“虛、實一體化”教學體系的探索

陳青 譚先鋒 況昊 王佳 李小剛 王拓

摘要：構造地質學因地質構造現象復雜多樣，在實驗室難以重現，造成教學中理論和實踐的脫節，使學生很難將所學知識與各種復雜的客觀構造現象融會貫通。本文介紹了運用虛擬仿真技術和構造模擬裝置，構建構造地質學“虛、實一體化”教學體系的建設內容和實施途徑，從而達到提升學生學習效果，提高地質實踐基本技能和地質空間思維能力的目的。

關鍵詞：虛、實一體化；構造地質學；實踐教學

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

“構造地質學”是地質學的三大支柱學科之一，也是固體地球科學及地質類專業的一門專業基礎課。“構造地質學”主要研究組成巖石圈的各種地質體的形態、變形構造作用的成因機制，及其相互影響、時空分布和演化規律。然而，賦存于地下、經歷了漫長地質歷史的地質體的形成過程看不見、摸不著，在實驗室環境中難以再現，并且復雜的地質作用和礦產賦存狀態在真實實驗中也無法重復，導致該課程具有抽象性強、系統性強和實踐性強的特點。因此，學生很難將所學知識與各種復雜的客觀構造現象融會貫通，出現理論知識與野外實踐的脫節。當前的教學實踐表明[1-6]，培養學生對地質構造的感性認識，必須理論聯系實際，加強實踐能力鍛煉。實踐教學是高校培養學生創新精神和實踐能力的重要教學環節，是促進學生知識、能力、素質協調發展的重要途徑和手段[7，8]。因此，如何建立一套相互有聯系、一體化的實踐教學資源，將理論教學與實踐教學有機聯系在一起，培養學生的地質思維和地質技能，成為亟待解決的問題。

一、“構造地質學”課程“虛、實一體化”教學理念的內涵

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

二、“構造地質學”中“虛、實一體化”教學體系建設內容

以多年教學過程中積累的各種構造現象的圖片、動畫和錄像等教學資源為基礎，配合相應的實驗室軟、硬件設備，構建作為理論教學與實踐教學之間過渡橋梁的虛擬仿真軟件，再現地質構造的形成與演化過程，從而形成“虛、實”結合的一體化課程資源。

1.構造地質學理論教學數字化課程資源包建設。理論教學的數字化課程資源包括多媒體、動畫視頻、全國各主要地區構造圖件、典型構造的地質模型、野外地質實例圖片等。將各類資源按教學內容和知識點分單元整理和歸納，不僅為虛擬技術的實現提供了基礎素材，而且也更便于授課過程中靈活、快速地展現出各類地質構造現象。

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

3.構造地質學實踐教學中虛擬仿真軟件建設。在構造地質學理論教學數字化課程資源包建設的基礎上，對于賦存于地下的地質體，自主設計計算機模擬程序，展現地質結構的三維空間立體模型，演示其構造運動。將虛擬的地質結構應用于教學中，不僅有利于學生對地質現象建立立體空間概念，也使學生對地質歷史的演化過程能有更深刻的理解。

三、“構造地質學”中“虛、實一體化”實踐教學體系實施途徑

1.文獻研究及現狀分析。對不同高校構造地質學課程的教學體系進行深入的文獻調研，總結各大高校理論教學與實踐教學環節中存在的問題、學生在學習過程中面臨的困難，以及相關的改革措施，重點分析各高校教學改革方法、標準及實用性。同時，分析我校構造地質學課程群教學環節和教學資源現狀，尤其是野外實踐環節存在的問題和困難，與國內同類地質院校構造地質學課程設置進行對比，總結經驗，取長補短。

2.自主開發模擬程序。利用現有教學資源的軟、硬件條件，針對構造地質學教學過程中的薄弱環節，尤其是理論與實際不能很好結合的構造現象，自主設計計算機虛擬成像程序和構造物理模型試驗過程。

3.實踐應用、反饋和修正。將整合的教學資源和新開發的模擬程序應用于理論課及實踐課的教學過程中，編制新的構造地質學實驗項目，選擇試點班，綜合開展新教學方式的實踐。同時，根據問卷調查的反饋意見，對存在漏洞、效果不佳的實驗項目進行調整，以此推動“虛、實一體化”教學資源建設的順利進行。

四、結語

“虛、實一體化”實踐教學體系可改善“構造地質學”課程的傳統教學模式，根據教學內容的特殊性，實現復雜地質構造的計算機虛擬成像，以及地質構造過程的室內微型化再現，從而達到虛實結合、理論與實驗有效銜接與互補的目的，使學生真正理解并掌握基本地質構造的形態、分類、組合形式和形成機制，及各種地質構造的觀察描述和研究方法，最終提高地質實踐基本技能和地質空間思維能力。

參考文獻：

[1]屈爭輝，姜波，等.“構造地質學”課程兩難問題的三維呈現[J].中國地質教育，2016，（2）：44-48.

[2]顏丹平，趙志丹，等.中國地質大學（北京）地質學實踐教學理念凝練與教學體系構建[J].中國地質教育，2015，（4）：31-34.

[3]張長厚，王根厚.“構造地質學”課程教學中的研究與拓展性學習[J].中國地質教育，2015，（4）：13-16.

[4]夏玉成.工科構造地質學教學改革探索與實踐[J].中國地質教育，2006，（1）：110-112.

[5]李理，戴俊生，等.構造地質學課程教改的探索和實踐[J].石油教育，2006，（5）：70-75.

[6]羅金海，于在平，周鼎武.理論聯系實際 深化“構造地質學”教學改革[J].高等理科教育，2004，（3）：75-77.

[7]黃潤秋，許強，等.重視實踐教學，培養地質工程創新人才[J].中國地質教育，2008，（4）：17-21.

[8]王根厚，顏丹平，陳家瑋.“一三五”地質類專業本科人才培養體系構建與實踐[J].中國大學教學，2016，（1）：44-47.

[9]孫兵.基于虛實一體化理念培養高職生職業技能素質[J].南通紡織職業技術學院學報（綜合版），2009，9（3）：80-83.

[10]劉財，杜曉娟，等.地質資源立體探測虛擬仿真實驗教學中心建設的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2014，31（10）：1-9.