土木工程專業工程地質實驗課教學改革與探索

蔣裕豐，牛龍龍 （南京工程學院，江蘇 南京 211167）

1 工程地質實驗教學現狀

非地質專業的工程地質學實驗教學內容主要包括造巖礦物和三大類巖石的鑒別與認識。傳統的實驗教學包括礦物和巖石樣本的觀察和講解，有條件的學校會安排野外地質實習。其中室內實驗課教學，通常安排學生自由觀察礦物及巖石樣本，學生缺少思考過程，對礦物及巖石的特征及區分點掌握不夠深刻。另外實驗過程僅為觀察，過程相對枯燥單調、趣味性不強，學生容易失去學習興趣，存在實驗課不認真、學習主觀能動性不強等現象。野外地質實習教學，除了經費上開銷較大，安全問題也非常重要。同時，野外教學條件較差，雖然可結合實物進行地質講解，提高學生學習興趣，但同樣存在學生光顧著游覽，而未能認真進行地質學習的現象。

近年來，教育部明確提出，“應提升大學生的學業挑戰度，激發學生的學習動力和專業興趣。同時要明確專業課程的育人要素和責任，推動制定‘課程思政’教學設計，真正做到教書育人，逐漸樹立起價值塑造、能力提升、知識傳授三位一體的教學目標。”對于工程地質學專業課而言，如何在其實驗課教學中合理設計與安排教學環節，以及如何在傳授知識的同時，提升學生學習興趣，引導學生弘揚中國匠人精神與文化、扎根土木工程、立志為祖國建設貢獻自己的力量，顯得尤為重要。由于之前疫情的影響，導致部分時段高校停課，野外地質實習等需要外出的課程基本處于停滯狀態。因此，有必要對工程地質實驗教學環節進行重新設計，在保證教學質量與安全、不增加教學成本的同時，改善教學質量。目前已有部分高校對此進行了探索，比如線上實驗教學的開展、實驗3D模型平臺的建立等，但目前仍存在投入較大、教學成本過高、平臺建立周期較長等問題。因此，此次疫情也給我們重新思考和探索工程地質實驗的改革提供了契機，怎樣充分利用現有教學條件來合理設計教學環節、多角度提升教學質量、兼顧課程思政。

2 工程地質實驗教學新模式的探索

在疫情背景下，野外實踐課程已經基本取消。因此，在考慮小班化教學的前提下，將實驗教學的多媒體環節、動手實操環節及課程思政環節相結合，多維度開展實驗教學活動，全方位提高教學質量，提高學生學習興趣。同時該實驗教學思路同樣可以用于常態化教育下部分高校因經費不足而無法開展野外實踐課程時的實驗課程優化設計，以確保工程地質實驗教學的質量。

2.1 實驗教學多媒體環節探索

多媒體教學一直是實驗教學的重要手段，受疫情影響，許多原有的實驗操作、樣本觀察、理論分析、野外觀察都可以提前通過多媒體向同學展示，為同學加深理論知識印象、提供最為直觀的展示。

2.1.1 PPT多角度展示

通過礦物學與巖石學的理論梳理，重點突出礦物的各項特征，包括其外形特征、光學特征、物理力學特征等，并重點突出三大類巖石分類及結構、構造特征等。利用圖片、GIF、小視頻等多媒體信息，結合不同特征講解，加深學生理論學習印象，初步了解各種礦物、巖石的外觀特征等。例如巖鹽礦物的立方體結構及其原子空間結構，沉積巖的動態形成過程及外部構造等。

2.1.2 優秀紀錄片教學

目前專門講述礦物及巖石的優秀紀錄片較少，通過篩選，最終選擇了英國BBC 出品的紀錄片《巖石學者》，該紀錄片第一集通過講述地質學之父赫頓巖石理論的形成，為大家展示了一個200 多年前科學家對巖石形成等地質科學問題的研究與探索，直觀的了解沉積巖、巖漿巖形成理論的發展及其證明過程。優秀紀錄片教學可以為學生打開新的學習大門，通過展示更為宏大廣闊的世界地質學研究進程，激發學生學習工程地質學的興趣和熱情。

二是“糧食銀行”利息的負擔。合作社給農民發糧食儲藏利息，增加了收購成本，但也避免了合作社從銀行貸款收購糧食的利息負擔。普通稻谷兩者大體可以持平，優質稻谷支出要更多一些，而多出的差額，可以通過優質稻米的高價格得到彌補。

2.1.3 野外地質認識實錄教學

疫情影響下，學生外出開展野外地質認識實習的課程內容基本取消，但實地考察和實物觀察在工程地質學上仍是非常重要的教學環節。因此，采取較為折中的辦法，即開展野外地質認識實錄教學，也就是教師前往相關地質特征明顯的野外，通過視頻、照片的方式，記錄野外巖石等地質情況，結合講解，向學生展示，間接達到實地考察與實物觀察的效果。形式上可以采用學生較為樂于接受的網絡直播、視頻會議、課堂互動等手段。學習手段較為新穎，能更好的激發學生野外地質線上學習的興趣。

例如學校臨近的方山，作為南京地區著名的死火山之一，擁有豐富的巖漿巖樣本供觀摩學習，例如氣孔狀玄武巖。可以通過教師單人前往拍攝講解，通過網絡直播等多種形式為同學們開展在線野外地質實習。經過實踐，該教學方法激發了同學的學習興趣，網絡直播參與度較高、學習效果良好。

2.2 實驗教學動手實操環節探索

設計有趣的實驗動手實操環節，可以激發學生的動手興趣，通過實際操作，更為全面、扎實的掌握礦物及巖石的相關特征知識。

2.2.1 常見礦物及巖石鑒別比賽

設計常見的10 種礦物及10 種巖石的鑒別比賽，將參加實驗的學生分為2組，分別領取常見的5 種礦物及5 種巖石。

每組限時20 min 進行礦物及巖石鑒別，20 min 結束后，兩組交換樣品繼續鑒定；40min 結束后，對兩組礦物及巖石鑒定結果進行評比，鑒定準確數多的一組獲勝；隨后對10 種礦物及10 種巖石進行詳細講解，結合其鑒別特征，加深相關理論學習，掌握常見礦物巖石的鑒別方法。

2.2.2 不常見礦物及巖石觀察與描述

分兩組觀察和描述不常見礦物及巖石，各選取5 種礦物及5 種巖石，告知礦物及巖石名稱，觀察其特征并記錄在實驗表格中。

每組限時20 min 進行礦物及巖石觀察和描述，20 min 結束后，兩組交換樣品繼續觀察；最后對所有礦物和巖石進行講解。

2.3 實驗教學課程思政環節探索

工程地質研究的內容與人類居住的地球息息相關。作為教師，在教授相關地學知識的同時，還要發揮其他育人的作用，將課程思政引入實驗教學中，培養學生熱愛專業、民族自豪、報效祖國的信念，增強學生的文化自信和價值認同，展現我國作為一個建筑大國的雄厚實力，激發同學們的學習熱情和專業自豪感。

2.3.1 愛國情懷，文化融入

我國地大物博，錦繡河山。工程地質學的特點決定了該課程與祖國大自然密切相關。我國典型的地質與地貌現象分布廣泛，利用巖石風化特性的石窟雕像也比比皆是，將考察收集到的素材通過小視頻和課件運用于課堂教學中，效果非常直觀、有效，可以激發學生的愛國情懷以及對中華民族文化的認同感。例如嵩山書冊崖是石英巖地貌的標志性景觀之一，十八億年前，嵩山發生了一次強烈的造山運動——中岳運動，石英砂巖經變質作用成為石英巖，原本近水平狀的巖層經褶皺在此處變為直立狀，貌似一本即將打開的地質史書，故取名書冊崖。又或是洛陽龍門石窟，其雕塑形狀各異、栩栩如生，其石質為玄武系石灰巖和白云巖，石料非常細膩，特別適宜雕刻精細的花紋，且不易風化。

2.3.2 名人事跡

在授課中，還可通過名人的故事（如地理學家徐霞客的有關事跡），讓同學們在學習徐霞客精神的同時獲取知識，印象深刻。

徐霞客是世界上考察喀斯特地貌的杰出先驅，比從事同類科考研究的歐洲地理學家還要早。徐霞客曾多次考察距西湖不遠處飛來峰“石芽”的生長狀況，他準確地描述了石灰巖溶洞發育及其形態特征，以及巖石的風化狀況。徐霞客這種實事求是、不畏艱險、科學探索、一絲不茍的精神，給后人留下了寶貴的精神財富和科學考察的第一手資料。

3 結語

土木工程專業地質類課程較少，開展實驗教學有助于鞏固工程地質學的理論知識，促進學生更深入更直觀了解和認識礦物及巖石的特征。本文就疫情背景下，土木工程專業工程地質學實驗教學的現狀進行了分析和思考，綜合考慮疫情期間不便開展野外實踐教學的現狀，針對傳統實驗教學存在的問題，以激發學生學習興趣為目的，從教學模式的探索、教學環節的設計、課程思政等方面提出了一些改進方法和手段。在不增加大量教學資金的前提下，保證教學質量、提高教學水平，以期給相近專業開設工程地質學實驗課提供新的思路，為社會培養全面發展的高素質人才。