地球科学概论通识课程教学模式探索与实践

邹志超

（成都理工大学 地球科学学院，成都 610059）

当今世界正处在历史的拐点，即大发展大变革大调整的新时期，面临着百年未有之大变局，科技创新是这一新时期中一个关键变量。我们面临着大有可为的历史机遇，改革和发展是当今社会的主旋律。社会对人才的需求也逐渐发生了转变，由专业技能型转变为创新型和通识型，而推进通识教育的改革有助于促进创新型和通识型人才的培养。因为，通识教育属于非专业性教育，是人才培养的一种重要模式，是拓宽学生视野及扩展学生思维的一种教育类型，旨在向学生传授有关自然科学、社会科学和人文科学方面的知识，促进不同领域的专业知识的有机融合。大力发展通识教育早已成为现今世界各高校普遍接受的国际化议题。如哈佛大学、斯坦福大学等均加大了通识课程在其教学计划中的比例[1-5]。伍荣生院士[3]认为，高校应是培养创新与创业人才的重要基地。高等教育体系内部各部分之间互相联系、互相作用、互相补充，各部分相互依存组成了一个有机的整体。基于此，加强基础学科培养的力度，加速学科之间的交叉融合，打破学科专业之间的壁垒显得尤为重要。

但是由于学科的发展及专业和社会分工越来越细，社会普遍重视教育的实用性，比如，就业市场希望招聘的毕业生具备相关专业技术能力，一经录用便可马上投入到工作中等。同时，学生面对着极大的就业压力，为了满足就业市场的需要，学生容易带着功利性心理来学习。所以，学生普遍觉得通识课程的学习不能助力就业，对通识教育课程提不起兴趣。在以上这些功利思想的驱动下，导致培养专门人才的专才教育得到了越来越多的重视。面对社会的需求，高校随之做出了一系列调整，对专业划分表现出过细和过窄的特点，这也导致学生过早地进入到专业化技能培训中来，致使学生独立思考的能力缺乏，其他学科知识了解不够等现实问题。这些都限制了学生的视野，制约了学生创新性思维能力的培养。

全球工业化、城市化进程的加快，加速了全球气候变化加剧，地球面临着更多的极端气候事件，由此造成的巨灾发生频率呈显著上升趋势，导致地球资源、环境和生态压力急剧加大等地球科学方面的问题。在这样的时代背景下，青年学子急需加强地学方面的知识，认识地球，珍惜土地、水、大气和矿产等自然资源，爱护生存环境，增强社会责任感。而地球科学概论作为一门地球科学领域的基础课程，可以使学生了解地球科学的基础知识，掌握地质学思维方法，树立科学的、正确的地球科学现代发展观。所以，将地球科学概论打造为一门地质学基础知识与前沿进展相结合的通识课程，可以有效推广地球科学知识，促进学科交叉，打破学科壁垒，完善学生知识结构，打通知识脉络，使得学生有机会接触非专业学科的知识，拥有健全的知识体系，着力培养学生创新创业能力。

但是，随着科学技术手段的不断发展及信息的高速传播，学生已经不满足于传统的课堂教学模式，所以，急需对现今传统的教学模式进行有针对性的改革，构建新时代新教育体系成为目前高校教学中亟待解决的问题。同时，公共选修课是高校课程体系中必不可少的一部分，通过公共选修课的开设，来实现“通识教育”的目标。基于此课程的设置，达到培养高素质、基础扎实、知识面宽和综合能力强的创新型人才。所以，在新时期的高校教育中提倡实行通识教育有其重要的时代背景及现实意义。

一 地球科学概论课程开设的必要性

地球科学是一门兼具理论性和应用性的科学，是探索地球起源、演化和发展趋势的科学，为人类了解如何和地球共处，如何适应自然环境，并利用和改造自然环境提供方向。地球科学是六大基础自然科学（数、理、化、天、地、生）的主要分支之一，对人类社会和自然科学的发展具有深远的意义。近年来，随着科学技术手段的长足进步，以及人类对地球乃至宇宙的认识不断扩展，地球科学的研究对象和研究内容均在发生着不断的改变，地球科学领域方面的认识也在不断提升，逐渐形成了日臻完善的由多学科组成的综合性学科体系。

社会飞速发展的今天，可以预见生机勃勃的21 世纪，必将是一个重大变革的新时代。与此同时，由于人类的发展导致的自然灾害、生物多样性锐减、大气及水资源的破坏和污染等一系列问题渐渐突出，人口与资源和环境之间的矛盾问题日益凸显，成为了现代社会的共同关注点。近些年来，我国经济高速发展，世界瞩目，但由于我国初期发展采用的是粗放-扩张型经济发展模式，导致在经济增长的同时伴随着资源过度消耗、环境污染、生态恶化、水土流失和地质灾害频发等一系列地质问题，使得一些重要资源的可持续利用和保护形势愈发严峻。因此，生活在地球上的人类比以往任何时期都更关注地球的历史、现状和发展趋势[6]。无论是理科专业、工科专业还是文科专业的高校学生，都有义务、有责任来认识地球、了解地球、保护地球。通过地质学类通识课程的学习，懂得珍惜不可再生的自然资源、保护敏感脆弱的生态环境和减轻复杂多变的地质环境灾害，以此增强新时代高校学生的社会责任感和历史使命感。但调查研究发现，现今我国高校学生缺乏对地球科学研究的对象和内容及地球科学理论的认识，尤其是缺乏地球科学思维能力，高校学生的地学文化素养整体表现不高，已落后于新时代对人才的需求[6-7]。中国科学院院士路甬祥[8]多次提出：“学科交叉点往往就是新的科学生长点和新的科学前沿。这里最有可能产生重大的科学突破，使科学发生革命性的变化。”

为解决非地质学类专业学生在地学知识方面的短板，又由于成都理工大学的地质资源与地质工程专业是国家“双一流”建设学科，为发挥学校的地质学特色，成都理工大学打造了一门特色地质学类通识课程地球科学概论，该课程立足于非地质类专业学生，是一门地球科学基础知识与前沿进展相结合的通识课程，目的在于推广地球科学知识，培养学生的地球科学思维能力，完善学生知识结构，促进学科交叉，提升学生的地球科学素养，帮助其树立科学的现代地球观。

二 教学改革的主要内容

（一）教学内容的更新与多样性

地球科学概论的教学对象主要为非地质类专业学生，讲授所面临的首要问题是授课对象对地球科学的知识基础及储备不足，甚至对地球科学不感兴趣。那么在授课过程中，如何让学生对地球科学课程感兴趣，并且能听懂，这就成为了授课教师需要面对和解决的一个难题。在这一现实问题的驱动下，教学内容首先应该更新，教学内容应侧重于地球科学方法论，重视学生知识框架体系的建立，而非单纯灌输地球科学中的某一知识点，课程教学过程中应该引导学生学会分析、归纳和总结相关地学问题。如地球科学的著名理论之争——“水火之争”，即水成论与火成论的论战，二者都有各自的事实依据和科学道理，但由于论著的提出者只关注事实的某一方面，导致看待问题片面化。因此，在教学过程中不断强调辩证唯物看待问题的重要性，将有助于学生在以后的学习生活中应用科学的方法论看待和处理问题。这样的教学环节虽是立足于知识教育，但又超越了单纯学习相关知识点的教学目标，达到了通识教育的目的。另外，为了满足学生的需求，则需要适时调整教学安排，丰富教学内容，增加诸如全球变暖、地质灾害、物种多样性锐减和资源过度开发等与人类息息相关的社会热点问题的讨论，更好地适应不同学科专业学生的需求。所以对传统教学内容的改革，主要是向科普教学方向进行转变，提高学生的科学素养，提升其科学知识量。比如，环境、生态污染、“双碳”达标和物种多样性的减少等热点问题极具人文精神，了解这些方面的知识，可以加强学生保护生态环境的意识，以及对时事的敏感度和把控能力；地震、地面塌陷、滑坡、崩塌和泥石流等知识可以加深学生对自然灾害的认识，了解科学技术手段的发展在预防自然灾害中的重要作用。通过学习，使非地质类学生理解并能初步运用地球科学的观点、思维方法去认识一些地质现象，提高学生的创新思维能力。

另外，由于当今世界地球化学、地球物理、计算机及实验技术发展迅猛，大量新方法、新技术、新发明、新成果和新理论不断涌现，前人的科学成果和理论在不断地被质疑和完善。而教材是在总结前人研究成果的基础上编写，其中所阐述的内容必然会落后于地球科学的发展，无法与突飞猛进的科学技术相匹配，所以在地球科学概论课堂教学的过程中，要求授课教师了解地球科学各个分支领域，不断学习，紧密追踪前沿热点问题，不断更新相关教学内容。如，地球的结构从外到内依此由三个圈层构成：有薄薄的地壳，有厚厚的地幔，以及地球最深处的圈层地核。其中地核可以再分为由液态铁组成的外核和固态铁组成的内核两部分，这一理论被认为是科学常识。然而，最新科学研究表明，地核并非仅仅由外核-内核双层结构组成，在内核内部存在更小的核心[9]。在教学过程中，对于这类重大的研究成果应介绍给学生，使教学内容充分体现地球科学的发展前沿和最新成果。

（二）教学模式的改革与探索

目前，高等教育正面临从传统校园型教学向在线自学进行转型的关键时期，特别是近年来国家大力推进的在线课程“慕课”的逐渐普及，给学生提供了学习更为广泛的优质课程的可能，同时，也给传统高等教育带来了挑战和机遇[6-8]。“慕课”具有课程资源丰富、受众广泛、不受地域和规模限制、可重复多次学习等多种以人为本的优势。面对高等教育新形势的挑战，如果传统的课堂教学不能从单一的知识传授模式中走出来，将难以激发学生的学习热情和兴趣，必然会逐渐丧失在高等教育中的主导地位[10-13]。另外，虽然“慕课”为学生的自学和讨论提供了平台，但仍主要针对理论知识点的讲授，学生缺少实践操作和体验的平台。而对学生的成长而言，不应仅局限在书本知识的累积上，更重要的是能力的培养及自身综合素质的提高。

地球科学概论的教学对象主要为全校非地质类专业本科学生，课程均为大班授课，课时有限，学生对于地球科学的知识了解有限，如何在现有的条件下，加长学习时长，提升学习质量，拓展实践练习是本课堂面临的急需解决的实际问题。针对这一现实情况，作为一名一线教师，笔者认为在教学中应采用多元化的教学方法，课堂精讲，课外拓展，在以课堂教学为主的前提下，向课外的多手段结合转变，让学生能够真正理解所学内容显得尤为必要。因此，将慕课转化为教学的工具，使慕课和地球科学概论课堂教学有机融合在一起势在必行。

为更好地实现这一目标，授课教师在课堂教学前需做好如下几个方面。第一，在教学设计中增加主题讨论课，通过在超星（学习通）教学平台发布教学预习视频，课前给学生发布在线学习的消息，使学生了解课堂中将要学习的内容，并发布在线讨论问题，督促学生在线上进行讨论，授课教师通过跟踪了解学生学习情况，收集学生存在及反馈的问题。第二，授课教师在上课前发布课程内容中涉及的相关知识点的测试，以此了解学生对于教学内容的掌握情况。第三，在线上发起不记名投票，了解学生感兴趣的知识点。通过以上几点，在线下课堂教学中，可以根据学生对相关问题的讨论情况、知识点的了解情况，以及学生的兴趣点，实时调整线下教学内容及流程，对呈现出的主要问题及当前的热点问题进行深入讨论，使得学生在兴趣点的驱动下，对课堂教学内容保持浓厚热情的态度进行学习。

另外，在课堂教学过程中同样可以增加部分地球科学领域制作精良的教学视频，达到视觉上和感性上的冲击，加深学生理性的理解。通过线上线下混合式教学的深度融合，解决现有大班授课和课时学时有限等问题，激发学习的潜能。

在课后，可以结合学校现有的线上资源，如虚拟仿真实验室，学生可自行进入学习平台自主学习和体验，使学生能够自主学习有关矿物、岩石和构造的样品，以及体验地质作用的相关虚拟场景，而且学生对感兴趣的内容可以在线上反复学习，实现知识在实践中升华。同时，将部分国际最新地球科学领域的研究成果上传到教学平台中，使学生在本科阶段就有机会接触到国际上的前沿热点问题，从而培养其开放的创新思维能力。

（三）教学评价体系改革

在传统的课堂教学过程中，无法对全部学生的知识掌握情况进行实时监控，只能依赖期末的统一考核。这种单一的考核手段导致部分学生在学习过程中对学习内容不重视，全凭考试前的临时抱佛脚，导致教学效果不尽如人意。近年来，基于大数据和人工智能等新型信息技术手段的发展，不仅可以对课程的理论课内容体系和实践内容体系进行改革，同样考试评价体系的改革亦迫在眉睫。通过增加线上考核，督促学生完成必要的学习环节。并加重线上问题讨论在成绩中的权重，突出学生思考问题的重要性，而非是单纯死记硬背某些知识点。在全新的考核评价体系下，帮助学生打通地学知识的全脉络，促进深度学习。

三 结束语

地球科学概论课程是成都理工大学在发挥学校的地质学特色基础上，着力打造的一门特色地质学类通识课程，力求完善非地质学类学生的知识结构。通过学科的交叉融合，激发学生探索和创新的能力，增强学生社会实践能力和社会责任感。而通识教育的教学理念、教学内容、教学模式的改革，必须通过贯彻始终的实践与探索，方能取得一定成效。故而，在今后的教学改革中必须不断完善教育教学观念，有针对性地开展教学改革工作。而通过建设地球科学概论在线课程，并以慕课为教学工具，重塑新时代教学新体系，打造新时代线上线下混合式教学模式，有效激发学生学习热情，引导学生多维度思考问题、探究知识，培养学生的自主学习能力和创新思考能力。