運用在線數字博物館資源進行古生物學線上教學的體會

劉樂

（中國礦業大學（北京） 地球科學與測繪工程學院，北京 100083）

古生物學是研究地質歷史時期的生物界及其發展的科學，而化石是古生物學的研究對象。化石是保存在巖層中的地質歷史時期的生物，其遺體、遺跡或與其相關的有機分子殘留[1]。能夠保存為化石的古生物只是地球上曾經生活過的生物中極小的一部分，而人們發現的化石又是所有得以保存的全部化石中的一小部分；化石在發掘和采集過程中也有潛在的損壞可能，因而化石是非常珍貴的資源。在古生物學課程的教學過程中通常需要設立相應的實驗課時用于對化石標本進行觀察。但通常而言，實驗課時對于教學任務而言相對緊張，而教學用化石標本經過多年來的“代代相傳”，普遍存在不同程度的磨蝕、損耗，難免存在關鍵特征不清晰、不完備、不典型等狀況。在有限的實驗課內，學生經常難以認識清楚古生物的形態結構，進而影響到其對化石的鑒定及在實習實踐環節中運用課上所學知識的能力。受新冠肺炎疫情的影響，一部分課程不得不轉入完全線上教學或線上線下教學相結合的模式，學生的實驗課及野外實習化石采集等教學環節都受到了不同程度的壓縮，如何在這種學生無法長時間接觸觀察化石實體的情況下形象生動地展示課程內容成了需要解決的重要問題。

另一方面，我國是古生物化石大國，遼闊的國土、豐富的地質資源蘊藏著諸多珍貴的古生物化石，如震驚世界的寒武紀澄江生物群化石、獨具特色的晚古生代華夏植物群化石等[2]。全國各主要城市的自然博物館作為重要的科普教學基地，其中收藏有大量精美的化石藏品。此外，我國古生物學研究水平位于世界前列，各高校、研究所等科研機構設立的博物館，如北京大學地質陳列館和中國科學院古脊椎動物與古人類研究所博物館的化石標本也廣泛地被用于教學和科普工作。近年來我國亦新建大量非公立博物館，也在古生物化石的收藏、展示及科普方面發揮了獨特的作用。截至2018年，我國已有5 354家博物館登記在冊[3]，充分利用這些博物館的館藏資源，對于提升古生物學課程的教學質量有重要價值。隨著網絡、大數據、3D 技術、人工智能的不斷發展，具有網絡化、智能化特征的數字化博物館獲得了全新的傳播媒介[4]，從而更具趣味性、個性化、開放性和互動性[5]，古生物博物館的應用和科普服務功能也得到了空前的強化：國內眾多博物館基于移動端平臺，建立了微信科普公眾號、小程序[6]，并運用社交媒體實現對古生物科普教育的潛在受眾群體的差別化精準推送[7]；一些國外的博物館提供了大量藏品的高清圖片及古生物教學課件、影片的線上訪問接口，這為古生物學課程的課堂教學及課外補充學習提供了良好的素材。此外，眾多博物館致力于推動數字化、信息化建設，提供了數字化3D 模型[8]、場景仿真模擬器、虛擬現實（VR）、混合現實（MR）及增強現實（AR）平臺[9-10]，這些新技術的運用在極大地擴展博物館的教育功能的同時，也有效增加了觀賞博物館藏品的趣味性，對激發學生的興趣、調動學生學習積極性有重要的作用，如基于場景仿真模擬器制作的各種植被景觀復原圖[11]。

筆者從事古生物學教學工作以來，堅持嘗試運用在線數字博物館資源對古生物學課程教學工作持續改進，在近兩年的教學工作中取得了良好效果。現將其作為案例進行簡要分析。

1 方法及數據

中國礦業大學（北京）地質類專業基礎課《地層古生物學》面向二年級資源勘查工程、地質工程及地下水資源科學專業本科生開設。課程前半部分涉及古生物學相關知識，包括大量史前生物化石的外部形態和內部結構，設置11 次理論課和5 次實驗課，共計32 學時。在往年的實驗課教學中，學生需要在每次2 學時的實驗課中完成化石手標本的鑒定、素描、形態結構描述等作業任務，往往時間不足而需要在課后完成，影響了對標本的觀察效果。因新冠肺炎疫情原因，2019-2020 學年春季學期及2020-2021 學年春季學期的授課分別采用了全線上及部分線上教學的模式，就此我們結合國內外一些博物館的數字化館藏資源，采用課堂或騰訊會議平臺PPT 教學（見圖1），并借助微信課程群發送這些網絡資源給學生，組織師生討論互動以鞏固所學知識，教學內容涵蓋了古無脊椎動物、古脊椎動物和古植物等多方面知識點，學生反映效果很好。

圖1 結合國外博物館數字化藏品的雙語教學PPT

筆者對近兩年的《地層古生物學》試卷學生作答情況進行了分析。將《地層古生物學》課程教學目標依據涉及知識內容，拆分為四個指標點：

（1）明確古生物學的定義，掌握古生物學基礎理論和基本概念、應用和方法，熟悉化石的保存類型、古生物分類命名原則。

（2）熟悉古生物各主要大類的一般特征、分類、生態、演化及地史分布，熟悉常見化石代表、特征及其應用價值及范圍。

（3）熟悉地層學的定義、研究內容和任務，掌握地層學基本概念和理論，掌握地層劃分、對比的方法，了解地質年代學、沉積巖相和古地理、歷史構造分析的基礎理論。

（4）熟悉各地質斷代時代及其地層發育類型和時空分布特點，重點掌握我國地層的分布和發育規律，以及生物化石、沉積相和古地理特征，熟悉我國能源礦產分布的地層學特征與規律。掌握我國地史學的基本特點和分析方法。

涉及對化石形態結構特征掌握的知識點主要對應課程教學目標的指標點2，往年主要通過課堂講授結合實驗課觀察的方式開展教學，并基于學期末結課考試中的相關題目，結合實驗課完成報告的方式對學生掌握情況予以考核。在2019-2020 學年春季學期及2020-2021 學年春季學期，常規的教學進程受到新冠肺炎疫情影響而被調整，前述的課堂及實驗室教學環節都不同程度地被線上教學所替代。但由于教學大綱限定，這兩個學期的課程考核方式仍維持不變。將這兩個學期的實驗課報告及期末考試試卷按其中題目所對應的指標點進行拆分，所得成績分布如表1、表2所示。

表1 2019-2020 學年春季學期《地層古生物學》成績構成與教學目標對應關系

表2 2020-2021 學年春季學期《地層古生物學》成績構成與教學目標對應關系

基于上述成績構成關系，我們將學生的成績表現予以拆分，其中涉及到指標點（2），即對化石形態結構特征知識點的掌握情況，繪制散點圖進行統計，如圖2、圖3所示。

圖2 2019-2020 學年春季學期《地層古生物學》教學目標指標點（2）達成度分析散點圖

圖3 2020-2021 學年春季學期《地層古生物學》教學目標指標點（2）達成度分析散點圖

2020 及2021年度《地層古生物學》課程教學任務因受新冠肺炎疫情影響，分別采取了全面線上和線上線下混合教學模式，就線下課堂教學效果來看，大多數學生都能夠認真聽講并對本課程表現出較為濃厚的學習興趣。在實驗課課時經過壓縮、調整之后，學生對古生物不同類群的形態、結構特征能有較為清晰和完備的認識，達到了預期的教學目標。

2 結語

對于運用博物館數字資源開展線上教學，筆者主張利用網絡資源，彌補實驗課時的不足。古生物學很大程度上是基于對化石標本的觀察描述進行教學的，網絡教學過程中學生無法如平時實驗課一樣近距離接觸形形色色的化石，這就更需要運用豐富的網絡資源來為學生建立對各門類古生物形態結構形象的認識。通過運用國內外的數字化博物館和古生物學數據庫收藏的大量保存完好、特征清晰的化石的高清晰度照片，結合動態視頻、模擬器及3D 技術等，在課程教學中加入大量這樣的素材，可以為聽課學生建立起不亞于實驗課肉眼觀察的視覺體驗，從而更好地理解所講授的內容；在課外結合微信、微博科普公眾號等社交媒體平臺，能夠使學生在線上教學中有足夠的興趣并在課時中吸收足量的知識，達成教學目標。