“地学云堂”及在地质实践教学中的应用

徐文杰

清华大学 水利水电工程系，北京 100084

一、概述

野外地质实习是国内外许多高校地学、水利、土木、矿山、道路工程等专业重要的野外实践课程，许多高校纷纷拥有和建立了自己的野外地质实践教学基地[1-4]。长期以来野外地质实习以野外老师带队、学生对照地图野外填图等方式进行，学生出野外前对实习区野外地质情况不了解。在野外基本采用“跑路线”“点讲解”的模式，学生在野外实习时显得盲目、主动性差。同时，由于野外地质实习带队老师缺乏，通常1个老师野外一次带30名甚至更多的学生，由于野外讲课环境较差，很多同学不易听清老师的讲解……这种现状导致在地质实习教学过程中，难以达到理想的效果。

为了更好地发挥地质实习在地质课程教学中的优势，清华大学从2016年推出了以地质教学、地学科普教育为主题的三维在线信息平台—“地学云”（http://meggs-thu.com/MainPage）， 与此同时也推出了相应的微信公众平台—“地学云堂”。通过“地学云堂”，用户可以将野外地质实习线路、实习点主要内容及相关知识点等上传到实地场景；并可通过 “地学云”实现所有信息的上传、浏览和访问。从而可以实现不同学校、不同地域实习资源的共享，拓宽学生视野；另一方面，学生在出野外前可以通过系统平台对实习区的实习点内容、涉及知识点等进行预习和思考，带着问题去野外，从而更主动地去学习和认识。

为了进一步推行教学改革，提升学生主动探索、主动思考和主动学习的能力，在春季“工程地质”混合式教学改革的基础上，以所推出的“地学云堂”为平台，我校水利水电工程系2017年暑假“地质实习”课程首次推出混合式实践探索和尝试，真正实现学生野外完全自主认识、自主学习。

二、“地学云堂”功能

1.基本功能

目前地学云堂微信公众号的基本功能主要有：

（1）上传所看到的典型地学信息与他人分享，所上传的信息一旦被系统审核录用，系统将以微信红包的形式进行奖励。

（2）有关地学信息的学习与交流，系统将不定期发布有关地学知识，供用户学习和浏览。

（3）红包捐赠。由于目前系统平台开发、维护及运营费用主要来自清华大学本科教学改革项目及清华大学水利水电工程系“工程地质”课程教学团队筹集的经费。如果有用户愿意为平台建设贡献一份力量，用户可以红包捐赠的方式进行资助，资助名单将在“地学云”系统中列出，同时所捐赠的费用将全部用于后续系统平台建设、维护及用户奖励。

（4）学习资源。“地学云堂”不定期向用户推送地质学相关课程、地学科普信息等。

2.红包奖励说明

为了鼓励用户对所见到的地质、灾害及工程等信息与其他用户共同分享和交流，以拓宽用户群体在地学知识方面的视野，用户可以通过微信公众平台实时、实地上传所见到的信息。

为给其他用户提供可靠数据信息，希望用户在上传信息时务必保证数据的真实性，若对其中有疑惑的问题可以在备注中加以注明，以便系统管理人员对数据进行核对和分析。系统管理人员将对用户上传的数据信息，进行审核，确保数据信息价值及真实性，用户上传信息一旦被系统录用，将给予不同程度的红包奖励。

3.实时、实地上传信息

用户通过“采集”功能菜单，实现信息的实时、实地上传，目前包括“地球科学”“地质灾害”“工程建设”“数字校园”及“建筑古迹”等信息类型（图1）。用户可根据拟上传的具体信息类型，选择具体的上传菜单。

如选择“地球科学”菜单，则出现如图2界面。用户可以通过输入、选择等操作对所采集信息进行描述；同时，点击“上传图片”可以对所要描述的地质信息进行拍照（或从手机照片中选择）。待所有信息输入验证后，点击“保存”，信息数据将上传到“地学云”三维信息平台，所上传信息在三维平台上对应的地理位置为上传时实际的地理位置。若信息被系统审核通过，所上传信息将给其他用户共享，同时对上传用户进行发放红包奖励。

图1 地学云堂上传信息功能模块

图2 “地球科学”上传信息功能界面

若选取“教学点”则会出现图2(b)的信息，该功能仅对高校教师开放，用于上传地质学教学实习线路对应的实习点信息。

4.线路导航

选择“实习监督”下的“线路导航”，根据用户实地位置显示周围的实习点，点击相应的实习点，将弹出本实习点的实习内容、知识点及问题思考等信息（图3）。

图3 线路导航及点信息查询

在采用混合式野外实践教学时，由于学生完全自主实习，没有任何带队老师，该功能为了让学生在陌生的野外实习能找到相应的实习点及对应的实习内容和知识点。

5.实习路线

“实习监督”下的“实习路线”（图4）：一方面用于监督学生野外实习状况，另一方面用于学生实时、实地上传所看到的实习点的内容及分析等。

图4 新建实习路线

通过实习路线功能，可以将学生用户的行走轨迹、所看到的实习点（文字描述信息、语音视频、照片等）等实时实地上传的“地学云”平台，教师可以通过后台检查学生的实习路线及实习内容，从而对学生的实习状态等进行管理和分析（图 5）。

另外，学生用户也可以在“实习路线”内容中选择背景为“地图模式”还是“卫星影像”模式，同时也可以显示或隐藏实习点信息，便于更好地对实习点进行导航（图5）。

学生结束当天实习线路后，可通过“地学云”对野外实习路线、采集点等进行整理、撰写报告（图6）。一方面，学生可以通过平台将野外实习看到的局部“点”与实习区“整体”便捷地关联起来，实现“点—面”的有机结合，从全局观看待各个地质现象；另一方面，以多种方式（文字、图片、视频等）记录信息，使得采集信息更全面、更直观。

教师可通过“地学云”查看每个学生的野外实习情况，对学生的实习状况进行监督和管理，确保实习质量。

图5 线路采集模块

图6 通过地学云查看野外实习路线及采集信息

三、野外地质实习混合式教学

2017年春节首次推行野外地质实习的混合式教学，共有4个小组22人参与，上传实习路线共80人次。整个实习过程中没有任何带队老师，学生完全实行自主式实习：出野外前，通过“地学云”对实习路线、实习点等内容及知识点进行自主预习（老师可以通过后台查看学生是否预习）；在野外实习中，通过“地学云堂”实现实习点导航、实习认识内容及知识点学习的上传。

1.教学改革与实践效果

率先在野外实践过程中探索混合式教学改革；调动了学生的学习兴趣，让学生带着问题去野外，主动思考问题、认识问题，提升学生主动学习的能力，以及主动探索和发现问题的能力；实现“以学生为中心”的教学探索模式；解决了目前野外地质实习带队老师缺乏这一现状。

（1）提升学生主动学习和思考能力。在开展混合式野外教学实践时，由于没有老师带队，学生在出野外之前需要通过“地学云”提前预习相关实习路线；在野外“地学云堂”可以及时地提醒学生需要考察的实习点，辅助学生的认知和理解。在此基础上，独立自主进行野外实习点的探索，发现有关地质现象、地质问题，从而让学生对实习点内容有更加深刻的认识和理解。在传统的教师带队讲解实习中，学生的思维基本跟着老师的讲解去思考，缺乏主动认知能力，约束了学生的主动性。而通过自主的野外探索式实习，每一步认识、判断及逻辑思考都需要自己去思考，都是自己的真材实料而不是人云亦云。在这一过程中，学生的角色既是老师又是学生，同时也让学生真正了解地质工作需要自己去实地考察和调研。

（2）提升学生主动探索和创新能力。如何在教学过程中提升学生的创新思维，一直是教育教学面临的难点。在混合式野外实践教学中，针对每一处地质现象，都需要学生在实地进行观察和发现，然后通过合理的推测和猜想去做进一步的探讨，而不是一味地查资料或者听老师讲解。同时，这一过程中，学生需要运用自己所学的知识分析自己所见，这样才能真正地发散学生的思维，让学生的认知能力和认知水平得到提高，甚至发现新的地质现象，提出一些更深入的思考。

（3）提升学生团队合作能力。混合式野外地质实习过程中，学生们要以团队小组的方式进行。一方面，团队内各同学之间要相互讨论和交流，甚至有知识上的“争执”，从而能够在野外找到合理的“答案”；另一方面，野外实习条件较校园环境差，团队内的学生要相互帮助和关怀，从而进一步增加同学间的友情 。

2.平台后续发展

为了更好地提升实习效果，后续实践过程中（或实习回来）需增加答疑环节。同时，“地学云”“地学云堂”将继续完善，为企业服务(野外调查、数据采集等)，从而为用户提供一个更好的学习、交流、教学与研究的多功能平台。

四、结论

针对目前地质实践教学中存在的难题和不足，充分利用现代“互联网+”技术手段，开发了国际唯一的集“资源共享、教学实践、地学科普及科研应用”于一体的综合性三维信息平台—“地学云”及“地学云堂”微信公众平台，形成开放、共享的跨平台在线地学实践教育平台。基于该平台，率先开展了地质实习混合式实践探索和尝试，真正地实现了学生野外完全自主认识、自主学习。通过实践教学表明，基于“地学云堂”的地质实习混合式教学方法，极大地提升了学生主动学习的能力，以及主动探索和发现问题的能力，实现了“以学生为中心”的教学目标。