“地质学基础”课程教学改革探讨

［摘 要］ 以“地质学基础”课程的教学实践为例，对该课程教学中存在的问题进行了总结和梳理。列举了该课程中存在的认知负荷过重导致学生学习兴趣不足，以及教学内容中价值观引领强调不足等主要问题。参考国内外高校的教学实践，立足“大工程观”，提出了在新工科背景下强化“地质学基础”课程的价值观引领、加强知识点的深度融合等教学改革建议，融入了生态环境保护、正确价值观引导以及可持续发展等教学理念，为地质学相关专业的教学提供参考。

［关键词］ 地质学基础；教学改革；新工科；“大工程观”；实验教学

［基金项目］ 2021年度吉林省高等教育教学改革研究课题“《地球科学概论》课程建设与教学模式改革”（JLJY202102832772）

［作者简介］ 王 明（1984—），男，吉林白城人，博士，吉林大学地球科学学院教授，博士生导师，主要从事地质学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）22-0053-04 ［收稿日期］ 2023-10-11

“地质学基础”课程是吉林大学面向地学部勘查技术与工程、土木工程专业本科生开设的一门专业基础课，它以太阳、行星和地球为主要研究对象［1-3］。重点阐释固体地球的物质组成、形成演化和结构构造等。课程的目的和任务是使学生通过理论与实验学习，掌握地质基本理论和地质工作的基本方法，为后续学好专业知识奠定良好的科学素质与知识基础。“地质学基础”课程内容丰富，蕴含大量的生态环保、可持续发展以及生命起源等思政元素［4-6］。通过典型事迹的讲解，能够引领学生形成正向的价值观并激发学生的爱国主义情怀。本文的目的在于基于以往的课程教学实践，分析“地质学基础”课程在教学实践中存在的一些问题，并提出几点教学改革的建议。

一、教学中存在的问题

（一）当前教学内容对学生的认知负荷偏大，导致学习兴趣不足

认知负荷理论是由澳大利亚新南威尔士大学的认知心理学家约翰·斯威勒首先提出来的［7］。该理论认为当课堂教学需要学生记忆的知识总量大于学生工作记忆的总量，学生的学习效率和兴趣也会随之降低。以“地质学基础”课程教学为例，一方面，它所涉及的教学内容十分庞杂，涵盖岩石学、地质年代、构造地质学、古生物学等各个部分，受限于课程的完整性，授课教师往往很难对课程内容进行取舍。另一方面，随着地学知识体系的加速更新，教师不得不融入更多新的知识和内容，这也在一定程度上加大了学生的认知负荷。目前，该课程的认知负荷问题已经日益凸显。如何通过有效的教学设计和教学模式改革降低学生的认知负荷？如何在保证课堂学习效率的情况下实现知识体系的更新？这都是当前该课程教学所面临的问题。

（二）知识运用和价值观引领相对薄弱

20世纪70年代，麻省理工学院提出现代工程教育必须转向实践化、宽泛化、整合化和全球化的发展。“大工程观”的全局教育理念也正是在这一背景下诞生的。“大工程观”强调不能割裂地看待整个工程项目［8］。在我国，“大工程观”主要强调资源环境保障和工程建设并重的多目标、多功能的工作理念［9］。随着科技的不断发展，当前对学生地质能力的培养提出了新的要求。探索“大工程观”背景下的“地质学基础”教学革新已经势在必行。“地质学基础”课程的教学目的不仅要求学生掌握一定的专业知识，还要培养学生的地质能力，树立地质及环境理念。如何通过课程教学改革，探索建立与当前学科发展相适应的考核模式及教学模式，在满足知识体系构建的同时激发学生的学生兴趣和学习热情，对于促进教学水平提升有重要意义。美国工程与技术认证委员会（ABET）对21世纪的新工程人才提出了11条评估标准，其中有接近一半的要求为人文素养方面的。包括表达与交流能力、社会责任感、职业道德等。由此可见，加强人文素质教育是“大工程观”的内在要求。当前背景下，对于“地质学基础”课程教学而言，提升学生的综合素质，尤其是人文素养，并不断推动课程教学内容革新，紧跟时代发展，是该课程改革的核心内容。

（三）新工科背景下，实践教学如何定位前沿

新工科是我国基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的工程教育改革方向。相对于传统的工科人才，新工科人才的培养目标是培养工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才［10-14］。“地质学基础”课程的知识体系与工程实践联系非常紧密，实践教学是实现课程知识从理论走向应用的最主要环节。如何通过该课程实践教学的改革，助力地质科技人才的成长，满足我国未来新工科背景下地质工程型人才的战略需求，这是目前该课程实验教学改革的关键环节之一。

二、教学改革建议

（一）教学模式及教学方法改革

在我国传统教学模式中，“讲授+问答式”曾是本科教学的最主要方式。近年来，针对我国地质基础类课程的课堂教学，国内一些教学工作者开展了诸多卓有成效的教学模式改革与尝试。互动式、参与式、项目驱动式、翻转课堂、PBL（problem-based learning，问题式学习）以及研究性学习等众多新兴教学模式和教学方法出现在地质学的本科教学中。这些先进教学方法的应用在很大程度上提升了课堂教学的质量。然而，面对“地质学基础”课程越来越复杂的知识体系，这些教学方法并不能完全解决该课程教学中学生面临的认知负荷偏大的问题。基于此，笔者认为可以采用OBE（outcomes-based education，成果导向教育理念）对“地质学基础”课程内容和教学模式进行重新设定。OBE是当前被国际高等教育界广泛认同的一种先进的教育理念。它以学习拟达到的成果为导向，反向设计课程与教学内容［15-17］。以“地质学基础”课程教学为例，首先应当明确学生要取得的学习成果是什么、学生取得这样的学习成果的意义是什么、如何才能高效地取得这些学习成果、怎样检验学生是否取得了这些学习成果。针对这些问题，课程教学内容可以进行大胆的革新，同时学生也会目标明确，进而实现课程教学质量的提升。

（二）“大工程观”背景下，强化价值观引领，加强知识点的深度融合

1.地球外部圈层相互作用与可持续发展思想的有机结合教学案例。地球外部圈层包括包围着固体地球表层的大气圈、水圈和生物圈等几个主要的圈层。这些圈层是相互作用、相互影响甚至相互制约的有机整体。破坏自然循环中的任意一个环节都可能会导致灾难性的后果。典型的实例就是二氧化碳在大气圈和生物圈中的循环过程。在陆地上，植物通过光合作用将大气中的二氧化碳转化为有机物，陆地上的绿色植物进行着大气圈中碳的转换，是调节大气圈二氧化碳含量的重要枢纽。在水圈中，藻类和其他水生植物在进行光合作用的同时，也消耗了水体中的二氧化碳，当这些植物死亡后还可以形成水体中的碳酸盐沉积，使二氧化碳被固化在岩石圈或有机软泥中。然而，近年来由于人类工业化生产步伐的不断加速，消耗大量的煤和石油等化石能源，煤和石油在工业消耗过程中会产生大量的二氧化碳气体，而当前的二氧化碳排放量已经远远超过了地球生物圈所能承载的总量。过量排放的二氧化碳一方面导致温室效应的不断加剧，促使全球气候变暖，冰川融化；另一方面，一部分过剩的二氧化碳溶入海水中与水发生化学反应，产生大量碳酸根离子和氢离子［18］，使海水不断酸化。酸化的海水具有腐蚀性，会对甲壳类生物造成致命的伤害，也会导致珊瑚的大面积死亡，对生态环境造成毁灭性的打击。因此，只有合理的开发利用化石能源，努力实现可持续发展，才能有效遏制当前因过度排放二氧化碳所导致的环境问题。

2.生物演化规律与正确的世界观、人生观和价值观引领教学案例。在地质学的教学过程中，地球的生物演化过程是课程教学的重点内容。例如，地球上已经发现的古生物化石告诉我们，地球早期出现的生命体都是简单的、低等的单细胞或原核生物。随着时间演化，生命体的机体结构逐渐变得复杂。生物演化总是从低等到高等，从简单到复杂，这一过程是不可逆的。进入显生宙以后，地球生物出现了周期性的繁盛和灭绝，发生了五次生物大灭绝事件。每次生物大灭绝事件发生以后，地球上的生物面貌就焕然一新并更加繁盛。通过这些素材的介绍，能够帮助学生建立正确的生命起源观念，积极引导学生形成正确的世界观、人生观和价值观，培养其成为社会主义现代化建设需要的合格人才。

3.将环境保护、生态文明建设理念融入水的循环教学案例。在水圈中，随着海水的蒸发，大量的淡水以水蒸气的形式回归到大气层中，并随着大气环流完成降雨，补给地表水。而地表水通过渗透和地表径流又回到海洋中。生物从自然界摄取水分，当生物死亡后，机体组织分解，又会把机体组织内的水体分解出来。整个水圈的各个水体都在不断地循环着、运动着。那么这是不是意味着水是取之不尽、用之不竭的呢？答案显然是否定的。那是因为在水圈中能够被人类直接利用的淡水资源实际不足全球总水量的1%。而且，一个地区的地下水一旦被污染，几乎需要数年甚至数十年的时间才能实现水体的自然净化。在我国很多地区，淡水资源仍然严重短缺。保护水资源、节约用水是我国乃至全人类一直倡导的全球环境理念，是我国生态文明建设的重要组成部分。党的十九大报告提出了“绿水青山就是金山银山”的理念，并将生态作为“五位一体”建设的重要任务之一。在课堂教学中，使学生认识到人与自然和谐统一的理念，树立敬畏自然、顺应自然的生态文明理念。

（三）丰富地质学实践教学内容，构建多元化的实践教学体系

建设创新型国家，需要大量创新型的人才。培养具有实践能力的创新型地质人才是“地质学基础”课程教学的根本任务，可以通过构建多元化的实践教学体系来提升学生的地质综合能力。首先，通过开展地质学基础学科竞赛激发学生的学习热情，提高学生的创新能力。其次，通过开展综合性、开放性实验，锻炼学生的逻辑思维能力和分析判断能力，提升学生的学习兴趣。最后，更新实验教学内容，探索更多的地质理论与实际相结合的实例，强化知识应用和兴趣培养。将学科前沿的最新知识融入实验教学中。实现传统与现代的结合，强化实验教学内容与工程实践相结合，增加设计性与创新性实验的课时比例，提升人才培养质量。

（四）修订教学目标，优化考核评价方式

“地质学基础”课程传统的考核方式主要是基于学生的期末考试成绩、平时成绩以及实验成绩，这种相对单一的考核评价方式已经无法满足当前新工科背景下人才培养的需求，也难以提升学生的学习积极性。立足新工科建设，以OBE理念为基础，以学生的能力达成为目标，倡导多元化的考核办法。强化创新与实践能力的考核，降低期末考试成绩在考核评价中的比例，逐步实现实践能力考核与综合素质考核相结合的考核评价体系。

结语

“地质学基础”课程内容与人们日常生产生活联系紧密。在课堂教学中，针对学生专业特点，合理地将教学内容进行取舍和有机融合，科学地融入OBE教育理念，能够有效地提升课堂教学质量，实现强化知识运用的教学目标。将生命起源、资源环境以及自然规律等科学理念融入专业课教学中，不仅可以丰富课堂教学内容，提高学生的学习兴趣，还可以在当代大学生素质教育的大背景下发挥价值观引领的先导性作用，达到素质教育的真正目的。然而，如何合理地融入OBE教育理念以及如何实现知识点的深度融合仍然需要在以后的教学中不断探索和完善。

参考文献

［1］王明，彭帅英.地质工程专业的《地质学基础》课程教学探讨［J］.科技世界，2018（6）：133-134.

［2］吕学军.“地质学基础”课程改革与地质能力的培养［J］.中国地质教育，2014（2）：35-37.

［3］郑德顺，石梦岩，李云波，等.“地质学基础”课程思政育人元素知识体系构建［J］.中国地质教育，2020（4）：39-42.

［4］孙朋，陆曼，刘娜，等.地质学基础实践教学中课程思政元素挖掘与实践［J］.西昌学院学报（自然科学版），2021，35（3）：115-118.

［5］ 王浩铮，范存辉，陈曦，等.“地质学基础”实践教学中“课程思政”的实践［J］.科教文汇（下旬刊），2020（6）：70-71.