學科交叉背景下地質災害防治課程教學改革探索

摘" 要：我國地質環境復雜多樣，地質災害易發區面積廣、風險大，是我們所必須面對的難題。近年來，在習近平總書記始終堅持把人民群眾的生命安全放在第一位理念的指導下，伴隨大數據時代和人工智能時代的到來，傳統地質災害防治課程培養方法已經無法滿足時代的需求和國家的需要。迫切的災害防治需求使得復合型、應用型、多元性人才供不應求。針對此，為了順應當前大環境，該文以學科交叉融合為背景對地質災害防治課程進行教學改革，具體措施包括，針對地質災害與測繪工程、巖土工程、機器學習等的學科交叉，建立基于學科交叉的橫縱向交錯知識體系，及時更新和擴充教學內容；采用項目驅動，問題導向，學生參與的教學方法，將科研與教學相結合、理論與實際相結合，提高學生對實際問題的參與度和興趣；采用多元化課程評價模式，打破單一評價體系，重視學生對實際問題的解決能力。該文提出的建立在學科交叉基礎上的綜合性、實踐性教學模式不僅可以滿足當前社會和國家的需求，還能夠培養學生的創新和實踐能力，為學生的發展提供廣闊空間。

關鍵詞：學科交叉；地質災害防治；教學改革；科教融合；知識體系

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）11-0150-05

Abstract： The geological environmental of our country is very complicated. The geological disaster region is wide and it has high risk. Therefore， we must face this difficult problem. In recent years， with the guidance of people's life first of General Secretary Xi Jinping， meanwhile， the big data and the artificial intelligence is coming， the traditional cultivation model of geological disaster prevention can not satisfy the need of our country. Our country needs more talent with composite， application and diverse to solve the disaster prevention problem. Therefore， in this paper， the teaching reform of Geological Disaster Prevention is provided， the specific method is listed as follows. First， geological disaster is related to many subjects， such as surveying engineering， geotechnical engineering， machine learning and so on. Geological disaster is established the interlaced knowledge based on the interdisciplinary， the teaching contents are update and supplement rapidly. Second， based on the specific project， the scientific and the teaching， as well as the theory and the reality are integrated. The interest and the participation of students are enhanced. Finally， the course evaluation change to diversification， the evaluation of course pays attention to much more of the ability to solve the problems. In summary， the comprehensive teaching model based on the interdisciplinary we proposed can satisfy the need of our country， the innovation and the practice ability of student can also be cultivated.

Keywords： interdisciplinary; Geological Disaster Prevention; teaching reform; integration of science and education; knowledge system

我國位于印度洋板塊與太平洋板塊之間，強烈的構造擠壓作用使得我國地質災害頻發。截至目前，我國存在山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等突變性、高易發區面積128萬平方公里，還有不少地區面臨著地面沉降、地裂縫等緩變性災害威脅[1]。在持續的地質構造運動以及人類工程施工擾動的共同影響下，地質災害問題一直以來都是我們需要長期面對的難題。鑒于此，培養既懂科學又懂技術的復合型、綜合型地質科學人才是高校教師應盡的義務和責任[2]。

當前已經步入大數據和人工智能時代，在多元信息化背景下，我們必須與時俱進，緊跟當前科技最新步伐，不斷更新教學內容從而適應快速發展的社會需要[3-4]。對于地質災害防治課程而言，地震地質災害、山區地質災害、平原區地質災害等都需要學科之間的相互交叉融合才能更好地解釋其各自的機理、技術方法等，因此學科交叉在當前地質災害防治的教學改革中不可避免。

一" 地質災害防治課程的教學內容與目的

地質災害防治課程教學內容旨在讓學生掌握有關地質災害概念、類型、分布和防治等基礎知識，使學生具備對普通地質災害問題了解的能力，讓學生了解地震地質災害、斜坡地質災害、地面變形地質災害、地下工程地質災害和工程巖土體地質災害的基本概念及其最新的防治技術手段。本課程的目的是讓學生熟悉與工程建設活動相關的地質災害知識，掌握各種地質災害的形成機理與處理方法，以便在后續工程活動中能夠利用所學知識，保證工程活動的安全進行及工程建筑物的正常運營。

二" 當前地質災害防治課程的問題

（一）" 教學內容陳舊，教材中無法體現最新成果

地質災害綜合反映了地質環境與人為環境之間的關系，對于地質災害問題而言，首先要認識各種地質災害問題，然后重點關注各類地質災害問題如何防治。因此在地質災害防治課程的授課過程中，認識地質災害和防治地質災害就是課程設置和講授的重點內容。然而，對于當前的地質災害防治課程，由于教材久未更新，教學內容過于陳舊，課本中描述的許多防治手段仍然是十幾年甚至幾十年前的陳舊技術，未能體現出最新前沿的科技成果。例如，對于地表變形問題中的地面沉降災害的監測方法，傳統的人工監測甚至GPS監測雖然仍是不可缺少的監測手段，但隨著遙感技術的不斷發展，目前對于地面沉降的監測多采用InSAR進行，InSAR對于地面沉降這種區域性緩變地質災害的監測具有天然的優勢。但在當前的教材中，對InSAR技術監測地面沉降的介紹較為粗糙，并沒有詳細描述其監測的基本原理，甚至個別教材都未曾提及，這對于地面沉降災害問題來說是一種嚴重的缺失。對于山區地質災害中崩塌的識別，部分教材中所介紹的方法仍然還是以傳統人工踏勘識別為主，這種方法雖然可以較為準確地識別危巖體，但其效率低，且危巖體多位于十分陡峭的懸崖絕壁處，人工踏勘識別的精確性受到了極大限制。隨著無人機的快速發展以及圖像識別技術的不斷革新，采用無人機攝影結合圖像識別的技術對可能發生崩塌的危巖體進行識別，其識別精度或準確率可以達到95%以上[5]，在提高工作效率的同時相應地減少了人工踏勘的風險，為崩塌的快速識別提供了有效的技術支持，然而在當前教材中對崩塌災害問題的識別卻鮮有介紹。綜上，在當前科技快速發展的大背景下，地質災害的防治工作也應不斷革新，目前教材對于最新技術更新的不及時，導致學生無法掌握與各類地質災害問題有關的最新技術手段。因此，及時更新教材中的教學內容，并將最新科學技術成果呈現在教材中具有十分重要的意義和價值。

（二）" 教學方法傳統，與國家社會需求脫節

目前，大學課堂仍以講授課程為主，雖然當前針對大學教學推出了諸如翻轉課堂[6-7]、OBE理念[8-9]、混合式教學[10-11]等不同方法的革新，但是對于各類概念、基本原理的介紹仍以傳統的講授模式為主，無法擺脫初高中課堂延續的“填鴨式”教育模式。傳統講授式為主的授課模式對于偏理論的課程來說是必要的；但對于像地質災害防治這類偏實踐的課程來說，若在課堂中仍然采用講授、灌輸的方式進行授課，會嚴重禁錮學生的思維，缺乏對學生創新思維的培養。此外，部分教師由于自身教學經歷或研究方向的局限性，對于地質災害內容的講解僅限于教材本身，缺乏對整體問題的認識，更無法實現各學科之間的交叉運用[12]。隨著大數據時代的到來，國家或行業對人才的需求發生本質性的改變。因此為了充分了解地質或工程行業企業的真實需求，要求我們高校教師必須及時調整教學內容，從而順應時代變遷的需求，將有關學科交叉的內容融入到高校教學中，構建匹配國家戰略或行業需求的人才培養模式，優化人才建設路徑。

（三）" 評價方式單一，缺乏對學生綜合素質的考察

為有效培養綜合型人才，推動地質類課程的快速發展，建立科學合理的課程評價體系尤為重要。當前地質災害防治課程考核方式仍然采用傳統的單一教學評價模式，無法評判學生的綜合素質，限制了學生的思維方式[13-14]。以石家莊鐵道大學地質災害防治課程為例，目前課程評價中采用了課堂平時表現與期末考試相結合的方式進行（比例為3∶7），課堂平時表現包括課堂過程中的回答問題情況、隨堂測試等，期末考試試卷以主觀題為主，根據課程大綱和教學內容設置考試內容，考察學生對知識的掌握。盡管當前課程的評價方式有多種，但是實際上未能鍛煉學生對整體問題的把控能力，同時缺乏對學生的實踐、創新能力的評價，因此無法體現學生的綜合素質。此外，學生對待問題的認知和興趣愛好各不相同，僅依靠考試容易造成評價有失偏頗、不客觀的現象，很難挖掘學生思考問題的潛力和創新意識。傳統考試的評價模式歸根到底還是一張書面試卷，學生還是僅會陷入到唯成績論的漩渦中，且試卷反饋的及時性較差，考完試意味著課程結束，根本無法向學生反饋在學習過程中遇到的和出現的問題，并對教學方式或策略進行及時調整，從而直接影響教學的效果。因此，在地質災害課程的教學架構中，如何科學合理評價學生對知識的掌握度，如何評價學生的綜合素質，是目前教學改革中仍需深耕的難題。

三" 教學改革的關鍵問題和內容

針對當前在地質災害課程授課中出現的問題，綜合高校教學的現狀，本文認為該門課程的教學改革需要解決如下3個關鍵科學問題：

科技是第一生產力，如何將當前學術最前沿的科學技術內容融入到當前教學中，從而解決教學內容陳舊、滯后于地質災害防治技術發展的問題。

如何在現有課程體系中融入普適性案例從而滿足課程設置帶來的教學內容與實際應用之間的矛盾。

如何科學合理地評價授課內容，如何通過當前課程展現學生的綜合素質，從而解決應用型人才的培養需求。

針對此，教學改革的首要任務就是在地質災害防治中總結和凝練出具有普適性的理論知識，構建相應的知識體系，厘清學科交叉中地質災害防治與其他學科之間的關系。其次是將現有知識和前沿成果融入到地質災害防治課程中，從而滿足日益增長的科學技術與實際應用的需求。最后采用真實案例或現場實例的方式結合最新技術和理論來解決實際問題，從而評價學生的綜合素質，解決應用型人才的培養需求問題。

四" 教學改革采取的方法

（一）" 及時更新教學內容，建立學科交叉橫縱向交錯的知識體系

地質災害防治課程中涉及災害包括地震災害、山區地質災害、平原區地質災害、地下工程地質災害和特殊區域地質災害等幾大類，涉及的知識領域包括但不限于地震工程、測繪工程、巖土工程和計算機技術等眾多學科，地質災害防治課程涉及的知識體系如圖1所示。以地震引發的地質災害問題為例，了解地震引發的地質災害首先需要了解地震的基本原理，而地震的基本原理包括地震波傳播的彈性波理論、地震震級和烈度相關的工程地震理論以及與抗震相關的結構動力學基本理論等，彈性波理論、工程地震理論、結構動力學分屬于不同學科，只有在對這些基本理論有基本概念后才能更好地去了解和學習由地震引發的相關地質災害問題。再如，對于地面變形地質災害問題，以地面沉降為例，需要將土力學中的有效應力原理、土性分析原理，測繪工程中的遙感原理，以及在預測地面沉降時用到的計算機科學中的機器學習等進行充分了解后才可以更全面地認識地面沉降地質災害問題，這其中的有效應力原理、土性分析原理、遙感原理和機器學習等分屬于不同的學科。對于崩塌和滑坡這兩個典型的山區地質災害的識別，目前已經幾乎不再采用傳統人工踏勘的方式進行，而多以衛星或無人機為載體，通過激光LiDAR、傾斜攝影測量、InSAR等測繪工程相關的技術方法對病害區進行掃描，結合計算機科學中的圖像識別技術以及機器學習（甚至深度學習）方法對病害區的潛在危險性進行識別判斷和預測，顯然，測繪工程與計算機科學也分屬于兩個不同的學科。綜上，隨著科學的不斷進步和技術的不斷發展，對于當前地質災害防治課程，要求大學教師必須建立學科交叉橫縱交錯的知識體系，及時對地質災害的機理、預測和防治方法等教學內容進行更新，只有這樣才能緊跟時代的發展，讓學生更快速地掌握最前沿的新技術知識。

（二）" 改進教學方法，將科研與教學相融合提高學生興趣

當前大學課堂仍然延續著高中課堂的“填鴨式”和“灌輸式”教學方式。然而，大學生應是一群兼具學習理論與探索創新的群體，大學是步入社會前最后的教育階段。與中等教育相比，高等教育更加直面社會的需求，因此，學生的思維方式不應該禁錮在課本理論中，而應該與實踐建立緊密的聯系。除此之外，大學教師的責任除了課堂中的授課，還需要承擔部分社會實際需求的課題和項目。鑒于此，本文提出一種新的教學方法，即授課過程中鼓勵教師將自身科研項目與課堂教學內容相結合，通過將科研與教學融合，引導學生對目標問題產生興趣，從而提高教學效果。例如，對于山區公路、鐵路沿線的崩塌落石問題，將嚴重阻礙公路、鐵路的正常通行，圖2為2021年7月發生在青銀高速石太段的崩塌落石，導致該路段阻斷18小時。對于崩塌落石災害的授課，學生只能了解到崩塌的定義、類型、誘發因素和防治手段等常規知識，這些知識點學生看不到摸不到，很難提起他們的興趣。對于崩塌落石問題，其核心問題主要包括如下四個方面：落石從哪里落？怎么落？落在哪里？怎么防治？這些問題對應教材中的知識點分別為危巖體的識別、崩塌的破壞模式、落石的運動軌跡以及主動防護或被動防護方式，而將這些問題經過概化轉化為科研問題后，其對應的問題則是一個多學科的交叉，見表1。具體如下：對于危巖體的識別需要通過無人機航拍結合圖像處理進行，搭建室內物理模型試驗平臺或者數值仿真分析對落石軌跡進行計算，采用機器學習（BPNN、SVM）等對落石軌跡進行預測，從而可以對崩塌落石的防治工作提供技術指導。這其中，采用無人機對現場危巖體識別時，可以將無人機視頻影像保存下來讓學生了解何謂崩塌；帶領學生對搭建的物理模型實驗臺進行現場演示試驗，可以讓學生了解崩塌的墜落形態和過程；通過數值仿真分析結果演示落石的運動特征和規律，并引導學生自己動手調整風化巖石的模型參數，直觀感受落石的運動規律。借助實際項目，將理論課與實驗課相結合，可以提升教學過程中學生對知識點的興趣，同時也會增強對問題的理解力，將理論聯系實際，通過增強學生在實際問題中的參與度鍛煉學生的自主學習能力。

（三）" 完善評價體系，采用多元化課程評價模式

成績對于學生來說固然重要，但高等教育模式不應僅將成績作為唯一的衡量標準。對于大學生來說，畢業后走向社會面對就業，更多的則是需要對學生綜合能力的考察，因此，傳統意義上用單一成績來評價學生對待掌握問題的能力十分片面。為此，本文認為需要從兩方面進行完善：①在沿襲傳統考核方式的同時在試卷的考察內容上進行創新，比如增加案例題，提高學生對待整體問題的分析能力，考察學生對問題的綜合理解能力；②增添其他考核方式，鑒于地質災害防治課程實踐性較強的特點，可以將實際案例進行分割，然后讓學生分小組討論，每個小組提出他們認為有效的解決方案和解決方法，這樣既增強了學生的參與度，又考察了學生解決問題的能力。最終試卷成績與課堂的隨堂討論比例可設為6∶4。雖然仍然無法擺脫傳統的試卷評價方式，但是結合試卷中的案例分析題和隨堂討論，可以建立學生對待地質災害防治課程整體的認識和參與度，同時對隨堂小組討論的結果進行及時評價和反饋，提高學生對待地質災害防治的整體認識，將為走向工作崗位后參與具體工作事務打下堅實的基礎。

五" 結束語

鑒于地質災害的強隱蔽性、突發性和動態變化性等特征，伴隨著大數據時代、人工智能時代的到來，新一輪科技革命悄然興起，在此緊迫的背景下，科技的重要性日漸突出。地質災害的防治工作本身就是一項專業性很強的工作，離不開高水平的科技支撐。因此，時代要求高校教師對基礎教學進行改革，大力開展學科交叉融合，將最新科技成果融入到授課過程中。本文以石家莊鐵道大學地質災害防治課程教學改革為例，針對課程目標和特色，面對當前教育教學問題，在學科交叉的大背景下，教學內容迭代更新，實現學科的交叉化，將科研與教學相融合，鼓勵學生自主思考，提高學生對實際問題的參與度，注重考察學生的綜合素質，為國家培養應用型、復合型高水平人才提供指導。

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