“虚、实一体化”教学体系的探索

陈青 谭先锋 况昊 王佳 李小刚 王拓

摘要：构造地质学因地质构造现象复杂多样，在实验室难以重现，造成教学中理论和实践的脱节，使学生很难将所学知识与各种复杂的客观构造现象融会贯通。本文介绍了运用虚拟仿真技术和构造模拟装置，构建构造地质学“虚、实一体化”教学体系的建设内容和实施途径，从而达到提升学生学习效果，提高地质实践基本技能和地质空间思维能力的目的。

关键词：虚、实一体化；构造地质学；实践教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）09-0267-02

序言

“构造地质学”是地质学的三大支柱学科之一，也是固体地球科学及地质类专业的一门专业基础课。“构造地质学”主要研究组成岩石圈的各种地质体的形态、变形构造作用的成因机制，及其相互影响、时空分布和演化规律。然而，赋存于地下、经历了漫长地质历史的地质体的形成过程看不见、摸不着，在实验室环境中难以再现，并且复杂的地质作用和矿产赋存状态在真实实验中也无法重复，导致该课程具有抽象性强、系统性强和实践性强的特点。因此，学生很难将所学知识与各种复杂的客观构造现象融会贯通，出现理论知识与野外实践的脱节。当前的教学实践表明[1-6]，培养学生对地质构造的感性认识，必须理论联系实际，加强实践能力锻炼。实践教学是高校培养学生创新精神和实践能力的重要教学环节，是促进学生知识、能力、素质协调发展的重要途径和手段[7，8]。因此，如何建立一套相互有联系、一体化的实践教学资源，将理论教学与实践教学有机联系在一起，培养学生的地质思维和地质技能，成为亟待解决的问题。

一、“构造地质学”课程“虚、实一体化”教学理念的内涵

“虚、实一体化”教学模式是以虚拟仿真技术为基础，运用计算机对实景进行仿真和模擬，从而提高学生对抽象概念的理解和掌握，更灵活、自由地开展教学活动[9]。在构造地质学课程教学实践中，引入“虚、实一体化”的概念，即是利用计算机模拟技术，虚拟地下条件变化情况下可能产生的地质构造，使学生对看不见、摸不着的地下地质构造产生直观认识[10]；同时，利用构造物理模拟装置，再现地质构造形成演化过程，强化学生的理解和认识，达到野外地质实践体系与理论课程相结合的目的。这一教学模式以计算机虚拟成像和室内微型化再现为依托，合理有效地运动现代教学技术手段，在“静”的基础上，增加“动”的情景再现，重现断层、褶皱等构造的形成过程，从而弥补学习环境和实践手段的不足[10]。

二、“构造地质学”中“虚、实一体化”教学体系建设内容

以多年教学过程中积累的各种构造现象的图片、动画和录像等教学资源为基础，配合相应的实验室软、硬件设备，构建作为理论教学与实践教学之间过渡桥梁的虚拟仿真软件，再现地质构造的形成与演化过程，从而形成“虚、实”结合的一体化课程资源。

1.构造地质学理论教学数字化课程资源包建设。理论教学的数字化课程资源包括多媒体、动画视频、全国各主要地区构造图件、典型构造的地质模型、野外地质实例图片等。将各类资源按教学内容和知识点分单元整理和归纳，不仅为虚拟技术的实现提供了基础素材，而且也更便于授课过程中灵活、快速地展现出各类地质构造现象。

2.构造地质学实践教学的构造物理模拟装置建设。为保证教学的更好进行，我院构造地质实验室购置了一套构造物理模拟装置，它可通过模拟构造形成过程，对典型地质构造现象如伸展、走滑、挤压等，进行实际的室内过程再现，从而实现对地质构造的成因定性和定量分析。因此该套设备的充分使用，可强化学生对抽象地质现象的理解和认识，达到野外地质实践体系与理论课程相结合的目的。

3.构造地质学实践教学中虚拟仿真软件建设。在构造地质学理论教学数字化课程资源包建设的基础上，对于赋存于地下的地质体，自主设计计算机模拟程序，展现地质结构的三维空间立体模型，演示其构造运动。将虚拟的地质结构应用于教学中，不仅有利于学生对地质现象建立立体空间概念，也使学生对地质历史的演化过程能有更深刻的理解。

三、“构造地质学”中“虚、实一体化”实践教学体系实施途径

1.文献研究及现状分析。对不同高校构造地质学课程的教学体系进行深入的文献调研，总结各大高校理论教学与实践教学环节中存在的问题、学生在学习过程中面临的困难，以及相关的改革措施，重点分析各高校教学改革方法、标准及实用性。同时，分析我校构造地质学课程群教学环节和教学资源现状，尤其是野外实践环节存在的问题和困难，与国内同类地质院校构造地质学课程设置进行对比，总结经验，取长补短。

2.自主开发模拟程序。利用现有教学资源的软、硬件条件，针对构造地质学教学过程中的薄弱环节，尤其是理论与实际不能很好结合的构造现象，自主设计计算机虚拟成像程序和构造物理模型试验过程。

3.实践应用、反馈和修正。将整合的教学资源和新开发的模拟程序应用于理论课及实践课的教学过程中，编制新的构造地质学实验项目，选择试点班，综合开展新教学方式的实践。同时，根据问卷调查的反馈意见，对存在漏洞、效果不佳的实验项目进行调整，以此推动“虚、实一体化”教学资源建设的顺利进行。

四、结语

“虚、实一体化”实践教学体系可改善“构造地质学”课程的传统教学模式，根据教学内容的特殊性，实现复杂地质构造的计算机虚拟成像，以及地质构造过程的室内微型化再现，从而达到虚实结合、理论与实验有效衔接与互补的目的，使学生真正理解并掌握基本地质构造的形态、分类、组合形式和形成机制，及各种地质构造的观察描述和研究方法，最终提高地质实践基本技能和地质空间思维能力。

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