基础地质实习教学方法的改革、创新与实践

王建秀 周洁 吴林波 顾其伟 刘佳星 门龙 叶真华 刘琦 赵宇 崔韬

摘要：针对基础地质实习教学方法进行改革和探索：转变教师的角色，使之由知识的灌输者转换为学习的引导者。转变学生的角色，使之由教学中的知识接受者转化为知识获取者。转变教学思维方式，由教师直接给出肯定结论转换为学生自主讨论、自主做出结论。转变考核方式，由单纯考核知识掌握情况转化为考核综合工作能力和方法。引入回弹仪、红外热象仪、3D扫描仪、无人机等新的实习方法，提升学生实习兴趣和动手能力。

关键词：基础地质实习；教学方法改革；自主学习；多角度考核；实习新方法

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）08-0110-03

一、引言

同济大学地质工程专业基础地质教学具有鲜明的特色，形成了完善的教学体系。该体系包括基础地质课堂教学、基础地质实验以及基础地质实习。基础地质教学体系的第一层次是课堂教学，内容覆盖了普通地质学内容，为学生日后学习打下坚实基础（图1a）；第二层次是实验教学，在实验室内让学生学习和认识岩矿鉴定的基本方法，在室内认识岩矿标本、岩心、古生物化石等地质样品，在样品尺度上认识地质体（图1b）；第三层次是实习教学，在学生已经掌握了普通地质学理论知识和一般岩矿肉眼鉴定知识后，到大自然中去，在野外学习基本的地质工作方法[1-2]，在野外原位认识岩石和矿物、地质构造、地质灾害、水文地质条件以及地壳运动的证据等（图1c）。在野外地质实习中，传统的方法是老师带队，沿着设定的实习路线，走到某个地质点，老师现场讲授，同学们记录，然后让同学们在有限的时间内进行实际操作。由于时间短、地质点附近空间有限、学生未充分掌握地质技能等原因，很多同学只是走马观花，简单听讲，简单记录，工作即告完成，教学效果不够理想，为此，对基础地质实习工作方法进行了改革和创新的探索，例如将3D数字扫描-3D数字重建-3D打印技术流程引入工程地质教学实践[1]，多年实践证明效果良好，可供类似实习参考。

二、教学方法的改革

1.转变教师的角色，由灌输到引导。高校教师主要工作是“传道、授业、解惑”，在课堂传递知识点方面，此方法效果良好；但在短期的课程野外实习中，若仍将教师设定为教学的第一主角，则会存在诸多问题。野外实习，不是在野外的课堂教学，学生不应光靠听讲和思考来掌握知识，教师不应代替学生进行主动思考和操作。为此，在野外地质教学中，尝试转变教师角色。在每条工作线路开始之前，教师尽量不到地质点来讲授知识，而是在线路开始之前，给同学们阐述要学习的知识和技能（图1c），介绍宏观地质背景，提出要解决的地质问题，大致指定地质点的空间方位，然后让同学们以小组为单位，自行到地质点附近找点并进行相应的地质工作（图2）。在同学们工作过程中，教师纠正错误方法，通过提问方式检查工作效果。最后，教师总体总结，将指导性、结论性的内容放到最后来讲，便于同学对比和校正自己工作内容。

2.转变学生的角色，由配角到主角。在传统教学中，学生是知识的受众，主动权在教师手中。对于部分学习主动性不够的同学，完全变成配角。学习变成别人的事，也不是一個愉快的过程。为此，转变学生的角色，让其由配角变成主角。学生在每条实习路线开始之前，通过教师讲授对实习区的地质背景、用到的基本知识、每个地质点上可能的内容进行了解。之后，学生自行寻找实习观察地质点，并对之进行观察、讨论、描述与总结（图3）。由于是多组并行实习，存在实习效果的对比，也要考虑怎样通过小组内部的有效协同，来提高工作效率。实习结束后，以小组为单位轮流汇报工作内容，让同学们成为实习的主角，提高其在学习过程中的兴奋度和紧张性，变被动学习为主动学习。

3.多角度考核，由知识到方法。通常，在经过基本功训练和基本考核之后，尽管学生们考核时基本过关，但仍会有20%-30%的学生对于基本技能存在似是而非的认知状态。在实习过程中，除了在基本功训练部分要每个人过关来测试基本的地质技能以外，每到新的地质点，教师都会将基本功训练中部分技能分解出来，让学生具体操作。将野外地质技能糅合到整个地质线路的实习中，将复习和测试贯穿到实习的整个过程中。动手能力强和不强的学生在反复的训练中，得到技能的提升，从不会到会，从不熟练到熟练。在实习中，重点培养学生探索和掌握学习方法，而不仅是知识的传授。以至在实习的后期，每到一个地质点，学生们在没有教师要求的情况下，仍会自发地按照基本功训练方法开展观察、讨论和记录。

三、新方法

结合科学研究工作，本课程在野外实习工作中除了采用传统的地质工作方法外，还引入了回弹仪、红外热像仪、3D扫描仪、无人机等新的实习方法，提升学生实习兴趣和动手能力。

1.回弹仪。基于服务于本校地质工程主体、服务于工程建设的教学理念，本课程在进行基础地质实习过程中，引入回弹仪（图5（a）），将不同岩性及构造的岩体视为具有不同工程力学属性的材料，对实习路线中的火山角砾岩、凝灰岩、花岗岩、泥岩及板岩等进行测试比较，促使学生将地质体的地质属性与工程力学属性进行衔接思考。

2.红外热像仪。为了激发学生对地质问题的创新性思考，引入FLUKE Ti95型热红外仪用于岩土体识别应用教学（图5（b））。通过所采集到的不同岩性、土性及生物在热红外分布上的差异性（图6），使得学生直观理解到热红外仪工作的基本原理，认知不同成分结构的地质体与生物体的热红外辐射差异性，思考热红外在地质调查过程中应用的可能性，思考热红外仪现场应用过程中的干扰因子（如采样距离、样品含水率）等。

3.3D扫描仪。在野外地质教学中，一般采用现场手动测量的方式获取岩石、矿物的特征和测量岩层及节理的产状。平面照片仅能反映地质体平面两维的图像学特征，无法采集地质信息。本实习在野外工作中，引入3D扫描仪，针对典型的岩石，除了用手工进行标定和定向外，采用3D扫描仪获取地质体表面形貌特征，形成点云数据。利用图像纹理贴图技术，将可见光照片与野外3D数据结合，利用杰魔Geomagic Studio形成三维表面和三维实体，然后用三维后处理贴图，获取具有矢量数据的地质体表面三维特征，在计算机系统里重建野外地质体的三维形貌，生成能在计算机里测量产状的数字模型（图7）。极大地提升了学生的学习兴趣。

4.无人机。考虑到传统的野外实习中，学生只能进行局部露头与手标本尺度的观察；对于大范围或者远距离的宏观地质形迹，并不能很好地观察分析。故引入大疆无人机，对实习区横山观察点的陡壁与天平山山顶的花岗岩露头进行拍摄观察，培养学生从多尺度角度对地质现象进行观察分析的能力。

四、结束语

以上教学改革工作在同济大学地质工程专业苏州地质实习中实践了4年，取得了一些经验，同学们在野外实习中自主性明显增强，能够接受新的以自己为主体的实习方法，同时，还能在组长的带领下，开展相关问题的工程地质分析和讨论，并能做出结论，激发了学生自主学习和辩证性思考的能动性。基于对传统基础地质实习模式的再审视，结合本校地质工程专业学生基础地质主体服务于工程建设的理念，在基础地质短期实习过程中，引入红外热像仪、回弹仪及无人机，促进学生思考新型技术在工程地质勘查中的应用可能性，思考具有不同地质构造、不同成分的地质体作为工程材料的属性表征，并应用新型技术以保证多尺度地质调查得到有效进行。

参考文献：

[1]王建秀，刘笑天，居哲超，等.3D数字扫描-3D数字重建-3D打印技术在地质工程教学中的应用[J].教育教学论坛，2016，（42）：160-161.

[2]唐益群.工程地质学实习教程[M].同济大学出版社，2002.