智能技術(shù)支持下地球物理學(xué)專業(yè)多元協(xié)同育人模式的構(gòu)建與實踐

摘 要：本研究基于智能技術(shù)支持手段，設(shè)計“五育并舉、雙環(huán)協(xié)同、四級聯(lián)動”教學(xué)過程，進一步構(gòu)建了地球物理學(xué)專業(yè)多元協(xié)同育人的新模式。本研究聚焦地球物理學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)過程，融合智能技術(shù)設(shè)計新的課程內(nèi)容，利用虛擬平臺增強師生體驗感，結(jié)合學(xué)校特色打造特色專業(yè)品牌。同時，本研究注重培養(yǎng)地球物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，通過智慧課程平臺創(chuàng)新設(shè)計“課前預(yù)學(xué)、難點診斷”“課中交互、精準(zhǔn)解惑”和“課后延伸、定向答疑”的鏈?zhǔn)綄W(xué)習(xí)場景，構(gòu)建時時處處皆可學(xué)習(xí)的智慧學(xué)習(xí)生態(tài)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與效率，全方位提升了地球物理學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：智能技術(shù)；地球物理學(xué)；多元協(xié)同；育人模式

近年來，隨著人工智能、數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實等新興科技的不斷發(fā)展，以元地球、大數(shù)據(jù)、ChatGPT等為代表的智能技術(shù)已經(jīng)成為引領(lǐng)全球新一輪產(chǎn)業(yè)變革和科技革命的重要驅(qū)動力。智能技術(shù)的飛速發(fā)展不僅改變了人們的生產(chǎn)、生活方式以及認知方式，而且引發(fā)了現(xiàn)代高等教育的教學(xué)模式向全新的智慧教育形態(tài)轉(zhuǎn)變［12］。地球物理學(xué)專業(yè)涉及數(shù)學(xué)、物理、地質(zhì)、信息等多個領(lǐng)域的知識，是一門交叉性極強的基礎(chǔ)學(xué)科［34］。目前，隨著各種智能技術(shù)不斷出現(xiàn)在能源勘探、防災(zāi)減災(zāi)、深部找礦等國家戰(zhàn)略任務(wù)中，智能技術(shù)支持下地球物理學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)新模式應(yīng)運而生。然而，現(xiàn)今各相關(guān)高校針對智能技術(shù)與地球物理學(xué)專業(yè)的理解、架構(gòu)的設(shè)計和實施的標(biāo)準(zhǔn)尚未形成統(tǒng)一的認識。

本研究基于智能技術(shù)支持手段，系統(tǒng)梳理地球物理學(xué)專業(yè)的課程體系，旨在構(gòu)建一個以學(xué)生為中心，融合德育、智育、體育、美育和勞育“五育并舉”的育人模式。基于智能教學(xué)平臺，設(shè)計學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)任務(wù)，通過方案設(shè)計、過程操作與實現(xiàn)、結(jié)果分析與推斷等手段，構(gòu)建一個系統(tǒng)的實踐教學(xué)體系。基于智能技術(shù)設(shè)計混合式“雙環(huán)協(xié)同”教學(xué)模式，通過校內(nèi)—校外實踐以及線上—線下學(xué)習(xí)相結(jié)合等交叉方法，實現(xiàn)理論與實踐、知識與能力、學(xué)習(xí)與創(chuàng)新等學(xué)生綜合能力培養(yǎng)過程的智能化管理。此外，基于學(xué)?！昂塑姽ぁ碧厣O(shè)計“四級聯(lián)動”反饋機制，通過文化交融、思政建設(shè)以及動態(tài)反饋等多元方式，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感和職業(yè)素養(yǎng)，建立一個以智能技術(shù)為核心、“核軍工”思想為引領(lǐng)的地球物理學(xué)專業(yè)多元協(xié)同育人體系，解決傳統(tǒng)地球物理學(xué)專業(yè)教學(xué)中的“痛點”問題。

一、智能技術(shù)支持下的“五育并舉”課程設(shè)計對接行業(yè)需求

（一）課程內(nèi)容與行業(yè)動態(tài)的實時更新

在當(dāng)今信息化時代，智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是大數(shù)據(jù)分析和人工智能的廣泛應(yīng)用，極大地豐富了教育手段，為教育者提供了前所未有的機遇。在地球物理學(xué)專業(yè)課堂教學(xué)過程中，本研究運用機器學(xué)習(xí)算法對礦產(chǎn)勘探實例和專業(yè)學(xué)術(shù)論文進行數(shù)據(jù)融合分析，精準(zhǔn)匹配行業(yè)最新動態(tài)和專業(yè)課程知識點?；谛袠I(yè)最新發(fā)展動態(tài)，常態(tài)化更新重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探等專業(yè)課程知識點，使課程內(nèi)容更加貼合地球物理學(xué)行業(yè)的實際應(yīng)用需求，增強專業(yè)課程的實用性和前瞻性。這種基于智能數(shù)據(jù)驅(qū)動的教學(xué)模式有助于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力，為他們將來在地球物理學(xué)領(lǐng)域的職業(yè)生涯打下堅實的基礎(chǔ)。同時，這種教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變使教師團隊的教學(xué)目標(biāo)不僅僅是單純的知識傳授，更注重培養(yǎng)學(xué)生將課程知識內(nèi)化為行業(yè)需求的應(yīng)用性技能。

（二）智慧課堂與學(xué)習(xí)路徑的個性設(shè)計

目前，通過人工智能技術(shù)深度輔助課堂教學(xué)，傳統(tǒng)課堂的時空壁壘已逐漸被智慧課堂打破，進而改變了傳統(tǒng)課堂的生態(tài)、場景以及學(xué)習(xí)環(huán)境和空間。本研究通過智慧學(xué)習(xí)管理平臺對每位學(xué)生量身定制個性化的學(xué)習(xí)路徑，充分考慮學(xué)生個體的學(xué)習(xí)進度，將傳統(tǒng)課堂教學(xué)過程中相對獨立的課前、課中和課后環(huán)節(jié)有效整合為“課前預(yù)學(xué)，難點診斷”“課中交互，精準(zhǔn)解惑”和“課后延伸，定向答疑”的鏈?zhǔn)綄W(xué)習(xí)場景，構(gòu)建時時處處皆可學(xué)習(xí)的智慧學(xué)習(xí)生態(tài)。同時考慮學(xué)生個體的興趣偏好和長遠職業(yè)規(guī)劃，使學(xué)生在專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程中兼顧自己感興趣的領(lǐng)域，確保學(xué)生的全面發(fā)展。例如，對于那些立志于未來在地震預(yù)測領(lǐng)域做出貢獻的學(xué)生，智慧學(xué)習(xí)管理平臺能夠精準(zhǔn)推薦相應(yīng)的高級數(shù)據(jù)分析課程，這些課程涵蓋了從地震數(shù)據(jù)分析到預(yù)測模型構(gòu)建的全方位技能。智慧式教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)熱情，更能夠讓學(xué)生有機會將理論知識應(yīng)用于實際問題解決中，增強他們的實踐能力和創(chuàng)新思維。

（三）專業(yè)知識與綜合素養(yǎng)的全面發(fā)展

“五育并舉”教育理念倡導(dǎo)學(xué)生在德育、智育、體育、美育、勞育各方面都得到均衡發(fā)展，是新時代地球物理學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)，而智能技術(shù)的應(yīng)用為這一目標(biāo)的實現(xiàn)提供了強有力的支持。本研究基于智慧課堂管理平臺，融合線上與線下、集體與個別等方式，形成自由、開放的教學(xué)方式。在課堂教學(xué)過程中，設(shè)計數(shù)字化積分激勵措施促進德育的養(yǎng)成，幫助學(xué)生更好地理解道德和社會價值觀，增強他們的社會責(zé)任感和公民意識；設(shè)計專業(yè)技能虛擬學(xué)習(xí)平臺促進智育的養(yǎng)成，讓學(xué)生不再受環(huán)境場地的限制，擁有了更多了解智能地球物理勘探的機會；設(shè)計運動監(jiān)測和評估管理系統(tǒng)促進體育的養(yǎng)成，幫助學(xué)生更好地了解自己的身體狀況和運動能力，給學(xué)生個體提供個性化的運動建議和反饋；設(shè)計地球科學(xué)視頻庫促進美育的養(yǎng)成，幫助學(xué)生了解固體地球系統(tǒng)演化過程，同時學(xué)生還能實時上傳自己的視頻作品，相互啟發(fā)，提高自身的欣賞水平；設(shè)計地球物理儀器維護使用制度促進勞育的養(yǎng)成，幫助學(xué)生提高動手實踐能力，領(lǐng)悟“勞育”的真諦。這種智能技術(shù)支持下的“五育并舉”教學(xué)模式貫穿地球物理學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的全過程，在豐富學(xué)生知識層面的同時，又能夠起到以智固本，提智育人的教學(xué)目標(biāo)。

二、虛實結(jié)合下的“雙環(huán)協(xié)同”教學(xué)相融提升師生體驗感

（一）虛擬現(xiàn)實（VR）與增強現(xiàn)實（AR）的交叉應(yīng)用

在地球物理學(xué)這一高度技術(shù)密集型的學(xué)科中，傳統(tǒng)的教學(xué)手段往往難以將復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象和抽象的物理過程形象化。虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)和增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)的應(yīng)用，為突破這一教學(xué)瓶頸提供了創(chuàng)新的解決方案。通過VR技術(shù)，我們可以構(gòu)建出全景式的虛擬地質(zhì)環(huán)境，讓學(xué)生仿佛置身于真實的地質(zhì)考察現(xiàn)場，安全地進行虛擬實地考察。學(xué)生不僅能夠細致觀察巖石的紋理、斷層的形態(tài)，還能體驗地震發(fā)生時的震撼場景，這種沉浸式體驗極大地提升了學(xué)習(xí)的互動性和趣味性。此外，AR技術(shù)的應(yīng)用使得學(xué)生能夠在現(xiàn)實世界的背景下，疊加虛擬的地質(zhì)數(shù)據(jù)和模型，進行更為直觀的學(xué)習(xí)和分析。這種技術(shù)的應(yīng)用不僅增強了學(xué)生的實踐技能，更重要的是，它激發(fā)了學(xué)生對地球物理學(xué)深層次探索的渴望，培養(yǎng)了他們的探索精神和創(chuàng)新能力。通過這種高度仿真的學(xué)習(xí)體驗，學(xué)生能夠在享受學(xué)習(xí)樂趣的同時，深入理解地球物理學(xué)的復(fù)雜概念，為未來的學(xué)術(shù)研究或職業(yè)生涯打下堅實的基礎(chǔ)。

（二）物理模擬與數(shù)值模擬的仿真實踐

通過實施物理模擬及數(shù)值模擬，地球物理學(xué)專業(yè)教師團隊能夠為學(xué)生提供一個沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境。這些仿真實踐不僅能夠模擬自然界的現(xiàn)象，還能讓學(xué)生在操作過程中，通過交互式學(xué)習(xí)，加深對理論知識的理解。更重要的是，這種實踐操作能夠有效提升學(xué)生解決實際問題的能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和實踐技能，從而在知識與能力之間形成良性互動，實現(xiàn)教育的全面發(fā)展。在設(shè)計仿真實踐項目時，為確保實現(xiàn)其教育價值，本課題充分考慮仿真訓(xùn)練與教學(xué)大綱和學(xué)習(xí)目標(biāo)緊密結(jié)合，確保模擬活動能夠支持和加強理論知識的學(xué)習(xí)，并提高解決實際問題的能力。同時，仿真實踐項目提供了高度交互式的學(xué)習(xí)環(huán)境，并盡可能準(zhǔn)確地模擬現(xiàn)實世界的復(fù)雜過程，如地震波的傳播或地殼運動，以便學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中獲得與實際操作相似的體驗。

三、多元體系下的“四級聯(lián)動”模式打造特色型專業(yè)品牌

（一）多元互通，“雙環(huán)協(xié)同”，跨學(xué)科設(shè)計專業(yè)課程體系

本課題通過確立清晰的教育目標(biāo)，確保每個學(xué)科的貢獻都與這些目標(biāo)對齊，以實現(xiàn)“五育并舉”的教育愿景。選擇能夠自然融合多個學(xué)科的主題，如“環(huán)境保護”可能涉及科學(xué)、社會學(xué)、藝術(shù)和文學(xué)等多個領(lǐng)域。鼓勵不同學(xué)科的教師共同規(guī)劃和實施課程，通過團隊協(xié)作實現(xiàn)資源和視角的整合。以學(xué)生的需求和興趣為中心，設(shè)計能夠激發(fā)學(xué)生主動參與和探索的學(xué)習(xí)活動。運用數(shù)據(jù)挖掘和自然語言處理技術(shù)，整合不同學(xué)科的資源，為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)體驗。建立包含形成性和總結(jié)性評價的機制，確保學(xué)生能夠及時獲得反饋，調(diào)整學(xué)習(xí)策略。

（二）“四級聯(lián)動”，思政引領(lǐng)，多維度評估教學(xué)育人目標(biāo)

在融合“五育并舉、雙環(huán)協(xié)同”的主題下，智能技術(shù)的應(yīng)用不僅限于單一學(xué)科的教學(xué)輔助，更在于構(gòu)建一個社會、學(xué)校、學(xué)院、系部等“四級聯(lián)動”的全面評估和反饋機制，以促進學(xué)生在德育、智育、體育、美育、勞育各方面都得到均衡發(fā)展。通過“四級聯(lián)動”評估反饋機制，教師能夠?qū)崟r監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)進度，這不僅包括知識的掌握程度，還涵蓋學(xué)生的情感態(tài)度、學(xué)習(xí)習(xí)慣和創(chuàng)新能力等多維度表現(xiàn)。這樣的系統(tǒng)能夠及時捕捉學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)，為教師提供數(shù)據(jù)支持，從而更精準(zhǔn)地調(diào)整教學(xué)策略，實現(xiàn)個性化教學(xué)。同時，學(xué)生的反饋也通過智能系統(tǒng)得到有效收集與分析，這些反饋不僅涉及學(xué)習(xí)內(nèi)容的難易程度，還包括教學(xué)方法的適宜性、學(xué)習(xí)環(huán)境的舒適度等，為課程內(nèi)容和教學(xué)方法的改進提供依據(jù)。這種基于數(shù)據(jù)的雙向互動，不僅提升了教學(xué)的針對性和有效性，也促進了學(xué)生的主動參與和自我反思，是實現(xiàn)“五育并舉、雙環(huán)協(xié)同”教育目標(biāo)的重要手段。

（三）“五育并舉”，特色鮮明，全方位打造智慧課程品牌

本研究所涉及的智能技術(shù)還能幫助地球物理學(xué)專業(yè)教學(xué)團隊在教學(xué)過程中更好地實現(xiàn)德育、智育、體育、美育和勞育的有機融合。例如，通過虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)，學(xué)生可以在模擬環(huán)境中體驗勞動教育；通過數(shù)據(jù)分析工具，教師可以評估學(xué)生在體育活動中的表現(xiàn)，從而有針對性地指導(dǎo)學(xué)生提高身體素質(zhì)。在美育方面，智能工具可以輔助學(xué)生創(chuàng)作藝術(shù)作品，并提供個性化的創(chuàng)作建議。

綜上所述，智能技術(shù)在地球物理學(xué)專業(yè)的應(yīng)用，不僅改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，更為實現(xiàn)“五育并舉、雙環(huán)協(xié)同”的教育目標(biāo)提供了強有力的支持（見下圖）。通過構(gòu)建持續(xù)評估和反饋機制，智能技術(shù)使教育更加個性化、精準(zhǔn)化，有助于培養(yǎng)全面發(fā)展的人才，全方位打造地球物理學(xué)專業(yè)智慧課程品牌。

結(jié)語

隨著智能技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)與教育的深度融合不僅是國家新技術(shù)、新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的現(xiàn)實需要，也是高校地球科學(xué)教育改革發(fā)展的重要途徑。本研究所設(shè)計的智能技術(shù)支持下地球物理學(xué)專業(yè)多元的育人模式將最新的智能技術(shù)融入地球物理學(xué)專業(yè)教學(xué)活動與人才培養(yǎng)全過程，更加注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實踐能力和團隊協(xié)作精神，能夠為其他高校地球物理學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)提供理論借鑒和參考，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻：

［1］孫海榮.高等教育賦能新質(zhì)生產(chǎn)力的內(nèi)在機理與實踐路徑研究［J］.科技風(fēng)，2024（30）：151153.

［2］王鵬.元宇宙賦能高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育：內(nèi)在機理與實踐路徑［J］.高等工程教育研究，2023（3）：155160.

［3］張華，肖昆，盛書中，等.地方高校產(chǎn)教融合下多元協(xié)同育人模式構(gòu)建與實踐：以地球物理學(xué)專業(yè)為例［J］.高教學(xué)刊，2024，10（18）：171174.

［4］譚萍，姜紀(jì)沂，孫珍軍.以建設(shè)國家級一流本科專業(yè)為目標(biāo)的改革探索：以防災(zāi)科技學(xué)院地球物理學(xué)專業(yè)為例［J］.教育教學(xué)論壇，2023（14）：101104.

基金項目：2024年度東華理工大學(xué)校級教育科學(xué)規(guī)劃課題“智能技術(shù)支持下地球物理學(xué)專業(yè)‘五育并舉、雙環(huán)協(xié)同’育人模式構(gòu)建與實踐”（24XYB07）；2024年度東華理工大學(xué)實踐教學(xué)類建設(shè)項目“地球物理學(xué)專業(yè)地學(xué)大數(shù)據(jù)及人工智能綜合教學(xué)實踐基地”（HDJD202402）；2022年度東華理工大學(xué)校級教學(xué)改革研究課題“以算法思維和實踐能力提高為目標(biāo)的《計算方法》課程教學(xué)方法研究”（DHJG2219）；2023年度江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究省級課題“面向地球物理勘探類課程的‘對分課堂+PBL’教學(xué)模式的實現(xiàn)途徑研究”（JXJG23618）

作者簡介：趙斐宇（1988— ），男，漢族，甘肅武威人，博士研究生，講師，主要從事地球物理學(xué)專業(yè)方向的教學(xué)與研究。