“虛、實一體化”教學(xué)體系的探索

陳青 譚先鋒 況昊 王佳 李小剛 王拓

摘要：構(gòu)造地質(zhì)學(xué)因地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象復(fù)雜多樣，在實驗室難以重現(xiàn)，造成教學(xué)中理論和實踐的脫節(jié)，使學(xué)生很難將所學(xué)知識與各種復(fù)雜的客觀構(gòu)造現(xiàn)象融會貫通。本文介紹了運用虛擬仿真技術(shù)和構(gòu)造模擬裝置，構(gòu)建構(gòu)造地質(zhì)學(xué)“虛、實一體化”教學(xué)體系的建設(shè)內(nèi)容和實施途徑，從而達到提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果，提高地質(zhì)實踐基本技能和地質(zhì)空間思維能力的目的。

關(guān)鍵詞：虛、實一體化；構(gòu)造地質(zhì)學(xué)；實踐教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）09-0267-02

序言

“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”是地質(zhì)學(xué)的三大支柱學(xué)科之一，也是固體地球科學(xué)及地質(zhì)類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”主要研究組成巖石圈的各種地質(zhì)體的形態(tài)、變形構(gòu)造作用的成因機制，及其相互影響、時空分布和演化規(guī)律。然而，賦存于地下、經(jīng)歷了漫長地質(zhì)歷史的地質(zhì)體的形成過程看不見、摸不著，在實驗室環(huán)境中難以再現(xiàn)，并且復(fù)雜的地質(zhì)作用和礦產(chǎn)賦存狀態(tài)在真實實驗中也無法重復(fù)，導(dǎo)致該課程具有抽象性強、系統(tǒng)性強和實踐性強的特點。因此，學(xué)生很難將所學(xué)知識與各種復(fù)雜的客觀構(gòu)造現(xiàn)象融會貫通，出現(xiàn)理論知識與野外實踐的脫節(jié)。當前的教學(xué)實踐表明[1-6]，培養(yǎng)學(xué)生對地質(zhì)構(gòu)造的感性認識，必須理論聯(lián)系實際，加強實踐能力鍛煉。實踐教學(xué)是高校培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是促進學(xué)生知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要途徑和手段[7，8]。因此，如何建立一套相互有聯(lián)系、一體化的實踐教學(xué)資源，將理論教學(xué)與實踐教學(xué)有機聯(lián)系在一起，培養(yǎng)學(xué)生的地質(zhì)思維和地質(zhì)技能，成為亟待解決的問題。

一、“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程“虛、實一體化”教學(xué)理念的內(nèi)涵

“虛、實一體化”教學(xué)模式是以虛擬仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，運用計算機對實景進行仿真和模擬，從而提高學(xué)生對抽象概念的理解和掌握，更靈活、自由地開展教學(xué)活動[9]。在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課程教學(xué)實踐中，引入“虛、實一體化”的概念，即是利用計算機模擬技術(shù)，虛擬地下條件變化情況下可能產(chǎn)生的地質(zhì)構(gòu)造，使學(xué)生對看不見、摸不著的地下地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生直觀認識[10]；同時，利用構(gòu)造物理模擬裝置，再現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造形成演化過程，強化學(xué)生的理解和認識，達到野外地質(zhì)實踐體系與理論課程相結(jié)合的目的。這一教學(xué)模式以計算機虛擬成像和室內(nèi)微型化再現(xiàn)為依托，合理有效地運動現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)手段，在“靜”的基礎(chǔ)上，增加“動”的情景再現(xiàn)，重現(xiàn)斷層、褶皺等構(gòu)造的形成過程，從而彌補學(xué)習(xí)環(huán)境和實踐手段的不足[10]。

二、“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”中“虛、實一體化”教學(xué)體系建設(shè)內(nèi)容

以多年教學(xué)過程中積累的各種構(gòu)造現(xiàn)象的圖片、動畫和錄像等教學(xué)資源為基礎(chǔ)，配合相應(yīng)的實驗室軟、硬件設(shè)備，構(gòu)建作為理論教學(xué)與實踐教學(xué)之間過渡橋梁的虛擬仿真軟件，再現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造的形成與演化過程，從而形成“虛、實”結(jié)合的一體化課程資源。

1.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)理論教學(xué)數(shù)字化課程資源包建設(shè)。理論教學(xué)的數(shù)字化課程資源包括多媒體、動畫視頻、全國各主要地區(qū)構(gòu)造圖件、典型構(gòu)造的地質(zhì)模型、野外地質(zhì)實例圖片等。將各類資源按教學(xué)內(nèi)容和知識點分單元整理和歸納，不僅為虛擬技術(shù)的實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)素材，而且也更便于授課過程中靈活、快速地展現(xiàn)出各類地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象。

2.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)實踐教學(xué)的構(gòu)造物理模擬裝置建設(shè)。為保證教學(xué)的更好進行，我院構(gòu)造地質(zhì)實驗室購置了一套構(gòu)造物理模擬裝置，它可通過模擬構(gòu)造形成過程，對典型地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象如伸展、走滑、擠壓等，進行實際的室內(nèi)過程再現(xiàn)，從而實現(xiàn)對地質(zhì)構(gòu)造的成因定性和定量分析。因此該套設(shè)備的充分使用，可強化學(xué)生對抽象地質(zhì)現(xiàn)象的理解和認識，達到野外地質(zhì)實踐體系與理論課程相結(jié)合的目的。

3.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)實踐教學(xué)中虛擬仿真軟件建設(shè)。在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)理論教學(xué)數(shù)字化課程資源包建設(shè)的基礎(chǔ)上，對于賦存于地下的地質(zhì)體，自主設(shè)計計算機模擬程序，展現(xiàn)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維空間立體模型，演示其構(gòu)造運動。將虛擬的地質(zhì)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于教學(xué)中，不僅有利于學(xué)生對地質(zhì)現(xiàn)象建立立體空間概念，也使學(xué)生對地質(zhì)歷史的演化過程能有更深刻的理解。

三、“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”中“虛、實一體化”實踐教學(xué)體系實施途徑

1.文獻研究及現(xiàn)狀分析。對不同高校構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課程的教學(xué)體系進行深入的文獻調(diào)研，總結(jié)各大高校理論教學(xué)與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題、學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中面臨的困難，以及相關(guān)的改革措施，重點分析各高校教學(xué)改革方法、標準及實用性。同時，分析我校構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課程群教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)資源現(xiàn)狀，尤其是野外實踐環(huán)節(jié)存在的問題和困難，與國內(nèi)同類地質(zhì)院校構(gòu)造地質(zhì)學(xué)課程設(shè)置進行對比，總結(jié)經(jīng)驗，取長補短。

2.自主開發(fā)模擬程序。利用現(xiàn)有教學(xué)資源的軟、硬件條件，針對構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教學(xué)過程中的薄弱環(huán)節(jié)，尤其是理論與實際不能很好結(jié)合的構(gòu)造現(xiàn)象，自主設(shè)計計算機虛擬成像程序和構(gòu)造物理模型試驗過程。

3.實踐應(yīng)用、反饋和修正。將整合的教學(xué)資源和新開發(fā)的模擬程序應(yīng)用于理論課及實踐課的教學(xué)過程中，編制新的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)實驗項目，選擇試點班，綜合開展新教學(xué)方式的實踐。同時，根據(jù)問卷調(diào)查的反饋意見，對存在漏洞、效果不佳的實驗項目進行調(diào)整，以此推動“虛、實一體化”教學(xué)資源建設(shè)的順利進行。

四、結(jié)語

“虛、實一體化”實踐教學(xué)體系可改善“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特殊性，實現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的計算機虛擬成像，以及地質(zhì)構(gòu)造過程的室內(nèi)微型化再現(xiàn)，從而達到虛實結(jié)合、理論與實驗有效銜接與互補的目的，使學(xué)生真正理解并掌握基本地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)、分類、組合形式和形成機制，及各種地質(zhì)構(gòu)造的觀察描述和研究方法，最終提高地質(zhì)實踐基本技能和地質(zhì)空間思維能力。

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