大數據時代背景下普通地質學的教學改革

廖浚伶，吳凱，程溪

大數據時代背景下普通地質學的教學改革

廖浚伶1，吳凱2，程溪1

（1. 興義民族師范學院 經濟貿易學院，貴州 興義 562400；2. 貴州省黔西南州自然資源局，貴州 興義 562400）

在大數據時代，“以授為主”的傳統理論教學迎來前所未有的沖擊，對人才的培養提出新要求，普通地質學課程的教學需做出相應的改革．在分析現有教學局限性和總結其他高校經驗的基礎上，輔以近年來在普通地質學課程、相關課程以及畢業實習教學中的教學體會，提出從靈活的教學思維、科學的實習路線、虛擬實驗室的構建、任務驅動式教學以及考核方式的多樣化等方面進行教學改革．旨以激發大學生的主觀能動性，為后續專業學習打下堅實基礎．教學效果證明了改革措施的可行性和有效性，而“以學生為主動參與者，構建的實踐教學體系應不斷進行優化”的教學思維是教學改革之本．

大數據；普通地質學；實習路線；考核方式

地質學是研究地球起源及演化的科學，主要探討地球的組分、內部構造、外部特征、生物的起源與進化、各地質作用等，是基礎學科之一，其應用廣泛，知識點廣涉工科類多門學科，如交通工程、土木工程、礦山工程、環境工程、水文水利工程、城市規劃設計等[1]．地質學以“將今論古”“以古論今”解釋歷史事件、預測未來以及進行科學規劃設計，這些思維方式的掌握有利于提高大學生的素質[2-3]．因此，地質類通識課程的設置可拓展學生知識面，促進與其他學科的交叉融合發展，推進地質教育科普化的進程[1]．普通地質學作為地質學和地理學學生階梯式課程設置中的初期重要課程，在課程內容上，由4個主體部分組成[2-3]：地質學基礎知識、各種外動力地質作用、地球演化、人類社會與地質環境的關系．在課程體系結構上，普通地質學涵蓋了所有后續分支學科的知識點及研究方向，對教師的野外經驗和實踐能力，學生的理解能力和空間想象能力有較高的要求．在大數據時代，信息以井噴式涌入，沖擊著教育乃至生活中的各方面，“以授為主，以黑板為介質”的傳統教學已跟不上變化的腳步，教學思維、手段和方式面臨著改革的迫切需求．此外，因地質學知識點可分解為多個獨立的教學點，除了常規課堂教學和實習考察教學外，還可以以多媒體的方式進行演繹，上傳至數據庫中，能更好地得到傳播和推廣[4]，又具備了與大數據很好契合的優勢．

根據近年來在普通地質學課程、相關課程以及畢業實習教學中的教學體會，分析大數據背景下普通地質學課程教學所面臨的挑戰和機遇，以2017級人文地理與城鄉規劃專業的學生為初步改革對象，提出如何進行普通地質學課程的教學改革．

1　課程改革

1.1　改革“重理論，輕實踐”的思維方式

地質學中的內力地質作用和外力作用類型與特征、地質災害、地質構造、水文地質等，以地質奇觀展現大自然獨有的魅力．然而，地質學的理論深奧、抽象，僅靠側重于基本理論和知識點，以黑板為介質的傳統教學，沒有野外現象這個重要載體，學生學習比較吃力．呆板的課堂教育或減少野外實習課很可能導致學生囫圇吞棗或不求甚解．而實踐教學是以野外的實習方式，將基本的地質概念結合地質現象，加深學生對課堂內容的理解，是一種以學生本位出發，創新人才培養模式，能很好地提高學生自主學習能力和解決分析問題的能力[5]．在普通地質學的野外實習中，應安排實踐常用知識點教學，包括羅盤的使用，地形和地質圖的解圖和定點，巖石類型的認識等．

1.2　建立地方特色的實習教學路線

在漫長的地質時期，內力和外力地質作用下遺留的地質自然遺產由于巖石基礎、古地理條件、大地構造、水文地質作用等因素不同，造就了區域間地質遺跡的千差萬別．在普通地質學野外實習路線設置中，盡可能做到對地質資源類型的熟悉，設計出既能涵蓋地質遺跡的多種類型，又能高效利用時間的科學實習教學路線．如興義國家地質公園被國土資源部評為第四批國土資源科普基地之一，可作為基礎地質實習基地，其由三疊峰林園區、泥凼石林園區和烏沙貴州龍園區組成，以喀斯特地貌景觀和海生爬行動物化石組合為中心內容．前者主要講述喀斯特景觀地貌，后者主要介紹興義動物群中的貴州龍化石（中國學者首次命名的三疊系海生爬行動物類化石[6]）．聯系貴州興義的地方特色，根據路程、方向、地質自然遺產的精品內容，可分為南北向的地貌景觀線路和東西向的三疊系古生物化石線路：路線1．興義市區→馬嶺河峽谷→納灰西峰林→洼地→敬南的南峰林→敬南大型溶洞→泥凼石林→三疊系巖相變化（淺海斜坡-深海盆地）．路線2．貴州龍博物館（頂效綠蔭村，貴州龍的最早發現地[7]）和烏沙國家地質博物館．其中，路線1為精品路線（見圖1），內容豐富，囊括了不同種類的巖石（馬嶺河峽谷楊柳井組白云巖、納灰的壟頭組泥晶灰巖、泥凼以南的邊陽組砂頁巖）、喀斯特的多種類型（塔狀、錐狀、針狀喀斯特）、多樣的地貌景觀（深切峽谷、納灰落水洞、峰林盆地、峰叢洼地、溶洞、石林）、三疊系海洋碳酸鹽的巖相變化與沉積環境變化（淺海斜坡-深海盆地）4個主題．實踐型教學以精品實習教學路線為內容，讓學生走出課堂，改變了填鴨式的理論教學．教學內容變得生動、直觀、更易理解．與此同時，實習路線的設定也對教師的專業素養提出了更高的要求．在師生之間的交互中，深化師生的專業技能．

圖1　精品實習路線

1.3　建立虛擬實驗室

實驗教學在高等教育中具有重要作用，作為實踐驗證理論的研究平臺，培養學生動手能力和創新思維等綜合素質的載體，是教育從談理論到培養實踐能力轉型的有效途徑之一[8]．而虛擬實驗室的構建則是信息和通信技術以跨界融合推動實驗教學的創新改革[9]．其突破了實驗室建設成本高、重復構建、資源封閉及地域空間制約的缺點，是大數據時代下教學創新的產物之一，可很好地實現資源共享和配置優化．

1.3.1教學平臺的構建設立載物臺（礦物和巖石、相應的硬度計、HCI溶液等）、巖石頁面、標本櫥窗以及展示板．其展示內容涵蓋地球起源、地質災害、巖石樣本、各內力和外力地質作用下形成的地貌、各種巖石和礦物、無脊椎和脊椎動物化石、化石的CT重構圖以及地質構造圖等．在這個虛擬實驗室中，模擬實驗可達到儀器共享，實現與世界博物館以及各行業之間的資源共享，打破資源封閉的壁壘，可有效規避高昂設備的資源浪費[10]216．

1.3.2教學終端的構建生活中常用微信或微博等網絡平臺，但憑借這些網絡平臺不能很好地顯示教學材料，無法滿足教學互動及實現一對多的形式，更不允許歷屆學生的累積性加入．信息的大量涌入向傳統教學提出了挑戰，單一文字表述、填鴨式的教學面對大數據時代的高速發展顯示出滯后性．虛擬實驗空間作為動態互動網絡平臺[10]215，能很好地展示實驗材料．此外，它既能實現集中教學，拉近師生間的距離，促進交流，還能讓學生在教師的遠程協助下，通過網絡跨越空間完成實驗．在這個虛擬實驗室中，以集文本、圖形、圖像、視頻、表格、音效等多種多媒體教學方式，展現生動、立體、直觀的仿真場景．如可先呈現出玄武巖石柱群（冰島斯蒂基斯霍爾米、英國北愛爾蘭安特里姆平原邊緣處、云南騰沖龍川河沿岸）的靜態圖片引起學生的興趣和思考，再以動畫演繹“從地下噴發而出的熔巖冷卻收縮成棱柱體”的形成過程．此外，多媒體教學還可通過信息的輸入與輸出、網頁的交互形式作信息對比．

將數據映射為立體幾何圖元的建模過程，或將幾何圖形呈現為圖像的可視化過程，都是以直觀的圖示方式實現視覺轉換，讓信息傳遞得更為深入．以直觀的圖示方式實現視覺轉向，使信息傳遞更加深入．可視化應用可追溯至以數據統計圖（直線圖、折線圖和散點圖）、股票行情走勢分析、地震動態監測、斷裂模擬、生物分子作用等．數值模擬可視化在虛擬實驗室這個網絡平臺的引入，可使抽象知識形象化．交互式教學效果的增強，更便于深入理解．在虛擬模型構建中，學生還可隨意拉動、標記、復制、添加、旋轉、放大、縮小、復位，逐層剝離獲取斷層結構．而在這一系列操作完成，計算機系統關閉后，虛擬模型會自動恢復至初始狀態．由此可見，虛擬實驗室以多種教學形式而非僅憑借單一的介體進行知識點的傳遞，以求深化理解和強化記憶的教學效果．

1.3.3資源平臺在教學資源平臺設置地質類軟件和學習視頻下載欄，開設教師答疑、習題庫板塊．聯系虛擬空間任務欄（見表1）不定時發放探索式任務，激發學生的好奇心，探索任務．如地理位置圖的繪制常見于項目的首要位置，涉及coreldraw繪圖及photoshop制作效果．任務欄設置的目的是使學生“有所求，求有門，走有路”．在清晰的任務步驟指引下，學生可系統且快速地掌握軟件及繪圖的規范化．總之，任務驅動式引導教學，讓學生逐步認清專業學習輪廓，能更好地發揮主觀能動性，追尋自我提升．

表1　虛擬空間的任務欄

在教師答疑及習題庫板塊中，教師就學生提出的問題進行解疑的過程中，由學生的觸發促進教師對教材進行更深層次的思考，更新知識結構非人為．學生之間的互相答疑或自主討論能讓更多的學生參與問答環節，提高學生的競爭意識．在習題庫中，設置單選題、多選題、填空填、名詞解釋題、判斷題、簡答題、計算分析題等．該題庫的創建圍繞教學大綱，深度挖掘每一章節的重點和難度，教師從習題庫中抽題作為隨堂練習，以便及時了解學生對知識點的掌握情況．

2　考核方式改革

改變傳統的試卷考試制度，采取多維考查或考試方式．在期末成績中，縮小試卷考試成績比例，相應增大野外調研和完成任務的比例．一方面，紙質考試中，以地質綜合分析圖為主，完成題目需結合三大巖石的形成特征、結構、重大地質事件的發生和先后順序、古地理情況、地質年代表、古生物化石情況等知識點進行綜合分析．這樣的考核方式需要學生對知識的理解不能浮于表面，而是深刻理解和融會貫通．另一方面，創新的考核方式不局限于紙質考試．如讓學生參與虛擬實驗室數據庫的共建．其建設內容以礦床、構造、地球化學、地貌學，古生物等板塊而展開，學生自行設計并展開野外考察，或在室內進行網絡資料收集，最后以短視頻、動畫、微信公眾號的制作、報告等形式完成信息導入與共享．如在對褶皺現象的認識中，需收集該構造點地理坐標，在衛星圖中進行坐標展布；最后將現象的概圖、詳圖，該構造點的坐標衛星圖的組合圖版輸入數據庫中．信息輸入的結果將計入考核的最終成績．虛擬實驗室設置的任務欄板塊，以獎勵學分的形式驅動學生完成任務，其分值以30%的比例計入期末成績．

考核還可以采用巖石薄片的礦物成分鏡下鑒定的形式，強化礦物鑒定技能．學生可在虛擬實驗室利用三維仿真、數據交互等技術，再結合真實的顯微鏡鑒定礦物成分，并在不同目鏡下進行校正和拍攝．在對礦物外形、光學性質、力學性質進行分析后，將圖鑒和分析報告上傳于虛擬實驗室數據庫中．學生還可以自行分組，以地學思維聯系身邊實際的工程問題，探討解決辦法，最后以數據矢量化和可視化對現象和結果進行綜合呈現．

3　改革成效

通過對興義民族師范學院2017級人文地理與城鄉規劃專業的普通地質學課程的初步改革，效果初見．多數學生對路線型的實習深感有趣．任務欄用Coreldraw軟件簡單建立，以平時作業的形式發放．任務驅動式教學的效果在平時作業中已見雛形，多數學生對斷層的識別和形成，地層的接觸關系，先后出現順序和地質意義有很好的理解．虛擬實驗室未完全啟動，學生以數據矢量化形式回饋，師生互動以智慧云為途徑．期末考查中，采取可選擇性的考核方式，在對地質圖的識別中，多數學生對于復雜的綜合地質圖識別達到了熟悉的程度．在野外實習中，具地方特色的實踐教學路線在學院，甚至地方中小學的科普活動中得到大力推廣．在任務完成的過程中，問與學的師生鏈接得以建立．最后，通過目標考核達成度分析發現，2017級城鄉規劃與人文地理專業該門課程的良好率超過85%．

綜上所述，以普通地質學課程結合計算機輔助基礎課程及畢業實習設計為核心，結合地方特色設定實習路線，構建虛擬實驗室，改革單一的考核方式來進行教學改革，既能讓學生脫離自由的大學生活帶來的迷茫感和調動學生學習的自主性，也可提升教師的教學能力．總之，在大數據時代，“以學生為主動參與者，構建的實踐教學體系應不斷進行優化”的教學思維是應對新時代進行地質學教學改革的關鍵．

[1] 王建秀，周潔，劉琦，等．工學的地質思維：普通地質學通識課程教學設計[J]．教育教學論壇，2019（11）：166-168.

[2] 舒良樹．普通地質學[M]．3版．北京：地質出版社，2010：1-7．

[3] 夏邦棟．普通地質學[M]．2版．北京：地質出版社，1995：1-10．

[4] 李曉敏，肖愛芳，彭向東，等．地質學知識點“微化”初嘗試：以普通地質學及地質認識實習課程為例[J]．大學教育，2019（5）：55-56．

[5] 王博，舒良樹，解國愛，等．教改新形勢下如何提高《普通地質學》野外教學質量的思考[J]．教育教學論壇，2013，（8）：99-100．

[6] 李錦玲．暢游在兩億年前的海洋：華南三疊紀海生爬行類和環境巡禮（精）[M]．北京：科學出版社，2009：32-38．

[7] 楊鐘健．貴州新發現的腫肋龍化石[J]．古脊椎動物學報，1958，2（2）：69-82．

[8] 鄒玉夢，丁樹文，夏煒，等．地質與地貌學實驗室創新性立體化建設[J]．教育現代化，2018（5）：134-143．

[9] 王睿，李琦，姜正龍，等．海洋地質專業虛擬仿真實驗教學平臺建設[J]．實驗技術與管理，2020（37）：250-252．

[10] 王衛國，胡今鴻，劉宏．國外高校虛擬仿真實驗教學現狀與發展[J]．實驗室研究與探索，2015（34）：214-219．

Teaching reform of general geology under the background of big data era

LIAO Junling1，WU Kai2，CHENG Xi1

（1. School of Economics and Trade，Xingyi Normal University for Nationalities，Xingyi 562400，China；2. Natural Resources of Qianxinan Prefecture，Xingyi 562400，China）

In the era of big data，the traditional theoretical teaching of“giving priority to teaching”is facing an unprecedented impact，which puts forward new requirements for the cultivation of talents，and the teaching of general geology needs to be reformed accordingly．On the basis of analyzing the limitations of existing teaching and summarizing the experience of other universities，supplemented by the teaching experience in general geology courses，related courses and graduation practice teaching in recent years，puts forward teaching reform from flexible teaching thinking，scientific practice route，construction of virtual laboratory，task-driven teaching and diversification of assessment methods，so as to stimulate the subjective initiative of college students and lay a solid foundation for subsequent professional study．The teaching effect proves the feasibility and effectiveness of the reform measures．The teaching thinking of“taking students as active participants and constructing practical teaching system should be continuously optimized”is the foundation of teaching reform．

big data；general geology； practice route； assessment method

1007-9831（2023）07-0102-04

P5∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.07.021

2023-03-24

廖浚伶（1983-），女，貴州興義人，講師，博士，從事喀斯特地貌、古生物與地層學、地質遺跡保護與科普研究．E-mail：37628162@qq.com