大数据时代背景下普通地质学的教学改革

廖浚伶，吴凯，程溪

大数据时代背景下普通地质学的教学改革

廖浚伶1，吴凯2，程溪1

（1. 兴义民族师范学院 经济贸易学院，贵州 兴义 562400；2. 贵州省黔西南州自然资源局，贵州 兴义 562400）

在大数据时代，“以授为主”的传统理论教学迎来前所未有的冲击，对人才的培养提出新要求，普通地质学课程的教学需做出相应的改革．在分析现有教学局限性和总结其他高校经验的基础上，辅以近年来在普通地质学课程、相关课程以及毕业实习教学中的教学体会，提出从灵活的教学思维、科学的实习路线、虚拟实验室的构建、任务驱动式教学以及考核方式的多样化等方面进行教学改革．旨以激发大学生的主观能动性，为后续专业学习打下坚实基础．教学效果证明了改革措施的可行性和有效性，而“以学生为主动参与者，构建的实践教学体系应不断进行优化”的教学思维是教学改革之本．

大数据；普通地质学；实习路线；考核方式

地质学是研究地球起源及演化的科学，主要探讨地球的组分、内部构造、外部特征、生物的起源与进化、各地质作用等，是基础学科之一，其应用广泛，知识点广涉工科类多门学科，如交通工程、土木工程、矿山工程、环境工程、水文水利工程、城市规划设计等[1]．地质学以“将今论古”“以古论今”解释历史事件、预测未来以及进行科学规划设计，这些思维方式的掌握有利于提高大学生的素质[2-3]．因此，地质类通识课程的设置可拓展学生知识面，促进与其他学科的交叉融合发展，推进地质教育科普化的进程[1]．普通地质学作为地质学和地理学学生阶梯式课程设置中的初期重要课程，在课程内容上，由4个主体部分组成[2-3]：地质学基础知识、各种外动力地质作用、地球演化、人类社会与地质环境的关系．在课程体系结构上，普通地质学涵盖了所有后续分支学科的知识点及研究方向，对教师的野外经验和实践能力，学生的理解能力和空间想象能力有较高的要求．在大数据时代，信息以井喷式涌入，冲击着教育乃至生活中的各方面，“以授为主，以黑板为介质”的传统教学已跟不上变化的脚步，教学思维、手段和方式面临着改革的迫切需求．此外，因地质学知识点可分解为多个独立的教学点，除了常规课堂教学和实习考察教学外，还可以以多媒体的方式进行演绎，上传至数据库中，能更好地得到传播和推广[4]，又具备了与大数据很好契合的优势．

根据近年来在普通地质学课程、相关课程以及毕业实习教学中的教学体会，分析大数据背景下普通地质学课程教学所面临的挑战和机遇，以2017级人文地理与城乡规划专业的学生为初步改革对象，提出如何进行普通地质学课程的教学改革．

1　课程改革

1.1　改革“重理论，轻实践”的思维方式

地质学中的内力地质作用和外力作用类型与特征、地质灾害、地质构造、水文地质等，以地质奇观展现大自然独有的魅力．然而，地质学的理论深奥、抽象，仅靠侧重于基本理论和知识点，以黑板为介质的传统教学，没有野外现象这个重要载体，学生学习比较吃力．呆板的课堂教育或减少野外实习课很可能导致学生囫囵吞枣或不求甚解．而实践教学是以野外的实习方式，将基本的地质概念结合地质现象，加深学生对课堂内容的理解，是一种以学生本位出发，创新人才培养模式，能很好地提高学生自主学习能力和解决分析问题的能力[5]．在普通地质学的野外实习中，应安排实践常用知识点教学，包括罗盘的使用，地形和地质图的解图和定点，岩石类型的认识等．

1.2　建立地方特色的实习教学路线

在漫长的地质时期，内力和外力地质作用下遗留的地质自然遗产由于岩石基础、古地理条件、大地构造、水文地质作用等因素不同，造就了区域间地质遗迹的千差万别．在普通地质学野外实习路线设置中，尽可能做到对地质资源类型的熟悉，设计出既能涵盖地质遗迹的多种类型，又能高效利用时间的科学实习教学路线．如兴义国家地质公园被国土资源部评为第四批国土资源科普基地之一，可作为基础地质实习基地，其由三叠峰林园区、泥凼石林园区和乌沙贵州龙园区组成，以喀斯特地貌景观和海生爬行动物化石组合为中心内容．前者主要讲述喀斯特景观地貌，后者主要介绍兴义动物群中的贵州龙化石（中国学者首次命名的三叠系海生爬行动物类化石[6]）．联系贵州兴义的地方特色，根据路程、方向、地质自然遗产的精品内容，可分为南北向的地貌景观线路和东西向的三叠系古生物化石线路：路线1．兴义市区→马岭河峡谷→纳灰西峰林→洼地→敬南的南峰林→敬南大型溶洞→泥凼石林→三叠系岩相变化（浅海斜坡-深海盆地）．路线2．贵州龙博物馆（顶效绿荫村，贵州龙的最早发现地[7]）和乌沙国家地质博物馆．其中，路线1为精品路线（见图1），内容丰富，囊括了不同种类的岩石（马岭河峡谷杨柳井组白云岩、纳灰的垄头组泥晶灰岩、泥凼以南的边阳组砂页岩）、喀斯特的多种类型（塔状、锥状、针状喀斯特）、多样的地貌景观（深切峡谷、纳灰落水洞、峰林盆地、峰丛洼地、溶洞、石林）、三叠系海洋碳酸盐的岩相变化与沉积环境变化（浅海斜坡-深海盆地）4个主题．实践型教学以精品实习教学路线为内容，让学生走出课堂，改变了填鸭式的理论教学．教学内容变得生动、直观、更易理解．与此同时，实习路线的设定也对教师的专业素养提出了更高的要求．在师生之间的交互中，深化师生的专业技能．

图1　精品实习路线

1.3　建立虚拟实验室

实验教学在高等教育中具有重要作用，作为实践验证理论的研究平台，培养学生动手能力和创新思维等综合素质的载体，是教育从谈理论到培养实践能力转型的有效途径之一[8]．而虚拟实验室的构建则是信息和通信技术以跨界融合推动实验教学的创新改革[9]．其突破了实验室建设成本高、重复构建、资源封闭及地域空间制约的缺点，是大数据时代下教学创新的产物之一，可很好地实现资源共享和配置优化．

1.3.1教学平台的构建设立载物台（矿物和岩石、相应的硬度计、HCI溶液等）、岩石页面、标本橱窗以及展示板．其展示内容涵盖地球起源、地质灾害、岩石样本、各内力和外力地质作用下形成的地貌、各种岩石和矿物、无脊椎和脊椎动物化石、化石的CT重构图以及地质构造图等．在这个虚拟实验室中，模拟实验可达到仪器共享，实现与世界博物馆以及各行业之间的资源共享，打破资源封闭的壁垒，可有效规避高昂设备的资源浪费[10]216．

1.3.2教学终端的构建生活中常用微信或微博等网络平台，但凭借这些网络平台不能很好地显示教学材料，无法满足教学互动及实现一对多的形式，更不允许历届学生的累积性加入．信息的大量涌入向传统教学提出了挑战，单一文字表述、填鸭式的教学面对大数据时代的高速发展显示出滞后性．虚拟实验空间作为动态互动网络平台[10]215，能很好地展示实验材料．此外，它既能实现集中教学，拉近师生间的距离，促进交流，还能让学生在教师的远程协助下，通过网络跨越空间完成实验．在这个虚拟实验室中，以集文本、图形、图像、视频、表格、音效等多种多媒体教学方式，展现生动、立体、直观的仿真场景．如可先呈现出玄武岩石柱群（冰岛斯蒂基斯霍尔米、英国北爱尔兰安特里姆平原边缘处、云南腾冲龙川河沿岸）的静态图片引起学生的兴趣和思考，再以动画演绎“从地下喷发而出的熔岩冷却收缩成棱柱体”的形成过程．此外，多媒体教学还可通过信息的输入与输出、网页的交互形式作信息对比．

将数据映射为立体几何图元的建模过程，或将几何图形呈现为图像的可视化过程，都是以直观的图示方式实现视觉转换，让信息传递得更为深入．以直观的图示方式实现视觉转向，使信息传递更加深入．可视化应用可追溯至以数据统计图（直线图、折线图和散点图）、股票行情走势分析、地震动态监测、断裂模拟、生物分子作用等．数值模拟可视化在虚拟实验室这个网络平台的引入，可使抽象知识形象化．交互式教学效果的增强，更便于深入理解．在虚拟模型构建中，学生还可随意拉动、标记、复制、添加、旋转、放大、缩小、复位，逐层剥离获取断层结构．而在这一系列操作完成，计算机系统关闭后，虚拟模型会自动恢复至初始状态．由此可见，虚拟实验室以多种教学形式而非仅凭借单一的介体进行知识点的传递，以求深化理解和强化记忆的教学效果．

1.3.3资源平台在教学资源平台设置地质类软件和学习视频下载栏，开设教师答疑、习题库板块．联系虚拟空间任务栏（见表1）不定时发放探索式任务，激发学生的好奇心，探索任务．如地理位置图的绘制常见于项目的首要位置，涉及coreldraw绘图及photoshop制作效果．任务栏设置的目的是使学生“有所求，求有门，走有路”．在清晰的任务步骤指引下，学生可系统且快速地掌握软件及绘图的规范化．总之，任务驱动式引导教学，让学生逐步认清专业学习轮廓，能更好地发挥主观能动性，追寻自我提升．

表1　虚拟空间的任务栏

在教师答疑及习题库板块中，教师就学生提出的问题进行解疑的过程中，由学生的触发促进教师对教材进行更深层次的思考，更新知识结构非人为．学生之间的互相答疑或自主讨论能让更多的学生参与问答环节，提高学生的竞争意识．在习题库中，设置单选题、多选题、填空填、名词解释题、判断题、简答题、计算分析题等．该题库的创建围绕教学大纲，深度挖掘每一章节的重点和难度，教师从习题库中抽题作为随堂练习，以便及时了解学生对知识点的掌握情况．

2　考核方式改革

改变传统的试卷考试制度，采取多维考查或考试方式．在期末成绩中，缩小试卷考试成绩比例，相应增大野外调研和完成任务的比例．一方面，纸质考试中，以地质综合分析图为主，完成题目需结合三大岩石的形成特征、结构、重大地质事件的发生和先后顺序、古地理情况、地质年代表、古生物化石情况等知识点进行综合分析．这样的考核方式需要学生对知识的理解不能浮于表面，而是深刻理解和融会贯通．另一方面，创新的考核方式不局限于纸质考试．如让学生参与虚拟实验室数据库的共建．其建设内容以矿床、构造、地球化学、地貌学，古生物等板块而展开，学生自行设计并展开野外考察，或在室内进行网络资料收集，最后以短视频、动画、微信公众号的制作、报告等形式完成信息导入与共享．如在对褶皱现象的认识中，需收集该构造点地理坐标，在卫星图中进行坐标展布；最后将现象的概图、详图，该构造点的坐标卫星图的组合图版输入数据库中．信息输入的结果将计入考核的最终成绩．虚拟实验室设置的任务栏板块，以奖励学分的形式驱动学生完成任务，其分值以30%的比例计入期末成绩．

考核还可以采用岩石薄片的矿物成分镜下鉴定的形式，强化矿物鉴定技能．学生可在虚拟实验室利用三维仿真、数据交互等技术，再结合真实的显微镜鉴定矿物成分，并在不同目镜下进行校正和拍摄．在对矿物外形、光学性质、力学性质进行分析后，将图鉴和分析报告上传于虚拟实验室数据库中．学生还可以自行分组，以地学思维联系身边实际的工程问题，探讨解决办法，最后以数据矢量化和可视化对现象和结果进行综合呈现．

3　改革成效

通过对兴义民族师范学院2017级人文地理与城乡规划专业的普通地质学课程的初步改革，效果初见．多数学生对路线型的实习深感有趣．任务栏用Coreldraw软件简单建立，以平时作业的形式发放．任务驱动式教学的效果在平时作业中已见雏形，多数学生对断层的识别和形成，地层的接触关系，先后出现顺序和地质意义有很好的理解．虚拟实验室未完全启动，学生以数据矢量化形式回馈，师生互动以智慧云为途径．期末考查中，采取可选择性的考核方式，在对地质图的识别中，多数学生对于复杂的综合地质图识别达到了熟悉的程度．在野外实习中，具地方特色的实践教学路线在学院，甚至地方中小学的科普活动中得到大力推广．在任务完成的过程中，问与学的师生链接得以建立．最后，通过目标考核达成度分析发现，2017级城乡规划与人文地理专业该门课程的良好率超过85%．

综上所述，以普通地质学课程结合计算机辅助基础课程及毕业实习设计为核心，结合地方特色设定实习路线，构建虚拟实验室，改革单一的考核方式来进行教学改革，既能让学生脱离自由的大学生活带来的迷茫感和调动学生学习的自主性，也可提升教师的教学能力．总之，在大数据时代，“以学生为主动参与者，构建的实践教学体系应不断进行优化”的教学思维是应对新时代进行地质学教学改革的关键．

[1] 王建秀，周洁，刘琦，等．工学的地质思维：普通地质学通识课程教学设计[J]．教育教学论坛，2019（11）：166-168.

[2] 舒良树．普通地质学[M]．3版．北京：地质出版社，2010：1-7．

[3] 夏邦栋．普通地质学[M]．2版．北京：地质出版社，1995：1-10．

[4] 李晓敏，肖爱芳，彭向东，等．地质学知识点“微化”初尝试：以普通地质学及地质认识实习课程为例[J]．大学教育，2019（5）：55-56．

[5] 王博，舒良树，解国爱，等．教改新形势下如何提高《普通地质学》野外教学质量的思考[J]．教育教学论坛，2013，（8）：99-100．

[6] 李锦玲．畅游在两亿年前的海洋：华南三叠纪海生爬行类和环境巡礼（精）[M]．北京：科学出版社，2009：32-38．

[7] 杨钟健．贵州新发现的肿肋龙化石[J]．古脊椎动物学报，1958，2（2）：69-82．

[8] 邹玉梦，丁树文，夏炜，等．地质与地貌学实验室创新性立体化建设[J]．教育现代化，2018（5）：134-143．

[9] 王睿，李琦，姜正龙，等．海洋地质专业虚拟仿真实验教学平台建设[J]．实验技术与管理，2020（37）：250-252．

[10] 王卫国，胡今鸿，刘宏．国外高校虚拟仿真实验教学现状与发展[J]．实验室研究与探索，2015（34）：214-219．

Teaching reform of general geology under the background of big data era

LIAO Junling1，WU Kai2，CHENG Xi1

（1. School of Economics and Trade，Xingyi Normal University for Nationalities，Xingyi 562400，China；2. Natural Resources of Qianxinan Prefecture，Xingyi 562400，China）

In the era of big data，the traditional theoretical teaching of“giving priority to teaching”is facing an unprecedented impact，which puts forward new requirements for the cultivation of talents，and the teaching of general geology needs to be reformed accordingly．On the basis of analyzing the limitations of existing teaching and summarizing the experience of other universities，supplemented by the teaching experience in general geology courses，related courses and graduation practice teaching in recent years，puts forward teaching reform from flexible teaching thinking，scientific practice route，construction of virtual laboratory，task-driven teaching and diversification of assessment methods，so as to stimulate the subjective initiative of college students and lay a solid foundation for subsequent professional study．The teaching effect proves the feasibility and effectiveness of the reform measures．The teaching thinking of“taking students as active participants and constructing practical teaching system should be continuously optimized”is the foundation of teaching reform．

big data；general geology； practice route； assessment method

1007-9831（2023）07-0102-04

P5∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.07.021

2023-03-24

廖浚伶（1983-），女，贵州兴义人，讲师，博士，从事喀斯特地貌、古生物与地层学、地质遗迹保护与科普研究．E-mail：37628162@qq.com