普通地質(zhì)實習(xí)數(shù)字化教學(xué)探索及思政融入

摘 要：針對當(dāng)前普通地質(zhì)實習(xí)開展數(shù)字化教學(xué)的迫切需求，文章利用無人機傾斜攝影進行野外露頭實景三維地質(zhì)建模，建立數(shù)字化教學(xué)平臺，實現(xiàn)室內(nèi)教學(xué)與野外實踐的有機融合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)能力。同時，充分開發(fā)、利用新疆地區(qū)豐富的野外地質(zhì)資源，充實普通地質(zhì)實習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣，增強學(xué)生的愛國情懷和生態(tài)保護意識。該數(shù)字化教學(xué)實踐探索提高了我國西部地區(qū)地質(zhì)學(xué)教學(xué)水平，并為其他高校地質(zhì)教學(xué)提供了優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源。

關(guān)鍵詞：普通地質(zhì)實習(xí)；三維地質(zhì)建模；數(shù)字化教學(xué)；思政育人

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2024）12-0043-03

一、引言

“普通地質(zhì)學(xué)”是我國地質(zhì)類高校資源勘查工程、勘查技術(shù)與工程及石油工程等專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]。該課程涵蓋了礦物巖石學(xué)、沉積巖石學(xué)、巖漿巖與變質(zhì)巖、地層學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、巖相古地理等分支學(xué)科的重要概念和基礎(chǔ)知識，是銜接地質(zhì)學(xué)各學(xué)科的奠基課程，在學(xué)生了解專業(yè)方向、培養(yǎng)專業(yè)思維，以及學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程等方面發(fā)揮著重要的作用。

普通地質(zhì)實習(xí)是將普通地質(zhì)學(xué)的理論知識應(yīng)用到實踐中的重要環(huán)節(jié)。通過普通地質(zhì)實習(xí)，學(xué)生第一次用專業(yè)的視角觀察野外露頭，并嘗試用所學(xué)過的理論知識描述地層特征、測量地層產(chǎn)狀、分析各種地質(zhì)現(xiàn)象。普通地質(zhì)實習(xí)既增強了學(xué)生對地質(zhì)學(xué)的感性認(rèn)識，又培養(yǎng)和提高了學(xué)生觀察和分析野外地質(zhì)現(xiàn)象的能力[2]。

然而，傳統(tǒng)的普通地質(zhì)實習(xí)教學(xué)效果受到諸多因素的限制。一是野外地質(zhì)教學(xué)資源有限，平原地區(qū)缺少野外露頭，東部地區(qū)的野外露頭植被覆蓋嚴(yán)重；二是實習(xí)多安排在暑假，烈日炎炎下野外實習(xí)時間過長容易導(dǎo)致學(xué)生中暑，既影響教學(xué)效果，也存在安全隱患；三是部分野外露頭地勢危險、道路狹窄，無法滿足多名學(xué)生同時觀察地質(zhì)現(xiàn)象的需求。當(dāng)前，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，很多高校都在進行課程數(shù)字化教學(xué)改革探索，并取得了不錯的成果[3]。本次普通地質(zhì)實習(xí)教學(xué)改革選在植被覆蓋少、地質(zhì)現(xiàn)象豐富的西部地區(qū)開展，優(yōu)選了多個典型的野外露頭，利用無人機傾斜攝影等現(xiàn)代信息技術(shù)，建立野外露頭的實景三維地質(zhì)模型，建設(shè)普通地質(zhì)實習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺，形成室內(nèi)三維實景數(shù)字化教學(xué)與野外實踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，既能保證學(xué)生觀察到豐富、優(yōu)質(zhì)的地質(zhì)現(xiàn)象，也能縮短野外實踐教學(xué)的時間，彌補了野外實踐教學(xué)的不足，有效地保證了實習(xí)質(zhì)量[4]。

二、整合優(yōu)質(zhì)野外地質(zhì)資源，奠定數(shù)字化教學(xué)基礎(chǔ)

中國石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)所在的新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市具有豐富的野外地質(zhì)資源，包括世界魔鬼城、黑油山公園、烏爾禾瀝青脈、白楊河、艾里克湖、瑪納斯鹽湖等。

（一）已有的野外地質(zhì)資源

目前，學(xué)校普通地質(zhì)實習(xí)共有7條路線，分別是柳樹溝河構(gòu)造、沉積觀察路線，吐孜阿克內(nèi)溝構(gòu)造、地層觀察路線，黑油山—黑油山溝—不整合溝油苗構(gòu)造、沉積觀察路線，科克呼拉巖體、構(gòu)造觀察路線，烏爾禾瀝青脈雅丹、構(gòu)造、沉積觀察路線，三坪水庫現(xiàn)代沖積扇觀察路線和龍脊谷構(gòu)造、沉積觀察路線。實習(xí)內(nèi)容涵蓋了古生代—新生代地層的野外觀察與描述，沖積扇現(xiàn)代沉積考察，褶皺、斷裂、不整合等地質(zhì)現(xiàn)象的觀察分析，風(fēng)化作用、剝蝕作用、沉積作用等外動力地質(zhì)作用觀察，以及油氣苗的認(rèn)識，瀝青的特征及成因等。但部分教學(xué)點目前已經(jīng)不能正常使用，如由于修路大巴車無法通過，柳樹溝已經(jīng)2年無法進行實習(xí)觀察；黑油山不整合溝也由于修路被挖；烏爾禾瀝青脈由于重新開采，無法進行實習(xí)觀察。

（二）開辟新的野外地質(zhì)資源

為了保證普通地質(zhì)實習(xí)順利開展，教學(xué)團隊積極開拓、尋找新的野外剖面。目前，新形成了魔鬼城雅丹地貌觀察路線、瑪納斯鹽湖觀察路線、白楊河現(xiàn)代沉積考察路線及艾里克湖現(xiàn)代沉積考察路線。通過普通地質(zhì)實習(xí)，學(xué)生能夠在雄偉壯麗、造型奇特的雅丹地貌中探索外動力地質(zhì)作用的奧秘；在晶瑩剔透、宛若仙境的鹽湖邊思索干旱地區(qū)湖泊的演化歷史；在曲折蜿蜒、綠樹成蔭的白楊河邊觀察現(xiàn)代河流的沉積特征。新開辟的野外地質(zhì)資源不僅使野外地質(zhì)現(xiàn)象和實習(xí)內(nèi)容更加豐富多彩，提高了學(xué)生的野外實習(xí)興趣，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更激發(fā)了學(xué)生的愛國情懷和生態(tài)環(huán)境保護意識[5]。

三、建設(shè)普通地質(zhì)實習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺

（一）無人機傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用

無人機傾斜攝影技術(shù)是測繪遙感領(lǐng)域近些年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，其可以同時從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取高度、長度、面積、角度、坡度等豐富的地理信息及影像數(shù)據(jù)，更加真實地反映地面物體的實際情況。目前，無人機傾斜攝影技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到智慧城市建設(shè)、林業(yè)調(diào)查管理、應(yīng)急救災(zāi)、國土規(guī)劃、智慧旅游、交通導(dǎo)航服務(wù)等領(lǐng)域，實現(xiàn)智能化管理，提升人們的生活品質(zhì)。

（二）數(shù)字化教學(xué)平臺建設(shè)

1.采集數(shù)據(jù)

普通地質(zhì)實習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺的主體是野外露頭的實景三維地質(zhì)模型。無人機拍攝的影像是實景三維地質(zhì)建模的重要數(shù)據(jù)，影像的質(zhì)量和數(shù)量決定了模型的質(zhì)量。由于野外露頭的高度、坡度、面積及地形地貌差異大，因此，需要根據(jù)野外露頭的地形地貌特征，綜合考慮無人機的飛控距離、電池消耗和測量精度等因素，從而進行航測區(qū)域規(guī)劃。同時，設(shè)置無人機的航行高度、速度、拍攝間隔及重疊度等參數(shù)，采集實景三維地質(zhì)建模所需的原始影像數(shù)據(jù)。

2.建立實景三維模型

對原始影像數(shù)據(jù)進行質(zhì)量和精度檢查后，通過實景建模軟件ContextCapture將簡單的連續(xù)影像自動進行高分辨率三維模型重建，建立野外露頭的實景三維地質(zhì)模型。

3.建設(shè)數(shù)字化教學(xué)平臺

利用Google Earth（谷歌地球）對普通地質(zhì)實習(xí)點及觀察點進行標(biāo)注，并用不同顏色標(biāo)明不同的實習(xí)路線，使學(xué)生可以清晰了解各個實習(xí)點的位置、距離、路況等。同時，每個實習(xí)點均建立實景三維地質(zhì)模型，使學(xué)生可以通過對模型進行放大、縮小，觀察野外露頭的地層、構(gòu)造特征及典型的地質(zhì)現(xiàn)象。通過普通地質(zhì)實習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺，學(xué)生在室內(nèi)就能身臨其境地觀察野外露頭的各種地質(zhì)特征和地質(zhì)現(xiàn)象。

四、普通地質(zhì)實習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺的應(yīng)用

克拉瑪依市春秋兩季時間短且多大風(fēng)天氣，不適合進行野外實踐教學(xué)，因此，普通地質(zhì)實習(xí)一般安排在暑假。然而，克拉瑪依市7、8月份白天平均氣溫為31 ℃，極端

高溫曾達到46.2 ℃，為避免學(xué)生中暑，野外實踐教學(xué)時間不宜過長。每天的野外實踐教學(xué)包括三四個觀察點，每個觀察點的觀察時間一般不超過1.5小時。學(xué)生一般五六人一組，小組成員需要分工協(xié)作完成巖石取樣、地層產(chǎn)狀測量、野外地質(zhì)記錄編寫、野外露頭及典型地質(zhì)現(xiàn)象拍照，以及野外地質(zhì)素描圖繪制等多項工作。學(xué)生在每個實習(xí)點真正能夠獨立觀察和主動思考、分析的時間有限。所以，目前的普通地質(zhì)實習(xí)以教師講解為主，學(xué)生跟隨教師的講解去觀察指定的野外地質(zhì)現(xiàn)象并記錄。雖然通過普通地質(zhì)實習(xí)，學(xué)生能夠?qū)ⅰ捌胀ǖ刭|(zhì)學(xué)”課程的理論與野外實際觀察到的地質(zhì)現(xiàn)象結(jié)合起來，增強了感性的地質(zhì)認(rèn)識，并掌握了一定的野外地質(zhì)工作基本方法和技能，但學(xué)生普遍都是被動地接收知識，如果沒有教師的引導(dǎo)和講解，學(xué)生在面對野外露頭時普遍不知道該觀察哪里、如何觀察，缺乏主動觀察和分析野外地質(zhì)現(xiàn)象的意識和能力。

在利用無人機傾斜攝影技術(shù)建立普通地質(zhì)實習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺后，首先，教師通過室內(nèi)多媒體進行授課，播放野外剖面遠景及近景的高清立體圖像，讓學(xué)生提前觀察野外剖面，引導(dǎo)學(xué)生主動觀察地層特征、尋找學(xué)習(xí)過的地質(zhì)現(xiàn)象，并主動思考形成這種地質(zhì)現(xiàn)象的原因是什么。其次，在室內(nèi)教學(xué)時，通過分組討論，學(xué)生充分交流、分享各自的想法和見解，并不斷討論，形成初步的地質(zhì)認(rèn)識，以便在野外實踐教學(xué)時能夠帶著問題更主動、積極地到實習(xí)點前仔細觀察，求證先前的地質(zhì)認(rèn)識是否合理正確。最后，教師根據(jù)學(xué)生的觀察和分析情況，引導(dǎo)學(xué)生進行地質(zhì)認(rèn)識的補充和完善。室內(nèi)數(shù)字化教學(xué)與野外實踐教學(xué)有機融合，既能有效激發(fā)學(xué)生對地質(zhì)學(xué)習(xí)的興趣，又提升了學(xué)生主動觀察和分析野外地質(zhì)現(xiàn)象的能力。同時，在不斷地主動思考和獨立解決地質(zhì)問題的過程中，學(xué)生也極大地提升了成就感和自信心，增加了對地質(zhì)學(xué)專業(yè)及地質(zhì)工作的了解和熱愛。

五、基于數(shù)字化教學(xué)平臺的專業(yè)課課程思政

（一）建設(shè)專業(yè)課課程思政平臺

普通地質(zhì)實習(xí)是地質(zhì)學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的第一門專業(yè)實踐類課程，具有專業(yè)啟蒙性質(zhì)，對培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣、提升學(xué)生對地質(zhì)專業(yè)的認(rèn)可度、激發(fā)學(xué)生對地質(zhì)事業(yè)的熱愛等具有重要的作用，也是開展專業(yè)課課程思政的重要平臺。但需要注意的是，不能為了思政而思政，生硬地向?qū)W生灌輸與實習(xí)內(nèi)容相關(guān)性不大的思想政治理論，這樣反而容易引起學(xué)生的抵觸和逆反心理。教師應(yīng)充分利用野外實踐教學(xué)的特點，營造輕松愉悅的教學(xué)氛圍，充分挖掘野外地質(zhì)實習(xí)中蘊含的思政元素，“潤物細無聲”地把

思政元素與野外實習(xí)內(nèi)容融合在一起，潛移默化地對學(xué)生進行價值引導(dǎo)和精神引領(lǐng)[6-7]。

（二）數(shù)字化教學(xué)增強學(xué)生科技創(chuàng)新意識

普通地質(zhì)實習(xí)利用無人機傾斜攝影等現(xiàn)代信息技術(shù)建立了數(shù)字化教學(xué)平臺，讓學(xué)生領(lǐng)悟到科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要性，增強了學(xué)生的科技創(chuàng)新意識。同時，學(xué)生將“普通地質(zhì)學(xué)”課程的理論知識運用到野外地質(zhì)實習(xí)中，在一次次運用理論知識分析、解決地質(zhì)問題的過程中，感受到了理論知識與實際認(rèn)知之間的差別和聯(lián)系，培養(yǎng)了腳踏實地、嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。

（三）激發(fā)學(xué)生的愛國情懷

讀萬卷書不如行萬里路。普通地質(zhì)實習(xí)帶領(lǐng)學(xué)生領(lǐng)略祖國的大好河山，既有千姿百態(tài)的雅丹地貌，又有純凈夢幻的鹽湖美景，還有大氣磅礴，猶如一條條巨龍的龍脊谷……讓學(xué)生真切地感受到祖國的錦繡河山和美麗的自然風(fēng)光，激發(fā)學(xué)生對祖國山河的熱愛之情。在黑油山—石油溝油苗構(gòu)造向?qū)W生講述李四光、黃汲清、謝家榮等我國老一輩地質(zhì)學(xué)家，面臨國家極度缺乏石油的局面，不畏艱難，多次野外地質(zhì)調(diào)查，終于發(fā)現(xiàn)了大慶油田，推翻西方國家“陸相無油”概論，摘掉中國“貧油國”帽子的故事，激發(fā)學(xué)生的愛國主義情懷。

（四）增強學(xué)生對地質(zhì)專業(yè)的熱愛

在黑油山實習(xí)點，教師向?qū)W生講授克拉瑪依石油人如何鏖戰(zhàn)沙漠戈壁，不懼黃土雄風(fēng)，艱難拼搏，終于在“沒有草、沒有水，連鳥兒也不飛”的戈壁灘上建成一座富足、美麗、文明的石油城的故事，以此弘揚石油人“安下心、扎下根、不出油、不死心”的堅韌石油精神和澎湃斗志。學(xué)生深刻體會到石油能源對一個國家、一座城市發(fā)展的重要性，提高對地質(zhì)專業(yè)的認(rèn)可度和專業(yè)自豪感，激發(fā)對石油地質(zhì)事業(yè)的熱愛之情，進而樹立扎根油田，以技報國，為祖國石油事業(yè)發(fā)展添磚加瓦的決心。

六、建設(shè)普通地質(zhì)實習(xí)數(shù)字化教學(xué)團隊

普通地質(zhì)實習(xí)面向?qū)W校地質(zhì)學(xué)類專業(yè)開課，每年有200多名學(xué)生參加實習(xí)。隨著學(xué)生擴招，參加普通地質(zhì)實習(xí)的學(xué)生也逐年增加，2024年預(yù)計有15個班，共400余名學(xué)生參加普通地質(zhì)實習(xí)，但目前卻僅有8名帶隊教師。野外實踐教學(xué)不同于課堂教學(xué)，野外空曠、噪音大；教學(xué)點多數(shù)在公路旁，帶隊教師需要時刻關(guān)注學(xué)生的安全；教學(xué)點之間距離較遠，學(xué)生行走時容易拉開較遠的距離；教學(xué)點多數(shù)空間狹窄，一次教學(xué)容納的學(xué)生有限。所以，普通地質(zhì)實習(xí)最好實行小班教學(xué)，而目前帶隊教師的數(shù)量已經(jīng)不能滿足實習(xí)需求。為了保證普通地質(zhì)實習(xí)的教學(xué)水平，教學(xué)團隊積極培養(yǎng)地質(zhì)學(xué)專業(yè)的年輕教師和實驗教師，擴大實習(xí)教師團隊，并保持實習(xí)教師團隊的相對穩(wěn)定性。每年春季組織實習(xí)教師集體野外備課，交流、討論各個教學(xué)點的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法，新老教師互教互學(xué)。同時，組織實習(xí)教師學(xué)習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺的應(yīng)用和維護技能，不斷豐富數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容，完善數(shù)字化教學(xué)手段，提高普通地質(zhì)實習(xí)的教學(xué)效果。

七、結(jié)束語

普通地質(zhì)實習(xí)是資源勘查工程、勘查技術(shù)與工程及石油工程等專業(yè)的第一次野外實習(xí)，也是石油工程專業(yè)唯一的一次野外實習(xí)，對于培養(yǎng)學(xué)生的地質(zhì)興趣、提高學(xué)生對野外地質(zhì)現(xiàn)象的觀察和分析能力、增強學(xué)生對石油工業(yè)的熱愛之情具有重要的意義。普通地質(zhì)實習(xí)積極引入現(xiàn)代信息技術(shù)，建設(shè)數(shù)字化教學(xué)平臺，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及主動分析和解決地質(zhì)問題的能力；充分挖掘思政元素，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)情感，厚植家國情懷；積極開辟教學(xué)剖面，豐富實習(xí)內(nèi)容并擴大教師團隊，保持教師隊伍的穩(wěn)定性，不斷提高普通地質(zhì)實習(xí)教學(xué)水平，取得了理想的教學(xué)效果。

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■ 編輯∕王力

收稿日期：2023-12-11 修回日期：2024-03-21

作者簡介：王玲，女，副研究員，博士，研究方向為沉積學(xué)與儲層地質(zhì)學(xué)；孫廷彬，男，副教授，博士，研究方向為油氣田開發(fā)地質(zhì)、地震地質(zhì)；祁利祺，男，副教授，博士，研究方向為儲層沉積學(xué)。

基金項目：中國石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)本科教育教學(xué)研究和改革項目“現(xiàn)代信息技術(shù)與地質(zhì)學(xué)科深度融合的普通地質(zhì)實習(xí)數(shù)字化教學(xué)探索”（JG2022006）