“地質學基礎”課程教學改革探討

［摘 要］ 以“地質學基礎”課程的教學實踐為例，對該課程教學中存在的問題進行了總結和梳理。列舉了該課程中存在的認知負荷過重導致學生學習興趣不足，以及教學內容中價值觀引領強調不足等主要問題。參考國內外高校的教學實踐，立足“大工程觀”，提出了在新工科背景下強化“地質學基礎”課程的價值觀引領、加強知識點的深度融合等教學改革建議，融入了生態環境保護、正確價值觀引導以及可持續發展等教學理念，為地質學相關專業的教學提供參考。

［關鍵詞］ 地質學基礎；教學改革；新工科；“大工程觀”；實驗教學

［基金項目］ 2021年度吉林省高等教育教學改革研究課題“《地球科學概論》課程建設與教學模式改革”（JLJY202102832772）

［作者簡介］ 王 明（1984—），男，吉林白城人，博士，吉林大學地球科學學院教授，博士生導師，主要從事地質學研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）22-0053-04 ［收稿日期］ 2023-10-11

“地質學基礎”課程是吉林大學面向地學部勘查技術與工程、土木工程專業本科生開設的一門專業基礎課，它以太陽、行星和地球為主要研究對象［1-3］。重點闡釋固體地球的物質組成、形成演化和結構構造等。課程的目的和任務是使學生通過理論與實驗學習，掌握地質基本理論和地質工作的基本方法，為后續學好專業知識奠定良好的科學素質與知識基礎。“地質學基礎”課程內容豐富，蘊含大量的生態環保、可持續發展以及生命起源等思政元素［4-6］。通過典型事跡的講解，能夠引領學生形成正向的價值觀并激發學生的愛國主義情懷。本文的目的在于基于以往的課程教學實踐，分析“地質學基礎”課程在教學實踐中存在的一些問題，并提出幾點教學改革的建議。

一、教學中存在的問題

（一）當前教學內容對學生的認知負荷偏大，導致學習興趣不足

認知負荷理論是由澳大利亞新南威爾士大學的認知心理學家約翰·斯威勒首先提出來的［7］。該理論認為當課堂教學需要學生記憶的知識總量大于學生工作記憶的總量，學生的學習效率和興趣也會隨之降低。以“地質學基礎”課程教學為例，一方面，它所涉及的教學內容十分龐雜，涵蓋巖石學、地質年代、構造地質學、古生物學等各個部分，受限于課程的完整性，授課教師往往很難對課程內容進行取舍。另一方面，隨著地學知識體系的加速更新，教師不得不融入更多新的知識和內容，這也在一定程度上加大了學生的認知負荷。目前，該課程的認知負荷問題已經日益凸顯。如何通過有效的教學設計和教學模式改革降低學生的認知負荷？如何在保證課堂學習效率的情況下實現知識體系的更新？這都是當前該課程教學所面臨的問題。

（二）知識運用和價值觀引領相對薄弱

20世紀70年代，麻省理工學院提出現代工程教育必須轉向實踐化、寬泛化、整合化和全球化的發展。“大工程觀”的全局教育理念也正是在這一背景下誕生的。“大工程觀”強調不能割裂地看待整個工程項目［8］。在我國，“大工程觀”主要強調資源環境保障和工程建設并重的多目標、多功能的工作理念［9］。隨著科技的不斷發展，當前對學生地質能力的培養提出了新的要求。探索“大工程觀”背景下的“地質學基礎”教學革新已經勢在必行。“地質學基礎”課程的教學目的不僅要求學生掌握一定的專業知識，還要培養學生的地質能力，樹立地質及環境理念。如何通過課程教學改革，探索建立與當前學科發展相適應的考核模式及教學模式，在滿足知識體系構建的同時激發學生的學生興趣和學習熱情，對于促進教學水平提升有重要意義。美國工程與技術認證委員會（ABET）對21世紀的新工程人才提出了11條評估標準，其中有接近一半的要求為人文素養方面的。包括表達與交流能力、社會責任感、職業道德等。由此可見，加強人文素質教育是“大工程觀”的內在要求。當前背景下，對于“地質學基礎”課程教學而言，提升學生的綜合素質，尤其是人文素養，并不斷推動課程教學內容革新，緊跟時代發展，是該課程改革的核心內容。

（三）新工科背景下，實踐教學如何定位前沿

新工科是我國基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的工程教育改革方向。相對于傳統的工科人才，新工科人才的培養目標是培養工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型人才［10-14］。“地質學基礎”課程的知識體系與工程實踐聯系非常緊密，實踐教學是實現課程知識從理論走向應用的最主要環節。如何通過該課程實踐教學的改革，助力地質科技人才的成長，滿足我國未來新工科背景下地質工程型人才的戰略需求，這是目前該課程實驗教學改革的關鍵環節之一。

二、教學改革建議

（一）教學模式及教學方法改革

在我國傳統教學模式中，“講授+問答式”曾是本科教學的最主要方式。近年來，針對我國地質基礎類課程的課堂教學，國內一些教學工作者開展了諸多卓有成效的教學模式改革與嘗試。互動式、參與式、項目驅動式、翻轉課堂、PBL（problem-based learning，問題式學習）以及研究性學習等眾多新興教學模式和教學方法出現在地質學的本科教學中。這些先進教學方法的應用在很大程度上提升了課堂教學的質量。然而，面對“地質學基礎”課程越來越復雜的知識體系，這些教學方法并不能完全解決該課程教學中學生面臨的認知負荷偏大的問題。基于此，筆者認為可以采用OBE（outcomes-based education，成果導向教育理念）對“地質學基礎”課程內容和教學模式進行重新設定。OBE是當前被國際高等教育界廣泛認同的一種先進的教育理念。它以學習擬達到的成果為導向，反向設計課程與教學內容［15-17］。以“地質學基礎”課程教學為例，首先應當明確學生要取得的學習成果是什么、學生取得這樣的學習成果的意義是什么、如何才能高效地取得這些學習成果、怎樣檢驗學生是否取得了這些學習成果。針對這些問題，課程教學內容可以進行大膽的革新，同時學生也會目標明確，進而實現課程教學質量的提升。

（二）“大工程觀”背景下，強化價值觀引領，加強知識點的深度融合

1.地球外部圈層相互作用與可持續發展思想的有機結合教學案例。地球外部圈層包括包圍著固體地球表層的大氣圈、水圈和生物圈等幾個主要的圈層。這些圈層是相互作用、相互影響甚至相互制約的有機整體。破壞自然循環中的任意一個環節都可能會導致災難性的后果。典型的實例就是二氧化碳在大氣圈和生物圈中的循環過程。在陸地上，植物通過光合作用將大氣中的二氧化碳轉化為有機物，陸地上的綠色植物進行著大氣圈中碳的轉換，是調節大氣圈二氧化碳含量的重要樞紐。在水圈中，藻類和其他水生植物在進行光合作用的同時，也消耗了水體中的二氧化碳，當這些植物死亡后還可以形成水體中的碳酸鹽沉積，使二氧化碳被固化在巖石圈或有機軟泥中。然而，近年來由于人類工業化生產步伐的不斷加速，消耗大量的煤和石油等化石能源，煤和石油在工業消耗過程中會產生大量的二氧化碳氣體，而當前的二氧化碳排放量已經遠遠超過了地球生物圈所能承載的總量。過量排放的二氧化碳一方面導致溫室效應的不斷加劇，促使全球氣候變暖，冰川融化；另一方面，一部分過剩的二氧化碳溶入海水中與水發生化學反應，產生大量碳酸根離子和氫離子［18］，使海水不斷酸化。酸化的海水具有腐蝕性，會對甲殼類生物造成致命的傷害，也會導致珊瑚的大面積死亡，對生態環境造成毀滅性的打擊。因此，只有合理的開發利用化石能源，努力實現可持續發展，才能有效遏制當前因過度排放二氧化碳所導致的環境問題。

2.生物演化規律與正確的世界觀、人生觀和價值觀引領教學案例。在地質學的教學過程中，地球的生物演化過程是課程教學的重點內容。例如，地球上已經發現的古生物化石告訴我們，地球早期出現的生命體都是簡單的、低等的單細胞或原核生物。隨著時間演化，生命體的機體結構逐漸變得復雜。生物演化總是從低等到高等，從簡單到復雜，這一過程是不可逆的。進入顯生宙以后，地球生物出現了周期性的繁盛和滅絕，發生了五次生物大滅絕事件。每次生物大滅絕事件發生以后，地球上的生物面貌就煥然一新并更加繁盛。通過這些素材的介紹，能夠幫助學生建立正確的生命起源觀念，積極引導學生形成正確的世界觀、人生觀和價值觀，培養其成為社會主義現代化建設需要的合格人才。

3.將環境保護、生態文明建設理念融入水的循環教學案例。在水圈中，隨著海水的蒸發，大量的淡水以水蒸氣的形式回歸到大氣層中，并隨著大氣環流完成降雨，補給地表水。而地表水通過滲透和地表徑流又回到海洋中。生物從自然界攝取水分，當生物死亡后，機體組織分解，又會把機體組織內的水體分解出來。整個水圈的各個水體都在不斷地循環著、運動著。那么這是不是意味著水是取之不盡、用之不竭的呢？答案顯然是否定的。那是因為在水圈中能夠被人類直接利用的淡水資源實際不足全球總水量的1%。而且，一個地區的地下水一旦被污染，幾乎需要數年甚至數十年的時間才能實現水體的自然凈化。在我國很多地區，淡水資源仍然嚴重短缺。保護水資源、節約用水是我國乃至全人類一直倡導的全球環境理念，是我國生態文明建設的重要組成部分。黨的十九大報告提出了“綠水青山就是金山銀山”的理念，并將生態作為“五位一體”建設的重要任務之一。在課堂教學中，使學生認識到人與自然和諧統一的理念，樹立敬畏自然、順應自然的生態文明理念。

（三）豐富地質學實踐教學內容，構建多元化的實踐教學體系

建設創新型國家，需要大量創新型的人才。培養具有實踐能力的創新型地質人才是“地質學基礎”課程教學的根本任務，可以通過構建多元化的實踐教學體系來提升學生的地質綜合能力。首先，通過開展地質學基礎學科競賽激發學生的學習熱情，提高學生的創新能力。其次，通過開展綜合性、開放性實驗，鍛煉學生的邏輯思維能力和分析判斷能力，提升學生的學習興趣。最后，更新實驗教學內容，探索更多的地質理論與實際相結合的實例，強化知識應用和興趣培養。將學科前沿的最新知識融入實驗教學中。實現傳統與現代的結合，強化實驗教學內容與工程實踐相結合，增加設計性與創新性實驗的課時比例，提升人才培養質量。

（四）修訂教學目標，優化考核評價方式

“地質學基礎”課程傳統的考核方式主要是基于學生的期末考試成績、平時成績以及實驗成績，這種相對單一的考核評價方式已經無法滿足當前新工科背景下人才培養的需求，也難以提升學生的學習積極性。立足新工科建設，以OBE理念為基礎，以學生的能力達成為目標，倡導多元化的考核辦法。強化創新與實踐能力的考核，降低期末考試成績在考核評價中的比例，逐步實現實踐能力考核與綜合素質考核相結合的考核評價體系。

結語

“地質學基礎”課程內容與人們日常生產生活聯系緊密。在課堂教學中，針對學生專業特點，合理地將教學內容進行取舍和有機融合，科學地融入OBE教育理念，能夠有效地提升課堂教學質量，實現強化知識運用的教學目標。將生命起源、資源環境以及自然規律等科學理念融入專業課教學中，不僅可以豐富課堂教學內容，提高學生的學習興趣，還可以在當代大學生素質教育的大背景下發揮價值觀引領的先導性作用，達到素質教育的真正目的。然而，如何合理地融入OBE教育理念以及如何實現知識點的深度融合仍然需要在以后的教學中不斷探索和完善。

參考文獻

［1］王明，彭帥英.地質工程專業的《地質學基礎》課程教學探討［J］.科技世界，2018（6）：133-134.

［2］呂學軍.“地質學基礎”課程改革與地質能力的培養［J］.中國地質教育，2014（2）：35-37.

［3］鄭德順，石夢巖，李云波，等.“地質學基礎”課程思政育人元素知識體系構建［J］.中國地質教育，2020（4）：39-42.

［4］孫朋，陸曼，劉娜，等.地質學基礎實踐教學中課程思政元素挖掘與實踐［J］.西昌學院學報（自然科學版），2021，35（3）：115-118.

［5］ 王浩錚，范存輝，陳曦，等.“地質學基礎”實踐教學中“課程思政”的實踐［J］.科教文匯（下旬刊），2020（6）：70-71.

［6］朱廣琴.基于立德樹人的“課程思政”教學要素及機制探析［J］.南京理工大學學報（社會科學版），2019，32（6）：84-87.

［7］SWELLER J， van Merri?nboer Jeroen J. G， PAAS F. Cognitive architecture and instructional design： 20 years later［J］. Educational psychology review， 2019，31（2）：261-292.

［8］MOSES J. Engineering with a big E： integrative education in engineering ［R］. MIT， 1994：3.

［9］陳勁，朱凌.面向創新型國家，推動中國工程教育改革［J］.高等工程教育研究，2006（3）：4-7+29.

［10］鐘登華.新工科建設的內涵與行動［J］.高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

［11］孫如軍，李澤，孟德華.新工科背景下應用型人才培養模式研究［J］.黑龍江教育（高教研究與評估），2021（3）：51-53．

［12］楊小兵.新工科背景下高校“卓越計劃”人才培養研究［J］.教育理論與實踐，2018，38（33）：6-8.

［13］王虎，裴秋明，覃禮貌，等.新工科背景下“構造地質學”課程教學改革改革探索：以西南交通大學地質工程專業為例［J］.教育教學論壇，2021，1（4）：43-47.

［14］吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發展和建設新工科主動適應和引領新經濟［J］.高等工程教育研究，2017（1）：1-8.

［15］田帥，馮萬忠，王敬，等.基于OBE 理念的《土地資源學》課程教學改革研究［J］.當代教育實踐與教學研究，2019（1）：78-79.

［16］常建華，張秀再.基于OBE 理念的實踐教學體系構建與實踐：以電子信息工程專業為例［J］.中國大學教學，2021（Z1）：87-92+111.

［17］顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式：汕頭大學的實踐與探索［J］.高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

［18］祁夢宇.具有額外電子體系催CO2還原反應的理論研究［D］.淮北：淮北師范大學，2020.