專業(yè)基礎(chǔ)課信息化資源建設(shè)

李照陽 白相東 關(guān)成堯 王必任

摘?要：教育信息化和教育資源數(shù)字化建設(shè)是推動本科教育高質(zhì)量發(fā)展的重要手段。普通地質(zhì)學(xué)是地學(xué)類專業(yè)的基礎(chǔ)課，是實踐性較強(qiáng)的課程。本文打破普通地質(zhì)學(xué)課程原有講述為主的教學(xué)模式，建設(shè)理論與實踐相并重的信息化課程教學(xué)資源，建設(shè)了實景三維地質(zhì)剖面，豐富了課程數(shù)字標(biāo)本實驗室，完善了課程線上授課內(nèi)容，拓展了專業(yè)課外輔助教學(xué)手段，并設(shè)計了信息化綜合教學(xué)環(huán)節(jié)。這些措施將理論課程、實驗課程、野外實習(xí)實踐課程多維度教學(xué)信息化資源進(jìn)行整合，改善了教學(xué)過程中信息化資源缺乏的狀況，提升了教學(xué)質(zhì)量，使信息化成為學(xué)生掌握地學(xué)基礎(chǔ)知識、提高自主創(chuàng)新能力的有效途徑。

關(guān)鍵詞：信息化；專業(yè)基礎(chǔ)課；普通地質(zhì)學(xué)；實景模型

Abstract：Educational?informatization?and?the?digitalization?of?educational?resources?are?important?means?to?promote?the?highquality?development?of?undergraduate?education.Physical?geology?is?a?basic?course?of?geoscience?specialty，and?is?a?course?with?strong?practicality.Breaking?the?traditional?teaching?mode?of?mainly?lecturing?in?physical?geology?courses，we?have?constructed?informationized?teaching?resources?that?emphasize?both?theory?and?practice.The?threedimensional?geological?section?of?the?real?scene?was?constructed，the?digital?specimen?laboratory?of?the?course?was?enriched，the?online?teaching?content?of?the?course?was?improved，the?professional?extracurricular?auxiliary?teaching?methods?were?expanded，and?the?informationbased?comprehensive?teaching?activities?were?designed.These?measures?integrate?multidimensional?teaching?information?resources?for?theoretical?courses，laboratory?courses，and?field?practice?courses，improve?the?lack?of?information?resources?in?the?teaching?process，enhance?the?teaching?quality，and?make?informationization?an?effective?way?for?students?to?master?the?basic?knowledge?of?geoscience?and?improve?their?independent?innovation?ability.

Keywords：Informationization；Professional?basic?course；Physical?Geology；Realistic?model

一、概述

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)90年代末國內(nèi)開始正式使用教育信息化這一概念，政府也高度重視教育信息化的工作［13］，在教育領(lǐng)域開始全面深入地運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，促進(jìn)教育改革與發(fā)展［3］。國家相繼出臺了一系列推進(jìn)教育信息化的政策和措施。2018年，教育部印發(fā)了《教育信息化2.0行動計劃》，這也是教育信息化的升級。2022年，教育部部長懷進(jìn)鵬強(qiáng)調(diào)，以教育信息化推動教育高質(zhì)量發(fā)展，以教育信息化引領(lǐng)教育現(xiàn)代化。教育系統(tǒng)大力推進(jìn)教育信息化、推進(jìn)教育資源數(shù)字化建設(shè)［4］，為了深化和普及信息化，需要將先進(jìn)的教育理念和現(xiàn)代教育技術(shù)融合到一起，實現(xiàn)傳統(tǒng)教育的升級。總體方向是促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)資源的深度融合創(chuàng)新發(fā)展，重構(gòu)教育生態(tài)。

隨著科技的發(fā)展，各個高校進(jìn)行了超大規(guī)模的在線教育集中實踐，充分發(fā)揮了本科教育信息化的巨大作用，也體現(xiàn)了本科教育信息化的必要性。我校作為以防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)高等教育為主的高等院校，在全災(zāi)種大應(yīng)急新形勢下，需要建立全新防災(zāi)體系，地質(zhì)學(xué)是研究自然災(zāi)害與地震災(zāi)害成因主要支撐專業(yè)之一。普通地質(zhì)學(xué)是地學(xué)類多個專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是實踐性較強(qiáng)的課程，也是地質(zhì)學(xué)的啟蒙課。地學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課的信息化是一種順應(yīng)時代要求的課程變革形式和方法，也是教育面向信息社會的要求和必然結(jié)果［5］。信息化的引入有利于引導(dǎo)學(xué)生利用信息手段主動學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)。提升地學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課信息化水平和數(shù)字化資源優(yōu)勢，能夠促進(jìn)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量提升，也是未來高校本科教育新的發(fā)展方向，對學(xué)生成長成才大有裨益。

二、專業(yè)基礎(chǔ)課教育信息化存在的問題

專業(yè)基礎(chǔ)課教育信息化過程中存在諸多問題，較為普遍的是沒有把信息化資源有效融入課堂之中。信息化手段和信息化資源泛于形式化，教學(xué)過程實際上還是體現(xiàn)的傳統(tǒng)課堂內(nèi)容。

（一）信息化教學(xué)資源單一

目前的信息化教學(xué)當(dāng)中，尤其是線上授課，教學(xué)資源通常以多媒體課件為主，甚至是只有多媒體課件。地學(xué)基礎(chǔ)課程，如普通地質(zhì)學(xué)，強(qiáng)調(diào)地質(zhì)對象和地質(zhì)作用過程，僅以展示性的靜態(tài)PPT頁面內(nèi)容作為授課資料，學(xué)生理解專業(yè)知識呈現(xiàn)碎片化，可能出現(xiàn)似懂非懂、似是而非的現(xiàn)象，學(xué)習(xí)效果差，學(xué)習(xí)效率低。要滿足常態(tài)化的大規(guī)模信息化教學(xué)活動，對于豐富的教學(xué)資源類型和教學(xué)資源內(nèi)容有著很高的要求。

（二）課堂師生互動效果較差

作為信息化教學(xué)的一種重要形式，線上學(xué)習(xí)的一個顯著局限性就是，教師在課堂上熟悉的互動方式不易遷移到在線課堂，學(xué)生遇到不清楚的問題，無法及時與教師溝通。教師在教室中可以通過學(xué)生的動作、眼神等判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，從而開展提問等有效互動，還可以靈活安排小組合作學(xué)習(xí)［6］。然而線上授課，師生身處兩地存在距離，無法準(zhǔn)確關(guān)注到所有學(xué)生，很難及時地掌握課堂學(xué)情，教師不知何時互動、怎樣互動才有效，教學(xué)質(zhì)量可能打折扣。

（三）無法應(yīng)對實踐課程

地學(xué)基礎(chǔ)課程是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后初次接觸到的一門全新課程，不同專業(yè)的學(xué)生對課程所涉及的知識點、知識框架體系以及基本技能等較為生疏［5］。地學(xué)相較于其他學(xué)科，學(xué)習(xí)過程中理論與實踐相并重，實踐應(yīng)用突出性強(qiáng)［7］，這就給信息化教學(xué)，以及線上教學(xué)的開展增加了難度。實踐實驗教學(xué)活動強(qiáng)調(diào)的是培養(yǎng)學(xué)生的觀察、實踐能力，以及探究能力，而通過有限的線上教學(xué)，學(xué)生無法與地學(xué)類實踐課程的實物資料直接互動?！翱床磺?，摸不到”式的實踐課程，對學(xué)生實踐技能提升作用十分有限。另外，地學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課中實踐和理論兩者具有相輔相成的促進(jìn)關(guān)系，在理論課學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生大多對理論知識掌握比較充分，但到了實踐環(huán)節(jié)，對實踐細(xì)節(jié)把握不足，無法對理論部分形成正反饋，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生對知識體系的理解效果不盡如人意。

（四）學(xué)生積極性不高

普通地質(zhì)學(xué)課程本身涵蓋面廣，同時兼顧地質(zhì)學(xué)基本理論知識、實踐技能和思維能力的培養(yǎng)。在課堂教學(xué)時，教師花費大量時間抽象地講解關(guān)于礦物和巖石的知識，包括它們的形成過程、組成成分以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造等內(nèi)容。在理解這些概念時會遇到困難，因為他們?nèi)狈嶋H的視覺和感知體驗，導(dǎo)致他們的學(xué)習(xí)效果非常有限［8］。學(xué)生在學(xué)習(xí)中的初始印象以記憶和背誦為主，導(dǎo)致學(xué)生積極性不高，對所學(xué)內(nèi)容不感興趣。另外，如果是線上教學(xué)，沒有約束性，遠(yuǎn)程電子設(shè)備缺少直接的監(jiān)督，以及在線學(xué)習(xí)時間增長，造成很多學(xué)生很容易脫離在線設(shè)備，或者是使用設(shè)備做其他事，大大降低了教學(xué)效率。

面對以上情況，信息化技術(shù)為地學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)提供了新的可能性。借助信息化技術(shù)，可以打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，實現(xiàn)教學(xué)過程的創(chuàng)新和改革。

三、普通地質(zhì)學(xué)信息化資源建設(shè)

建立以學(xué)生為主體，滿足教學(xué)信息化，滿足社會行業(yè)需求的信息化教學(xué)資源與課程內(nèi)容。

（一）完善線上授課內(nèi)容

在理論課授課階段，持續(xù)完善現(xiàn)有線上授課平臺內(nèi)容，進(jìn)一步豐富信息化資源，將數(shù)字資源和信息化方法融合到授課的隨機(jī)點名、課前預(yù)習(xí)、課后鞏固、課后測驗等過程。為提升學(xué)生的課堂參與度，基于智慧教學(xué)工具的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法來提高學(xué)生的興趣和參與度。學(xué)生課內(nèi)在教師的講解下掌握基本理論和基本知識，教師不拘泥于課件形式，加入音頻、視頻、動態(tài)圖等資源，加強(qiáng)地質(zhì)對象和地質(zhì)作用過程的展示，將知識體系過程化、形象化、立體化，擺脫學(xué)生學(xué)習(xí)地學(xué)內(nèi)容靠想象的現(xiàn)狀。課堂講解中，師生現(xiàn)場通過手機(jī)互動，并通過釘釘群、微信群等多平臺隨時與學(xué)生進(jìn)行課程內(nèi)容的交流與討論。設(shè)計歸納章節(jié)知識要點思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生快速提煉核心內(nèi)容，提供一個學(xué)生自我總結(jié)凝練的抓手。在此基礎(chǔ)上教師針對不同層次的學(xué)生和學(xué)生需求，設(shè)計開放式的綜合實踐題目，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識，以及用不同思維方式解決問題的能力。這樣可以更好地提高學(xué)生參與度，并幫助他們?nèi)〉酶玫膶W(xué)習(xí)成果。

（二）數(shù)字標(biāo)本實驗室

目前，普通地質(zhì)學(xué)課程的實驗課程需在巖石礦物和古生物實驗室完成。盡管線上理論課程可以按時完成，但實驗課程由于實踐性較強(qiáng)，只能選擇推遲。建立普通地質(zhì)學(xué)課程數(shù)字標(biāo)本實驗室，可以在一定程度上解決由于學(xué)生不能到校的情況下，實驗課的授課問題。

利用三維合成軟件拍攝各類礦物標(biāo)本、巖石標(biāo)本和古生物標(biāo)本，分別建立關(guān)于礦物與巖石標(biāo)本的三維數(shù)據(jù)庫，以及古生物標(biāo)本的三維數(shù)據(jù)庫。共建立數(shù)字模型礦物標(biāo)本100余件，三大巖類巖石標(biāo)本120件，各類古生物標(biāo)本50件。進(jìn)一步將數(shù)據(jù)庫中的礦物巖石和古生物標(biāo)本按照類別歸屬進(jìn)行分類整理，用軟件將標(biāo)本的文字信息錄入。最終將圖文介紹以及三維模型整合，制作每個礦物巖石和古生物標(biāo)本的專有三維空間模型。綜合歸納整理這些三維空間模型，可以形成一個數(shù)字化的巖石礦物與古生物實驗室。

這樣，學(xué)生可以結(jié)合教師講授專業(yè)信息，隨時在電腦中以任意角度和連續(xù)放大倍數(shù)查看三維虛擬標(biāo)本。觀察和描繪各類礦物特征，常見巖石的分類、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，古生物化石結(jié)構(gòu)特征，和教材內(nèi)容相對照，使知識“活起來”。相比傳統(tǒng)礦物巖石手標(biāo)本，數(shù)字標(biāo)本更加典型，本體的地學(xué)信息清晰完整，也可以存儲于云端，不受時間地點制約，利于信息化教學(xué)。實驗室各類標(biāo)本的空間三維模型的建立，可以極大豐富課程信息化教學(xué)資源。與理論授課互為補(bǔ)充，可以同步加深學(xué)生對相關(guān)知識點的理解。

（三）云端地質(zhì)野外實踐資源

野外地質(zhì)實踐課程是地學(xué)基礎(chǔ)課程中的重要內(nèi)容，也是普通地質(zhì)學(xué)除理論課和實驗課外，國內(nèi)外許多高校著力打造的特色教學(xué)環(huán)節(jié)。長期以來地質(zhì)學(xué)野外實習(xí)課程以野外教師帶隊、學(xué)生記錄等方式進(jìn)行。野外實習(xí)課程課時有限，學(xué)生出野外前對實習(xí)區(qū)野外地質(zhì)情況不了解。在野外學(xué)生基本也以聽講解為主，在野外實習(xí)時顯得盲目、主動性差。另外，實習(xí)課帶隊教師通常一次帶30名以上的學(xué)生，加之野外講課環(huán)境條件有限，很多同學(xué)聽不清講解，看不清現(xiàn)象，跟不上思路［910］。這種現(xiàn)狀導(dǎo)致在實踐教學(xué)過程中，難以達(dá)到理想的效果。

針對這種情況，精選典型地質(zhì)剖面，利用無人機(jī)技術(shù)，結(jié)合傾斜攝影測量三維實景建模，將野外地質(zhì)實踐線路、觀察點主要內(nèi)容及相關(guān)知識點等信息化。如亮甲山剖面模型，建模面積0.5km2，模型分辨率達(dá)到1mm。在野外實踐課前，學(xué)生可以利用三維模型來對實習(xí)點的內(nèi)容和相關(guān)的知識點進(jìn)行預(yù)習(xí)和思考。通過三維模型，學(xué)生可以第一人稱模式觀察，模擬實際野外行進(jìn)路線，也可以飛行模式自由瀏覽剖面和路線?？梢杂^察和探索實習(xí)地的地形、地貌特征，提前預(yù)判可能遇到的問題。這樣，學(xué)生在野外能夠更加主動地參與學(xué)習(xí)過程，自主提出問題、觀察現(xiàn)象，而不僅僅是被動地接受指導(dǎo)?；氐绞覂?nèi)，可以進(jìn)一步利用信息化數(shù)字資源整理資料和野外記錄。后續(xù)還可以嘗試由學(xué)生自己豐富地質(zhì)剖面內(nèi)容，將自己看到的、思考的內(nèi)容加入信息化剖面中。地質(zhì)野外剖面信息化，使數(shù)字信息化手段融入傳統(tǒng)的理論與實踐教學(xué)中，加強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的深度與廣度。

（四）專業(yè)課外輔助教學(xué)

目前，地學(xué)類微信公眾號在地學(xué)基礎(chǔ)課教學(xué)中的應(yīng)用情況較少，其中豐富的課程資源價值未得到有效開發(fā)。本次研究建立了普通地質(zhì)學(xué)公眾號——“野生地質(zhì)人”，作為地學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程的課外輔助教學(xué)手段，進(jìn)行有關(guān)地學(xué)信息的分享、學(xué)習(xí)與交流。

教師可利用公眾號資源與教材進(jìn)行資源整合并設(shè)計教學(xué)活動，以此打破有限課堂教學(xué)時間的掣肘，以及空間距離對于師生信息交流的限制，豐富傳統(tǒng)的教學(xué)手段，擴(kuò)大地學(xué)科普信息傳播對專業(yè)教學(xué)的積極影響。課程公眾號系統(tǒng)地借鑒了公認(rèn)辦得比較成功的地學(xué)類科普公眾號，如中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所公眾號、星球研究所公眾號、桔燈勘探公眾號等，不定期發(fā)布有關(guān)地學(xué)知識，推送地質(zhì)學(xué)相關(guān)課程、地學(xué)科普信息、地學(xué)科學(xué)研究前沿信息等，供學(xué)生學(xué)習(xí)和瀏覽。另外，組織地質(zhì)學(xué)專業(yè)學(xué)生參與維護(hù)公眾號內(nèi)容，以激發(fā)學(xué)生的好奇心，提高學(xué)習(xí)興趣。

總之，在教學(xué)實踐中，打破普通地質(zhì)學(xué)課程原有講述為主的教學(xué)模式，建設(shè)理論與實踐相并重的信息化課程教學(xué)資源，形成了覆蓋普通地質(zhì)學(xué)“理論授課階段—實驗課程階段—野外實踐課程階段—課外拓展階段”整個學(xué)習(xí)鏈的信息化資源。

結(jié)語

在全災(zāi)種大應(yīng)急新形勢下，要建立全新防災(zāi)體系。地質(zhì)學(xué)是研究自然災(zāi)害與地震災(zāi)害成因主要支持專業(yè)之一，普通地質(zhì)學(xué)是災(zāi)害地質(zhì)等課程的基礎(chǔ)課程。本文將理論課程、實驗課程、野外實踐課程多維度的教學(xué)信息化資源整合，發(fā)揮信息化資源優(yōu)勢。構(gòu)建普通地質(zhì)學(xué)這一專業(yè)基礎(chǔ)課各個教學(xué)環(huán)節(jié)的信息化資源，改善教學(xué)過程中信息化資源缺乏的狀況，并設(shè)計信息化綜合教學(xué)環(huán)節(jié)，以滿足學(xué)生需求，使信息化成為學(xué)生掌握地學(xué)基礎(chǔ)知識，提高自主創(chuàng)新能力的有效途徑，切實提高本科階段地學(xué)基礎(chǔ)課教學(xué)質(zhì)量。

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基金項目：2022年度防災(zāi)科技學(xué)院教育研究與教學(xué)改革項目“專業(yè)基礎(chǔ)課信息化云資源建設(shè)——以普通地質(zhì)學(xué)課程為例”（JY2022B03）

作者簡介：李照陽（1986—?），男，博士，講師，主要從事基礎(chǔ)地質(zhì)研究和教學(xué)。