新工科背景下工程地質實踐教學改革探索

摘要：新工科建設背景下，如何提高學生創新實踐能力，讓工程地質實踐學習貼合現代人才教育的多元化需求，是高等學校“工程地質”課程教改的重要目標。文章以南京工業大學交通運輸工程學院為例，剖析了當下工程地質實踐教學開展的主要難點，提出了實踐教學全員參與、書本全覆蓋、“信息化”革新、綜合素質考核等四個改革方式，力圖提高工程地質實踐教學效果，提升學生解決問題的能力。

關鍵詞：實踐教學；新工科建設；野外實習；工程地質

黨的十八大以來我國教育面貌發生了歷史性變革，為了適應當下信息科技革命與產業結構變革，深入學習貫徹習近平新時代中國特色社會主義思想，教育部于2017年提出以新技術、新產業、新業態、新模式為特征的新經濟呼喚“新工科”。“新工科”既強調新興產業、專業的探索與發展，又注重傳統工科的持續改革與創新，是更高層次的開放式工程教育。“新工科”提倡創新與實踐，在人才培養過程中始終貫徹創業創新教育，把理論課程帶入實踐課堂，著眼于形成引領全球新工科的中國模式，為實現中華民族偉大復興提供支持［1］。

工程地質是土木類、地質類等專業的本科教育核心專業課程，旨在研究并解決人類工程活動中出現的各種地質問題［2］。本課程不僅需要學生掌握扎實的地質基礎理論知識，同時注重培養學生實踐與創新能力，要求學生對實際工程建設地質問題具有基本的認識、分析能力，同時具備解決辦法，保障工程建設順利開展的能力［34］。在新工科建設的時代背景下，如何培養當代大學生的創新精神，提高動手實踐能力，是全面發展新時代改革創新政策的重中之重，也是當前高校亟待解決的問題。本文擬以南京工業大學交通運輸工程學院地質工程專業開設的工程地質實踐教學為例，分析傳統實踐教學所面臨的主要問題，探索在新工科建設背景下如何提高工程地質實踐教學的質量，培養學生獨立思考的能力，鍛煉學生的動手實踐能力，提高學生的創新實踐水平，滿足新時代創新型人才的培養要求，使實踐教學改革為人才培養目標服務。

一、工程地質實踐教學基本情況

認識實習是理工科專業學生不可或缺的實踐環節，在學習專業基礎理論課之后，通過參觀與實地考察，結合理論知識分析相關現象或作用的形成機制，提高學生對理論知識的感性認識，鞏固課堂所學的基本理論知識，并將實踐拓展與之相結合，培養學生以問題為導向的思維方式［5］。工程地質認識實習一直是我校土木、地質等大類專業十分重視的基礎實踐教學環節，是在完成“工程地質”“地球科學概率”等專業基礎理論課程后開展的野外實踐學xgC40gOnSuZ10oq7aPf5yST1AmWY8SmA1ImCnF1K9YM=習，課程總計2個學分，實踐學習歷時4天，包括南京典型地質地貌、地形條件的多個野外觀察點。通過對南京地區野外認識實習，學生應掌握三大巖類的形成與特征，并根據物理指標鑒別野外地質體的巖性分類；理解外動力地質作用及各類地質構造的成因，分析不同工程建設活動的地基強度與變形要求；強化對工程地質理論課程的理解與認識，培養學生獨立分析和解決工程實際問題的能力。

二、傳統工程地質實踐教學面臨的主要問題

以南京工業大學交通運輸工程學院為例，傳統工程地質實踐教學多在固定的南京野外實習點集中開展，由校內指導教師帶隊，以參觀和實地考察為主，較少開展野外實地操作。主要存在以下幾個問題。

（一）課程形式化

工程地質野外實習的重點在于認識不同巖石的種類與形成時期，理解內、外動力地質作用的表現形式，深入分析各類地質現象的成因機制，同時進行基礎的野外地質勘查記錄，繪制簡單地質圖鑒等。但大多數學生在實踐過程中僅僅做到了“走出課堂”這一野外實踐形式，以游客的心態進行參觀，并未引發深層次的理解與思考。針對實習記錄也停留在“表面功夫”，以上課記筆記的形式完成記錄本，并未對實際地質條件開展思考，做不到理論聯系實際，實際詮釋理論。這種形式主義嚴重違背了實踐教學的目的，學生無法理解地質條件與工程建設之間的相關關系，不利于后續專業核心課程的學習。

（二）實踐成效差

實踐教學的核心在于鍛煉學生發現、分析、解決問題的能力，旨在通過野外實踐學習提高學生的動手能力。因此，實踐的主體是學生，教師僅僅起到輔助作用。現實情況卻與之恰恰相反：實踐教學依然以教師講授為主導，實踐過程更像換了教室的課堂，學生以聽和記錄為主。這其中緣由固然有個別學生學習態度不端正的因素，但更多的問題還是傳統實踐教學的局限性所致：夏季天氣炎熱，野外實踐學習均安排在8：30～14：00，其中來回路程平均2小時每天，下午時間均交給學生完成實踐報告，時間利用率較低。為了節約教學經費，每天涉及1～3個野外實習點，整個實踐教學共計約13個觀測點，按照有效實踐時間3.5小時計算，平均每個觀測點僅剩15分鐘學習時間，難以保證學生們在教師現場講解后還留有實踐余地，達不到讓學生動手實踐、親歷自然的目的。同時，傳統的實踐教學設備包括地質錘、羅盤、放大鏡，野外場地踏勘全靠師生雙腿，費時費力，且受地質條件限制，一些高陡山崖或植被茂盛區域無法勘入。目前，學生對于野外地形地貌的認識還是依賴于手繪，不滿足現今建設“新工科”背景下的自動化、信息化要求。

（三）考核標準低

工程地質野外實踐學習注重學生從理論分析到感性認識的轉變，使學生對工程地質問題的認知由淺入深［6］。現階段的實踐考核制度依然以實踐報告為主，忽視了實踐學習的過程性評價。同時，針對實踐報告的評閱也缺少統一標準，往往學生以實習手冊為范本進行記錄就能得到不錯的成績，但報告本身的深度與廣度都不足以支持學生獨立完成工程地質問題案例分析。此外，即便事先對學生進行分組，每組的實習內容是一致的，很容易出現同學之間相互借鑒、不獨立思考的現象。不合理的考核標準直接導致學生缺乏對實踐課程的重視，也降低了學生對野外實習的熱情。

三、工程地質實踐教學改革探索

在新工科建設背景下，人才的培養需緊扣“科教興國”這一主旋律。面對工程地質實踐教學中的種種問題，針對實踐教學形式化、成效差、考核標準低等問題，點對點提出了如下改革措施。

（一）實踐教學全員參與

避免實踐教學流于形式的根本措施是調動起學生對工程地質野外實踐學習的興趣，提高學生主觀能動性。一方面，在進入野外場地實踐前，指導教師可充分利用歷年實踐教學的豐富資源，在教室課堂上講解第二天預備參觀、勘查的地質現象與工程問題。同時要求學生在野外實踐記錄本上進行提綱撰寫，預先完成次日實踐的內容框架，以便實踐當日以填空的形式完成具體的地質現象、巖性特征等描述。這既起到了預習的作用，也減少了在現場進行地質條件介紹的時間，提高野外實踐學習的有效時間。另一方面，教師對學生進行分組，開展分組實踐教學，盡可能保證每一組當天面對的地質環境與工程問題不盡相同；同時根據每組人數劃分任務量，務必保證每位同學承擔不同的實踐工作。這樣既杜絕了同學之間參考借鑒實踐報告的可能性，也加強了小組內的合作分工，確保實踐教學的全員參與。每天的野外實踐任務結束后，可利用等待發車的時間對學生進行提問，介于時間較短，可每天提問不同分組的學生，針對當天的實踐目標、實踐任務、實踐認識等全方位進行考察，根據學生的反饋及時發現實踐過程中的問題，既對學生的實踐過程起到了查漏補缺，也有助于提高教師的實踐成效，還增強了學生在實踐教學中的參與感；同時這部分考察計入實踐教學評分，保障了實踐教學的過程性考核。

（二）實踐教學覆蓋書本

為了更好地做到理論聯系實踐，工程地質實踐教學應充分聯系課堂內容。工程地質理論共32課時，包括礦物巖石、第四紀沉積地質、地質構造、水文地質、地表地質、工程地質勘查等多個內容。為了做到實踐學習的理論全覆蓋，經過整理合并后，南京地區的實踐學習包括如下幾個點位：（1）石頭城。主要考查學生對陸源沉積巖的認識，同時覆蓋了地質風化、地質剝蝕、地質搬運、地質沉積等多個地表地質作用，及走滑斷層、平移斷層等典型地質構造，還包括了對于風化作用的工程地質防治措施。（2）繡球公園。主要考查學生對巖溶地貌的認識，重點包括灰巖的巖溶作用、溶洞的發育、巖溶地貌的形成過程等知識點。（3）老虎山。這里是南京典型的滑坡災害點，學生們可在老虎山看到完整的滑坡結構，及治理后留下的抗滑樁與抗滑錨。（4）三臺洞。在這里，學生可以認識區域大斷裂帶影響下的地質地貌，包括巖溶作用、風化作用等，認識構造運動下的溶洞形成特點，同時三臺洞還展示一塊典型的變質巖——泰山石。（5）燕子磯公園。在這里，學生可以認識河流地質的作用，理解江心洲、邊攤、心攤的形成過程，掌握河流對陸源碎屑巖的侵蝕作用。（6）棲霞寺。在這里，學生可以認識灰巖沉積巖中的古生物化石，探索峽谷地貌。在品外泉處學習水文地質，包括地表地下水交互作用、泉水的產生機理等。（7）六合方山火山口森林公園。在這里，學生可以認識噴出巖漿巖的形成過程及火山口地形地貌，認識倒轉地層，掌握地層產狀三要素的測量方法，學習巖漿作用的造巖過程。（8）國家地質公園桂子山。在這里，學生可以認識侵入巖漿巖及熔巖作用、變質作用，認識沖洪積地貌的典型特征，理解火山群地形特點，掌握地下水的流動原理。教師通過對理論知識點的梳理安排實踐觀察點，力求保證實踐聯系理論，有助于加深學生對工程地質的認知與理解。

（三）實踐教學“信息化”革新

一方面，實踐教學不能僅僅局限于師生的“親力親為”。為了更好地結合實踐教學與當今社會自動化、信息化的發展，應加強學生專業地質繪圖軟件、地理信息系統的學習培訓［7］。可借助某些地球可視化地形圖軟件，利用地理空間數據云和全球地圖，獲得指定研究區域的矢量等高線及地質地貌模型，既培養了學生們實際動手能力，增強了他們的專業技能，又拓寬了學生們的眼界。同時，在野外場地實踐考察時，除必備的實習設備，還可增加現代化設備的使用，如無人機、地面激光掃描三維儀等，可滿足學生對于無法實地踏勘區域的實踐需求，也便于學生構建區域地形地貌的三維實景圖，做到對實踐教學更深層次的理解。

另一方面，實踐教學不能僅僅局限于“現場”。為了克服傳統工程地質實踐教學“時間短”“成本高”“實施難”“風險大”等困境，應加強虛擬仿真技術在實踐教學中的應用［8］。可安排上午野外實踐學習，下午虛擬仿真實驗，虛擬仿真實驗不僅應涵蓋南京地區學生可實地考察的各個實踐點，還應包括周邊地區或全球典型野外實習點，真實模擬野外現場，讓學生自主選擇感興趣的工程地質問題，誘發深層次的思考探索。為了實現實踐教學“信息化”，可借助新型實踐裝備——無人機遙感技術與地面激光三維掃描技術采集區域數據，自主開發線上三維實景地質實踐點，配套VR眼鏡，實現實景漫游體驗式的虛擬仿真工程地質野外實踐學習。虛擬仿真實驗保證了線上實踐教學的全員參與，提高了學生獨立思考問題、提出解決方案的能力。

（四）實踐教學綜合素質考核

工程地質實踐教學的目標是培養學生獨立分析地質條件，提出解決工程地質問題措施的能力，因此，考核機制應側重于問題分析與實踐創新的能力，可將考核內容分為三部分。第一，考核實踐報告。實踐報告更多是強調學生的理論基礎，而實踐教學離不開扎實的理論知識，此部分考核占比可設為10%。第二，考核野外實踐工程地質問題分析。針對野外實踐學習開展分組行動，其考核形式不應局限于書面的報告，可以小組為單位進行匯報，根據小組成員分工完成各自的實踐內容，輪流上臺匯報。考核時不僅要關注每一位學生的實踐內容完成度，更重要的是保證匯報內容的一致性與邏輯自洽，此部分考核占比可設為40%。第三，考核虛擬仿真案例研究。實踐教學的核心在于提高學生獨立思考問題的能力，每位學生應充分把握實踐期間的虛擬仿真實驗機會，選擇一個案例進行地質條件分析，提出合理的工程地質問題解決措施，并提交書面分析報告，此部分考核占比可設為40%。剩下10%為每天實踐結束時的提問環節，在整個實踐周期內完成對各小組的提問考察，綜合評判該小組當天的實踐表現與成效。四個評價部分彼此關聯，評分標準彼此獨立，評價貫穿整個實踐周期，評價內容包括理論知識、動手能力、小組協作、及時性問答等幾個方面，做到了全過程、全方位實踐考核。

結語

新工科概念的提出奠定了以中國式教育現代化助推中華民族偉大復興。高校在培養人才時，要扎根中國大地，順應人才成長規律，把握科技革命機遇，培養創新性人才，積極建設“新工科、新醫科、新農科、新文科”四新教育。在新工科建設背景下開展工程地質實踐教學改革，結合南京工業大學交通運輸工程學院的辦學特色，不僅能強化工程地質實踐教學在專業基礎課中的核心地位，改變現有實踐教學形式化、成效低、考核標準不完善等問題，還積極響應時代的新一輪“信息化”革命，有利于提升學生動手實踐能力，增強學生自主思考、發現、解決問題的能力，為高校培養創新實踐人才提供基礎，也為土木、地質、交通等專業的工程地質實踐教學提供參考。

參考文獻：

［1］夏建國，趙軍.新工科建設背景下地方高校工程教育改革發展芻議［J］.高等工程教育研究，2017（3）：1519+65.

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［3］楊光，張志堅，唐響亮.基于PBL模式的土木工程地質課程教改應用［J］.科教導刊：下旬，2019（24）：2829.

［4］韓愛民，隋志龍，黃春霞.土木工程專業工程地質實習實踐教學的實現途徑［M］.北京：科學出版社，2008.

［5］宋曉猛，孔凡哲，朱奎.創新型人才培養模式下實踐教學改革探索：以水文測驗生產實習為例［J］.黑龍江教育，2021（3）：2729.

［6］羅容，喻紅，陳璐.淺談《工程地質》課程教學改革的研究：以湖南交通工程學院為例［J］.教育現代化，2016（19）：4445+51.

［7］胡冉.基于地理信息系統的地質實習教學改革研究［J］.亞太教育，2016（4）：34+78.

［8］王盛年，張鵬，陳新民.工程地質野外實習虛擬仿真實驗教學探索［J］.教育現代化，2019（91）：125126.

作者簡介：潘玥（1994—），女，漢族，江蘇東臺人，博士研究生，講師，研究方向：地下水污染模擬。