“板塊-金字塔式”模型設計及其對地質構造類課程教學的靶向意義

張宏遠，梁 曉，周淑敏

1.中國地質大學（北京） 地球科學與資源學院，北京 100083；2.青海大學 地質工程系，青海 西寧 810016

一、學生成長環境的差異性分析

隨著教學條件、教學技術的發展，近年來一些高校在高等數學、大學英語、大學物理、醫學、實訓、實驗等課程中，已由傳統板書式、課堂多媒體式轉為了線上式及線下線上混合式的教學模式。不論哪一種，都各有優缺點（表1），要實現高效率教學，需要多方考慮。有識之士提出了精準把控學情的靶向教學設想[1-3]。

表1 高校教學模式類型

應當指出，不論哪一種教學方法，都應該為學生建立明確的靶向。通過精準靶向教學，才能更好地完成教學目標，培養出更優秀的人才。在疫情情況下，各課程教學的實施均面臨著培養周期縮短、班級容量相對較大、學生基礎參差不齊等現實問題。于是教師普遍借助微信、騰訊會議、超星平臺等線上平臺方式，及時發現并針對性地指導學習“困難戶”，從而把控學生學習進展。在地質構造課程領域，一些需要手把手教的技術性較強的內容，還必須借助野外教學實習（例如北戴河、周口店實踐教學）進行彌補。

為此本文提出一個構造課教學本身的合理化模塊劃分和知識分級設計方案，并探討了對教師實現因材施教的意義。

筆者承擔的大學課堂教學均進行了線上、線下混合式教學改革。此外，這項改革還延伸到了實踐教學當中。北戴河地質實踐教學授課對象是大一年級課程結束后的本科生，專業課程學習了地球科學概論；周口店地質實踐教學授課對象是大二年級課程結束后的本科生，初步具有了巖石學、礦物學、構造地質學等理論基礎。隨著教學進程的發展，筆者不斷進行在線的不記名學情問卷調查。

圖1顯示的是樣本為127人的成長環境問卷調查結果，包括測繪專業北戴河實習（大一年級后的暑期小學期）1個班、水環學院構造地質學（大二年級上學期）課程3個班。表2基于圖1的專業調查，結合課程進程，從學習基礎判定、學習興趣表現、常規內容反饋和預期四個方面做了進一步分析。因此考慮，若想實現“因材施教”，對應的地質教學設計工作也必須分層塔式展開，以做到全方位覆蓋。

表2 地質類課程本科生學情因素分析表

圖1 地質類課程本科生成長環境因素調查

二、構建課程模型

考慮全球巖石圈構造因板塊構造劃分而得以明晰闡述，那么對于一門課程而言，也可以合理進行知識板塊的劃分以便于講授。下面以構造地質學為例進行課程板塊構建。我們參照了宋鴻林[4]、Fossen[5]、Twiss和 Moores[6]、葛肖虹和馬文璞[7]、Moores和Twiss[8]、Kearey等[9]國內外經典教科書的教學知識內容重新進行了模塊化設計。

1.劃分知識板塊

將課程劃分出原生構造、脆性變形構造、韌性變形構造、區域復合構造等四個大的板塊（圖2）。所有同學都要依次學習這四個板塊。

圖2 “構造地質學”課程的知識板塊劃分方案

應當指出，各知識板塊的大小和權重是不同的。本課程按照成因劃分出原生、脆性變形、韌性變形三個教學板塊：原生構造是基礎，包括沉積巖和巖漿巖原生構造；脆性變形構造、韌性變形構造是核心、是重點，側重于野外露頭尺度；為了實現無障礙進行地質調查與研究工作，設立了區域復合構造教學板塊，這是區域填圖尺度的上層建筑。這也是講課進程中的邏輯順序。

2.構建各板塊的金字塔

各個板塊按不同深度層次加以開發，但這里不是按三明治的辦法進行劃分，而是越往高處難度越大，這就像一座金字塔。知識的難易有別，在知識板塊劃分基礎上應當建立金字塔型知識結構，以滿足不同興趣同學的需要。在課程安排過程中，可針對不同年級提出不同的要求，并逐漸提高要求。

圖3是按上述原則建立的四個板塊的知識金字塔。其中塔尖屬于優秀本科生或研究生層次學生應當掌握的知識和分析方法。

圖3 “構造地質學”課程教學設計的四個“板塊-金字塔式”模型

三、模型的實施

上述“構造地質學”課程板塊模型最早于2019年春季學期開始使用，2020年春以來用于線上教學，也因此有了統計數據。

對2020——2021年數據分析（圖4）表明，不同專業的學生學習效果有很大的不同。地球物理學專業班80分以上分布從2020年春季學期的61.54%上升為2021年春季學期的92.68%；而水文和地下水專業班80分以上分布從2020年秋季學期的72.55%上升為2021年秋季學期的87.62%。

圖4 “板塊-金字塔式”模型對不同專業的實施效果

模塊化基礎上提高教學精準度意義重大。2020年春季為純線上授課，不利于教師督促；而2020年秋季——2021年秋季為線上線下混合式教學，有利于通過面對面提高教學精準度。

大學生的學齡對于教學效果可能也有影響。地質學齡越長，同等情況下教學效果越好。比如2020年秋季學期班和2021年春季班分別屬于大二的上學期和下學期，后者學習效能更高。

此外，班容也影響教學效果。基本上是人數越少，越有利于教學。水文和地下水專業為3個自然班合講，人數為100人左右。而地球物理學專業人數在50人左右。所以，讀者也可以看出前者的教學效果提升幅度遠低于后者。

四、模型的靶向精準教學意義和可塑性分析

靶向精準教學作為一個教學理念，可以針對不同學生個體、不同的學習習慣和特點展開施教，能使學生克服畏懼心理，有計劃、有步驟的完成學習[10]。經過地質構造學科幾十年的中外融合，國內外在教學板塊方面已經相當接近。所有同學都可以通過教學板塊來把握課程的脈絡。但是，學生的基礎不同和成長環境各異決定了僅有教學板塊而沒有金字塔模型是不利于因材施教原則的。如第二部分所述，利用超星等教學平臺實現大數據的問卷采集與分析，這樣便可以發揮“板塊-金字塔式”模型因材施教、精準教學的優勢了。

教學工作必須強化學生的創造性，才能使畢業生適應未來服務國家建設的需要。創造性思維集邏輯、形象、直覺、靈感、聚合、發散等思維于一體，形成突破性、新穎性、價值獨特的成果[11]。人類并沒有經歷地質構造和礦產資源形成的自然過程。因此本課程需要不斷地歸納這套“板塊-金字塔式”模型，尤其是金字塔結構組成。

金字塔式模型的可塑性空間有點像一個摩天輪（圖5）。塔尖附近的知識更新最快，是可塑點。以前沿可塑點為中心畫圓，每學期可以按與學科研究前沿貼近程度進行可塑性改革。當然，這需要教師潛心教學，不斷進行文獻閱讀并豐富自身科研實踐，不斷地用引人入勝的講解激發學生的創造熱情，從而持續培養適應時代需要的科技創新人才。

圖5 “金字塔式”模型的可塑性“摩天輪”

當然，若讓本模型在教學工作中發揮最大作用，還需要發揮學生的主體性，比如利用翻轉課堂、虛實結合自主探索[12]、理論與實際相結合等方法。

五、結論

通過對中國地質大學（北京）構造地質學相關課程班學習環境調查，真正喜歡巖石觀察的同學占比不到60%。這一結果對“構造地質學”課程教學是有重要影響的，促使我們按照“構造地質學”課程教學工作的靶向教學要求來改進課程設計。

本文基于教學實踐，開展了“板塊-金字塔式”設計模型的探索。我們分析認為該模型以有脈絡感的知識板塊劃分為基礎，進一步建立知識金字塔，能夠實現教學的分級開展和因材施教。該模型是可塑的，尤其是可塑點——金字塔尖附近的前沿知識需要教師不斷更新。

致謝：感謝中國地質大學（北京）構造教研室顏丹平教授、王根厚教授、劉俊來教授及授課團隊其他成員的幫助；同時對吉林大學葛肖虹教授、中國科學院大學侯泉林教授、澳大利亞昆士蘭大學Gideon Rosenbaum教授等的指導深表謝忱。