)置可拓展學(xué)生知識面，促進與其他學(xué)科的交叉融合發(fā)展，推進地質(zhì)教育科普化的進程[1]．普通地質(zhì)學(xué)作為地質(zhì)學(xué)和地理學(xué)學(xué)生階梯式課程設(shè)置中的初期重要課程，在課程內(nèi)容上，由4個主體部分組成[2-3]：地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)知識、各種外動力地質(zhì)作用、地球演化、人類社會與地質(zhì)環(huán)境的關(guān)系．在課程體系結(jié)構(gòu)上，普通地質(zhì)學(xué)涵蓋了所有后續(xù)分支學(xué)科的知識點及研究方向，對教師的野外經(jīng)驗和實踐能力，學(xué)生的理解能力和空間想象能力有較高的要求．在大數(shù)據(jù)時代，信息以井噴式涌入，沖擊著教育乃至生活中的各方面，“以授為主，以黑板為介質(zhì)”的傳統(tǒng)教學(xué)已跟不上變化的腳步，教學(xué)思維、手段和方式面臨著改革的迫切需求．此外，因地質(zhì)學(xué)知識點可分解為多個獨立的教學(xué)點，除了常規(guī)課堂教學(xué)和實習(xí)考察教學(xué)外，還可以以多媒體的方式進行演繹，上傳至數(shù)據(jù)庫中，能更好地得到傳播和推廣[4]，又具備了與大數(shù)據(jù)很好契合的優(yōu)勢．

根據(jù)近年來在普通地質(zhì)學(xué)課程、相關(guān)課程以及畢業(yè)實習(xí)教學(xué)中的教學(xué)體會，分析大數(shù)據(jù)背景下普通地質(zhì)學(xué)課程教學(xué)所面臨的挑戰(zhàn)和機遇，以2017級人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)的學(xué)生為初步改革對象，提出如何進行普通地質(zhì)學(xué)課程的教學(xué)改革．

1　課程改革

1.1　改革“重理論，輕實踐”的思維方式

地質(zhì)學(xué)中的內(nèi)力地質(zhì)作用和外力作用類型與特征、地質(zhì)災(zāi)害、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)等，以地質(zhì)奇觀展現(xiàn)大自然獨有的魅力．然而，地質(zhì)學(xué)的理論深奧、抽象，僅靠側(cè)重于基本理論和知識點，以黑板為介質(zhì)的傳統(tǒng)教學(xué)，沒有野外現(xiàn)象這個重要載體，學(xué)生學(xué)習(xí)比較吃力．呆板的課堂教育或減少野外實習(xí)課很可能導(dǎo)致學(xué)生囫圇吞棗或不求甚解．而實踐教學(xué)是以野外的實習(xí)方式，將基本的地質(zhì)概念結(jié)合地質(zhì)現(xiàn)象，加深學(xué)生對課堂內(nèi)容的理解，是一種以學(xué)生本位出發(fā)，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，能很好地提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和解決分析問題的能力[5]．在普通地質(zhì)學(xué)的野外實習(xí)中，應(yīng)安排實踐常用知識點教學(xué)，包括羅盤的使用，地形和地質(zhì)圖的解圖和定點，巖石類型的認(rèn)識等．

1.2　建立地方特色的實習(xí)教學(xué)路線

在漫長的地質(zhì)時期，內(nèi)力和外力地質(zhì)作用下遺留的地質(zhì)自然遺產(chǎn)由于巖石基礎(chǔ)、古地理條件、大地構(gòu)造、水文地質(zhì)作用等因素不同，造就了區(qū)域間地質(zhì)遺跡的千差萬別．在普通地質(zhì)學(xué)野外實習(xí)路線設(shè)置中，盡可能做到對地質(zhì)資源類型的熟悉，設(shè)計出既能涵蓋地質(zhì)遺跡的多種類型，又能高效利用時間的科學(xué)實習(xí)教學(xué)路線．如興義國家地質(zhì)公園被國土資源部評為第四批國土資源科普基地之一，可作為基礎(chǔ)地質(zhì)實習(xí)基地，其由三疊峰林園區(qū)、泥凼石林園區(qū)和烏沙貴州龍園區(qū)組成，以喀斯特地貌景觀和海生爬行動物化石組合為中心內(nèi)容．前者主要講述喀斯特景觀地貌，后者主要介紹興義動物群中的貴州龍化石（中國學(xué)者首次命名的三疊系海生爬行動物類化石[6]）．聯(lián)系貴州興義的地方特色，根據(jù)路程、方向、地質(zhì)自然遺產(chǎn)的精品內(nèi)容，可分為南北向的地貌景觀線路和東西向的三疊系古生物化石線路：路線1．興義市區(qū)→馬嶺河峽谷→納灰西峰林→洼地→敬南的南峰林→敬南大型溶洞→泥凼石林→三疊系巖相變化（淺海斜坡-深海盆地）．路線2．貴州龍博物館（頂效綠蔭村，貴州龍的最早發(fā)現(xiàn)地[7]）和烏沙國家地質(zhì)博物館．其中，路線1為精品路線（見圖1），內(nèi)容豐富，囊括了不同種類的巖石（馬嶺河峽谷楊柳井組白云巖、納灰的壟頭組泥晶灰?guī)r、泥凼以南的邊陽組砂頁巖）、喀斯特的多種類型（塔狀、錐狀、針狀喀斯特）、多樣的地貌景觀（深切峽谷、納灰落水洞、峰林盆地、峰叢洼地、溶洞、石林）、三疊系海洋碳酸鹽的巖相變化與沉積環(huán)境變化（淺海斜坡-深海盆地）4個主題．實踐型教學(xué)以精品實習(xí)教學(xué)路線為內(nèi)容，讓學(xué)生走出課堂，改變了填鴨式的理論教學(xué)．教學(xué)內(nèi)容變得生動、直觀、更易理解．與此同時，實習(xí)路線的設(shè)定也對教師的專業(yè)素養(yǎng)提出了更高的要求．在師生之間的交互中，深化師生的專業(yè)技能．

圖1　精品實習(xí)路線

1.3　建立虛擬實驗室

實驗教學(xué)在高等教育中具有重要作用，作為實踐驗證理論的研究平臺，培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新思維等綜合素質(zhì)的載體，是教育從談理論到培養(yǎng)實踐能力轉(zhuǎn)型的有效途徑之一[8]．而虛擬實驗室的構(gòu)建則是信息和通信技術(shù)以跨界融合推動實驗教學(xué)的創(chuàng)新改革[9]．其突破了實驗室建設(shè)成本高、重復(fù)構(gòu)建、資源封閉及地域空間制約的缺點，是大數(shù)據(jù)時代下教學(xué)創(chuàng)新的產(chǎn)物之一，可很好地實現(xiàn)資源共享和配置優(yōu)化．

1.3.1教學(xué)平臺的構(gòu)建設(shè)立載物臺（礦物和巖石、相應(yīng)的硬度計、HCI溶液等）、巖石頁面、標(biāo)本櫥窗以及展示板．其展示內(nèi)容涵蓋地球起源、地質(zhì)災(zāi)害、巖石樣本、各內(nèi)力和外力地質(zhì)作用下形成的地貌、各種巖石和礦物、無脊椎和脊椎動物化石、化石的CT重構(gòu)圖以及地質(zhì)構(gòu)造圖等．在這個虛擬實驗室中，模擬實驗可達(dá)到儀器共享，實現(xiàn)與世界博物館以及各行業(yè)之間的資源共享，打破資源封閉的壁壘，可有效規(guī)避高昂設(shè)備的資源浪費[10]216．

1.3.2教學(xué)終端的構(gòu)建生活中常用微信或微博等網(wǎng)絡(luò)平臺，但憑借這些網(wǎng)絡(luò)平臺不能很好地顯示教學(xué)材料，無法滿足教學(xué)互動及實現(xiàn)一對多的形式，更不允許歷屆學(xué)生的累積性加入．信息的大量涌入向傳統(tǒng)教學(xué)提出了挑戰(zhàn)，單一文字表述、填鴨式的教學(xué)面對大數(shù)據(jù)時代的高速發(fā)展顯示出滯后性．虛擬實驗空間作為動態(tài)互動網(wǎng)絡(luò)平臺[10]215，能很好地展示實驗材料．此外，它既能實現(xiàn)集中教學(xué)，拉近師生間的距離，促進交流，還能讓學(xué)生在教師的遠(yuǎn)程協(xié)助下，通過網(wǎng)絡(luò)跨越空間完成實驗．在這個虛擬實驗室中，以集文本、圖形、圖像、視頻、表格、音效等多種多媒體教學(xué)方式，展現(xiàn)生動、立體、直觀的仿真場景．如可先呈現(xiàn)出玄武巖石柱群（冰島斯蒂基斯霍爾米、英國北愛爾蘭安特里姆平原邊緣處、云南騰沖龍川河沿岸）的靜態(tài)圖片引起學(xué)生的興趣和思考，再以動畫演繹“從地下噴發(fā)而出的熔巖冷卻收縮成棱柱體”的形成過程．此外，多媒體教學(xué)還可通過信息的輸入與輸出、網(wǎng)頁的交互形式作信息對比．

將數(shù)據(jù)映射為立體幾何圖元的建模過程，或?qū)缀螆D形呈現(xiàn)為圖像的可視化過程，都是以直觀的圖示方式實現(xiàn)視覺轉(zhuǎn)換，讓信息傳遞得更為深入．以直觀的圖示方式實現(xiàn)視覺轉(zhuǎn)向，使信息傳遞更加深入．可視化應(yīng)用可追溯至以數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖（直線圖、折線圖和散點圖）、股票行情走勢分析、地震動態(tài)監(jiān)測、斷裂模擬、生物分子作用等．?dāng)?shù)值模擬可視化在虛擬實驗室這個網(wǎng)絡(luò)平臺的引入，可使抽象知識形象化．交互式教學(xué)效果的增強，更便于深入理解．在虛擬模型構(gòu)建中，學(xué)生還可隨意拉動、標(biāo)記、復(fù)制、添加、旋轉(zhuǎn)、放大、縮小、復(fù)位，逐層剝離獲取斷層結(jié)構(gòu)．而在這一系列操作完成，計算機系統(tǒng)關(guān)閉后，虛擬模型會自動恢復(fù)至初始狀態(tài)．由此可見，虛擬實驗室以多種教學(xué)形式而非僅憑借單一的介體進行知識點的傳遞，以求深化理解和強化記憶的教學(xué)效果．

1.3.3資源平臺在教學(xué)資源平臺設(shè)置地質(zhì)類軟件和學(xué)習(xí)視頻下載欄，開設(shè)教師答疑、習(xí)題庫板塊．聯(lián)系虛擬空間任務(wù)欄（見表1）不定時發(fā)放探索式任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的好奇心，探索任務(wù)．如地理位置圖的繪制常見于項目的首要位置，涉及coreldraw繪圖及photoshop制作效果．任務(wù)欄設(shè)置的目的是使學(xué)生“有所求，求有門，走有路”．在清晰的任務(wù)步驟指引下，學(xué)生可系統(tǒng)且快速地掌握軟件及繪圖的規(guī)范化．總之，任務(wù)驅(qū)動式引導(dǎo)教學(xué)，讓學(xué)生逐步認(rèn)清專業(yè)學(xué)習(xí)輪廓，能更好地發(fā)揮主觀能動性，追尋自我提升．

表1　虛擬空間的任務(wù)欄

在教師答疑及習(xí)題庫板塊中，教師就學(xué)生提出的問題進行解疑的過程中，由學(xué)生的觸發(fā)促進教師對教材進行更深層次的思考，更新知識結(jié)構(gòu)非人為．學(xué)生之間的互相答疑或自主討論能讓更多的學(xué)生參與問答環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的競爭意識．在習(xí)題庫中，設(shè)置單選題、多選題、填空填、名詞解釋題、判斷題、簡答題、計算分析題等．該題庫的創(chuàng)建圍繞教學(xué)大綱，深度挖掘每一章節(jié)的重點和難度，教師從習(xí)題庫中抽題作為隨堂練習(xí)，以便及時了解學(xué)生對知識點的掌握情況．

2　考核方式改革

改變傳統(tǒng)的試卷考試制度，采取多維考查或考試方式．在期末成績中，縮小試卷考試成績比例，相應(yīng)增大野外調(diào)研和完成任務(wù)的比例．一方面，紙質(zhì)考試中，以地質(zhì)綜合分析圖為主，完成題目需結(jié)合三大巖石的形成特征、結(jié)構(gòu)、重大地質(zhì)事件的發(fā)生和先后順序、古地理情況、地質(zhì)年代表、古生物化石情況等知識點進行綜合分析．這樣的考核方式需要學(xué)生對知識的理解不能浮于表面，而是深刻理解和融會貫通．另一方面，創(chuàng)新的考核方式不局限于紙質(zhì)考試．如讓學(xué)生參與虛擬實驗室數(shù)據(jù)庫的共建．其建設(shè)內(nèi)容以礦床、構(gòu)造、地球化學(xué)、地貌學(xué)，古生物等板塊而展開，學(xué)生自行設(shè)計并展開野外考察，或在室內(nèi)進行網(wǎng)絡(luò)資料收集，最后以短視頻、動畫、微信公眾號的制作、報告等形式完成信息導(dǎo)入與共享．如在對褶皺現(xiàn)象的認(rèn)識中，需收集該構(gòu)造點地理坐標(biāo)，在衛(wèi)星圖中進行坐標(biāo)展布；最后將現(xiàn)象的概圖、詳圖，該構(gòu)造點的坐標(biāo)衛(wèi)星圖的組合圖版輸入數(shù)據(jù)庫中．信息輸入的結(jié)果將計入考核的最終成績．虛擬實驗室設(shè)置的任務(wù)欄板塊，以獎勵學(xué)分的形式驅(qū)動學(xué)生完成任務(wù)，其分值以30%的比例計入期末成績．

考核還可以采用巖石薄片的礦物成分鏡下鑒定的形式，強化礦物鑒定技能．學(xué)生可在虛擬實驗室利用三維仿真、數(shù)據(jù)交互等技術(shù)，再結(jié)合真實的顯微鏡鑒定礦物成分，并在不同目鏡下進行校正和拍攝．在對礦物外形、光學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)進行分析后，將圖鑒和分析報告上傳于虛擬實驗室數(shù)據(jù)庫中．學(xué)生還可以自行分組，以地學(xué)思維聯(lián)系身邊實際的工程問題，探討解決辦法，最后以數(shù)據(jù)矢量化和可視化對現(xiàn)象和結(jié)果進行綜合呈現(xiàn)．

3　改革成效

通過對興義民族師范學(xué)院2017級人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)的普通地質(zhì)學(xué)課程的初步改革，效果初見．多數(shù)學(xué)生對路線型的實習(xí)深感有趣．任務(wù)欄用Coreldraw軟件簡單建立，以平時作業(yè)的形式發(fā)放．任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)的效果在平時作業(yè)中已見雛形，多數(shù)學(xué)生對斷層的識別和形成，地層的接觸關(guān)系，先后出現(xiàn)順序和地質(zhì)意義有很好的理解．虛擬實驗室未完全啟動，學(xué)生以數(shù)據(jù)矢量化形式回饋，師生互動以智慧云為途徑．期末考查中，采取可選擇性的考核方式，在對地質(zhì)圖的識別中，多數(shù)學(xué)生對于復(fù)雜的綜合地質(zhì)圖識別達(dá)到了熟悉的程度．在野外實習(xí)中，具地方特色的實踐教學(xué)路線在學(xué)院，甚至地方中小學(xué)的科普活動中得到大力推廣．在任務(wù)完成的過程中，問與學(xué)的師生鏈接得以建立．最后，通過目標(biāo)考核達(dá)成度分析發(fā)現(xiàn)，2017級城鄉(xiāng)規(guī)劃與人文地理專業(yè)該門課程的良好率超過85%．

綜上所述，以普通地質(zhì)學(xué)課程結(jié)合計算機輔助基礎(chǔ)課程及畢業(yè)實習(xí)設(shè)計為核心，結(jié)合地方特色設(shè)定實習(xí)路線，構(gòu)建虛擬實驗室，改革單一的考核方式來進行教學(xué)改革，既能讓學(xué)生脫離自由的大學(xué)生活帶來的迷茫感和調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，也可提升教師的教學(xué)能力．總之，在大數(shù)據(jù)時代，“以學(xué)生為主動參與者，構(gòu)建的實踐教學(xué)體系應(yīng)不斷進行優(yōu)化”的教學(xué)思維是應(yīng)對新時代進行地質(zhì)學(xué)教學(xué)改革的關(guān)鍵．

[1] 王建秀，周潔，劉琦，等．工學(xué)的地質(zhì)思維：普通地質(zhì)學(xué)通識課程教學(xué)設(shè)計[J]．教育教學(xué)論壇，2019（11）：166-168.

[2] 舒良樹．普通地質(zhì)學(xué)[M]．3版．北京：地質(zhì)出版社，2010：1-7．

[3] 夏邦棟．普通地質(zhì)學(xué)[M]．2版．北京：地質(zhì)出版社，1995：1-10．

[4] 李曉敏，肖愛芳，彭向東，等．地質(zhì)學(xué)知識點“微化”初嘗試：以普通地質(zhì)學(xué)及地質(zhì)認(rèn)識實習(xí)課程為例[J]．大學(xué)教育，2019（5）：55-56．

[5] 王博，舒良樹，解國愛，等．教改新形勢下如何提高《普通地質(zhì)學(xué)》野外教學(xué)質(zhì)量的思考[J]．教育教學(xué)論壇，2013，（8）：99-100．

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[8] 鄒玉夢，丁樹文，夏煒，等．地質(zhì)與地貌學(xué)實驗室創(chuàng)新性立體化建設(shè)[J]．教育現(xiàn)代化，2018（5）：134-143．

[9] 王睿，李琦，姜正龍，等．海洋地質(zhì)專業(yè)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)[J]．實驗技術(shù)與管理，2020（37）：250-252．

[10] 王衛(wèi)國，胡今鴻，劉宏．國外高校虛擬仿真實驗教學(xué)現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．實驗室研究與探索，2015（34）：214-219．

Teaching reform of general geology under the background of big data era

LIAO Junling1，WU Kai2，CHENG Xi1

（1. School of Economics and Trade，Xingyi Normal University for Nationalities，Xingyi 562400，China；2. Natural Resources of Qianxinan Prefecture，Xingyi 562400，China）

In the era of big data，the traditional theoretical teaching of“giving priority to teaching”is facing an unprecedented impact，which puts forward new requirements for the cultivation of talents，and the teaching of general geology needs to be reformed accordingly．On the basis of analyzing the limitations of existing teaching and summarizing the experience of other universities，supplemented by the teaching experience in general geology courses，related courses and graduation practice teaching in recent years，puts forward teaching reform from flexible teaching thinking，scientific practice route，construction of virtual laboratory，task-driven teaching and diversification of assessment methods，so as to stimulate the subjective initiative of college students and lay a solid foundation for subsequent professional study．The teaching effect proves the feasibility and effectiveness of the reform measures．The teaching thinking of“taking students as active participants and constructing practical teaching system should be continuously optimized”is the foundation of teaching reform．

big data；general geology； practice route； assessment method

1007-9831（2023）07-0102-04

P5∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.07.021

2023-03-24

廖浚伶（1983-），女，貴州興義人，講師，博士，從事喀斯特地貌、古生物與地層學(xué)、地質(zhì)遺跡保護與科普研究．E-mail：37628162@qq.com