地质学实践教学模式探究论文

在自然科学领域中，地质学致力于研究固体地球的物质组成、内部结构及其漫长演化过程，而广阔的大自然是人们学习地质学的最佳课堂。在现代地质学初创时期(18世纪末至19世纪初)，苏格兰地质学家James Hutton(1726—1797)通过苏格兰高地地质剖面的野外考察，认为玄武岩和花岗岩应当是地下深处炙热岩浆上升冷凝的产物，进一步推测认为地球内部存在明显的动力运动。这一科学理念影响深远，为现代地质学发展奠定了重要基石。由此表明，野外实践与实地观测是地质学专业教学过程中不可替代的关键环节。在当前一流大学和一流学科建设(“双一流”)背景下，我国地质学教育工作者们积极利用和发挥不同地域的地质资源特色，立足国内，面向世界，不断探索建设面向新时代的实践教学综合体系。为了深入贯彻全国教育大会精神和《中国教育现代化2035》，教育部下发了《关于深化本科教育教学改革 全面提高人才培养质量的意见》。在这份具有鲜明新时代特色的指导意见中，明确提出，在当前本科教学过程中，要“推动科研反哺教学”，要“强化科研育人功能，推动高校及时把最新科研成果转化为教学内容，激发学生专业学习兴趣”。“加强对学生科研活动的指导”，“以高水平科学研究提高学生创新和实践能力”[1]。根据这一指导意见，要求我国地质教育工作者要深入秉承“科教融合”理念，充分发挥研究优势与地域特色，积极探索面向新时代的地质学专业实践教学模式。

在地质学“双一流”学科建设与湖北省试点学院建设过程中，中国地质大学(武汉)地球科学学院积极探索面向新时代的地质学专业教学改革，优选研究程度较高且条件成熟的国内外经典教学路线，以一流科研成果支撑实践教学内容，在高年级本科生中开展科学研究与教学活动相结合的科教融合型实践教学活动，真正践行教育部指导意见中提出的“科研反哺教学”[2]。本文以笔者所在的“壳幔变形和相互作用”教学研究团队负责的苏鲁威海地区超高压变质带教学路线为例，介绍面向地质学专业高年级本科生的科教融合型实践教学模式中的教学设计、组织及主要教学方法，为面向新时代地质学专业实践教学体系提供初步经验。

一、实践教学出发点

在当前“双一流”建设过程中，科研与教学的深度融合是新时代我国高等学校回归大学本质的必然要求，是培养高水平人才的必要途径[3]。作为教学主体组织者的高校教师，在教学设计中要认真遴选教学内容，体现学科研究前沿、符合国家发展战略的高水平研究成果有机融合到教学过程中，将高水平科研成果充实进入教学内容，切实做到“科教融合，学术育人”[4]。因此，在具体教学设计中，教师要发挥科研团队研究优势，系统整理学科前缘知识，以主要科研工作区为落脚点，以本研究领域的主要科学问题为切入点，以学生自主学习为中心，引领学生接触学科前缘，激发学生研究兴趣，启发学生深度思考并培养其创新能力，更多地注重对学生在资料运用、综合分析、提出问题和选择切入点等深层次学习层面的培养。同时，也要考虑学生的认知水平和理解程度，避免“高、大、上”研究内容与学生已有知识结构脱节。

基于上述理念与思考，我们选择山东威海地区的超高压变质带作为探索科教融合型实践教学的教学研究区。该地区位于我国苏鲁超高压变质带的东北段，是我国研究超高压变质作用与大陆俯冲碰撞的经典地区，其研究程度深入，具有较高国际知名度[5]。该地区的地质现象丰富集中且出露较好，主要出露有扬子板块向华北板块深俯冲变质与后期折返这一深部地球动力学过程的代表性岩石单元及对应构造变形记录。例如，沿威海北部海滨，可以观测到记录大陆地壳深俯冲及超高压变质作用的榴辉岩与片麻岩、深俯冲陆壳折返过程部分熔融作用的混合岩化片麻岩;在荣成—威海相邻区域，可以观测到由深俯冲陆壳部分熔融诱发壳幔相互作用产物的三叠纪碱性杂岩体以及古老大陆造山带中经历超高温变质作用的麻粒岩。本科研团队的教师以主要研究领域(如变质岩、构造地质学等)和研究(显微构造、岩石地球化学等)特长为基础，在该地区持续开展系统科学研究，积累了丰富的研究资料[6]。因此，该地区的地质教学资源“硬件”与“软件”兼优，是适合地质学专业高年级本科生开展变质岩石学、岩浆岩与构造地质学科教融合型实践教学活动的良好区域。

二、实践教学安排

目前，科教融合型实践教学属于地质学专业实践教学体系中的“新生事物”。以中国地质大学(武汉)地质学专业为例，列入正常教学计划的实践教学活动主要包括：一年级北戴河地质认识实习，二年级周口店地质技能实习、秭归地质基础加强实习和三年级生产实习[7]。低年级实践教学主要依托实习基地，以班级为单位进行集中学习，属于普适性、规范性的基础性实践教学阶段;三年级生产实习中，学生跟随指导老师参加生产或科学研究活动，属于个性化、专业化的提高性训练阶段。为了调节基础性实践教学与生产科研实习之间的衔接过渡，我们认为需要在高年级阶段集中安排一次以研究兴趣为源动力、以科学问题为牵引力的科教融合型实践教学活动。该次教学实习面向对象为尚未开展生产实习、处于实践学习“空档期”的高年级学生，教学定位于高年级学生参加正式生产科研项目“前夜”的系统训练，将野外观测与室内分析紧密结合，主要目的是促使学生由“教师领学”的教师本位阶段向“自主选题探索”的学生本位阶段转变，为培养学生的实践探索能力提供铺垫。

该类实践教学属于学院层面组织的自主教学活动，是学生专业方向学习阶段的“自选项目”。因此，我们强调“兴趣是最好老师”，要求参加同学以个人研究兴趣为“第一源动力”，在学有余力前提下自愿报名参加。为了实现有限教学资源与实习效果的优化组合，组队前要对报名同学进行考核筛选，将实习人数一般控制在15～20人，配备指导教师3～5人，同时安排2名研究生参与事务管理与学习辅导。为了确保实习时间与学生正常学习时间不冲突，实习时间一般选择安排在八月末或九月初开始，野外实习时长为1周左右。

三、主要实施环节

1.开展“热身”课堂

科教融合型实践教学活动具有探索性和灵活性的特点，“教师教研、师生研讨、学生探索”是贯穿整个实践教学过程的三个主要环节。在教师教研阶段，指导教师要发挥科研团队力量，结合已有研究基础和最新研究进展，梳理教学路线上的主要科学问题并编写实习指南。以2019年度的实习指南为例，其主要内容为苏鲁超高压变质带研究背景和主要观测点地质特征，划分出野外地质内容、综合分析认识、主要思考问题、后续工作建议与参考文献条目等五部分。根据最新修编的年度实习指南，学生们可以提前了解实习安排、地质背景和实习内容，着手收集相关文献，做好基础知识和背景知识的储备。

在师生研讨阶段，指导教师需要安排多次“热身”课堂学习，每次学习一个主题内容(如部分熔融作用特征等)，以小班探讨式教学为主。首次“热身”课堂由指导教师组主导，教师进行总体讲授，介绍主要科学问题，提供需要重点阅读的参考文献目录。在学生探索阶段，课堂讨论以学生为主体，要求学生以研究小组的形式向全体师生介绍前期文献调研的认识和理解、感兴趣的研究选题与行前准备工作(如采样计划等)。导师组与学生小组有效互动，鼓励“发现问题、分析问题和解决问题”，激励学生研究性学习的欲望。

2.野外实地观测

野外观测与资料收集是实践教学的核心内容，是凸显科教融合型实践教学的特色与价值所在。根据前期调查，导师组选择代表性的典型露头进行针对性的现场教学。例如，威海猫头山海滨一带出露有大面积的超高压片麻岩与榴辉岩透镜体。超高压片麻岩以明显部分熔融为特征，构造变形复杂，这是研究片麻岩部分熔融与构造变形关系的理想之所。现场教学过程中主要由三个教学子环节构成。在第一个教学环节中，由指导教师介绍地质背景，介绍相关问题(如构造变形特征与部分熔融关系分析等)，然后预留充足时间(一般为半天)供各研究小组调查研究。根据研究所长，各导师分散在小组间进行辅导讲解;在第二个教学环节中，各研究小组要根据野外观测情况介绍主要认识与心得，师生之间进行讨论分析，提倡质疑与争鸣;在第三个教学环节中，各研究小组要选择各自感兴趣的科学问题收集资料。在指导教师帮助下，每个小组成员分工明确，系统测量地质体产状，完成必要的照相与素描，系统采集岩石样品并编号等。野外观测资料记录与样品采集要报送指导老师进行现场检查，待检查通过后，观察点现场教学任务告以结束。

3.实验室训练

现代地质学研究需要有高水平实验室分析测试作为可靠技术支撑。因此，实验室中实践学习是科教融合型实践教学具有鲜明特色的重要组成部分，使得实验室“高、大、上”的分析测试与野外细致观测相辅相成。在野外调查结束后，实习学生要整体返校开展室内分析总结与样品处理，鼓励学生由野外观测进入实验室分析。根据感兴趣的研究题目，各实习小组可以提出具有操作性的研究方案，供导师组参考修改。

根据研究方案，导师组指导同学进行样品预处理，筛选具有研究意义的样品进行测试分析，要求各成员全程参与样品处理工作。导师指导学生选择重要样品开展必要测试工作(如扫描电子显微镜、红外光谱、电子探针等)。获得相关测试结果后，各小组开展组内研讨，参照中文科技期刊格式撰写小型研究报告，最终完成一轮完整的野外观测与室内分析相结合的科教融合型实践学习。

四、教学反思

实践学习结束后，导师组向实习学生发放无记名教学效果反馈表，以学生反馈意见为依据进行教学反思。以2019年学生反馈结果为例，实习学生们积极肯定了参加该次苏鲁威海地区实践教学活动的学习效果，代表性意见主要有：“实习最直接的收获是在野外接触并认识了典型的岩石单元，这是在课堂乃至前期实习中都鲜有听闻的”，“这一次苏鲁实习因为提前选定了科研课题，观察内容更加具有针对性，比别人观察得更加仔细，得到更多信息”，“在实习过程中，更好地发挥了小组作用，给更多时间让同学们自己讨论”，“本次实习让我认识到野外实地考察的真实情况，让我对地质调查产生了极浓厚的兴趣，接下来的科研训练也是对自己综合能力的提高”。

上述反馈情况表明，科教融合型实践学习的初衷与教学模式得了到学生的积极肯定，达到了教学目的，取得了良好的教学效果。值得欣喜的是，在教师悉心指导下，部分参与实习同学在后续阶段不断钻研，其主要研究成果在国际刊物《Geological Journal》发表[8]，这是我们开展科教融合型实践教学的主要成果体现，初步达到了科教融合型实践学习的目的。此外，学生也提出了教学过程中存在的一些不足，特别要求增加“热身”课堂学习交流次数，认为“前期工作可以再充分一些”，“选完选题后可以增加小组集中学习”，“监督同学进行论文阅读”等。由此表明，学生们对科教融合型实践学习“预习”阶段有很高期待，希望教师们能够多多指导他们，能够更深入理解野外地质记录所蕴含的地质含义。

五、科教融合型实践教学的努力方向

科教融合型实践教学活动持续时间较长，涉及内容较多，要求指导教师要保持工作热情，不急不躁，持续发挥教学过程中“磁场效应”，做好每一个环节的教学指导工作，注重学生学习过程与基本技能的训练，培养学生研究性学习的良好习惯，为其开展后续相关工作打下可靠基础。通过近三年来实践学习活动，我们认为，现阶段科教融合型实践教学的努力方向可以体现在以下三方面。

1.以“不忘初心、牢记使命”为起点

新时代高校教师要 “不忘”开展科学研究的“初心”，切实“牢记”人才培养的重要“使命”。在开展探索性研究和科研团队建设过程中，应注重将最新研究进展与相关成果及时转化为合理的教学内容，让学生们及早了解和接触科研动态，激发学习与研究热情，为高水平人才培养工作提供“起航点”。

2.以“课程思政”为有机元素

课程思政是新时代高校教学工作的重要组成部分。在科教融合型实践教学活动过程中，要凸显课程思政这一有机元素，要积极引导学生了解当前经济社会发展态势，合理利用当地重要教育资源(如甲午战争纪念馆等)开展爱国主义教育活动，注重培养爱国情怀，增强青年学生的时代使命感与社会责任感，这是科教融合型实践教学过程的重要组成部分。

3.以“美丽中国、宜居地球”为教研主线

绿色低碳发展是我国未来经济社会的必由之路，地质碳汇是我国实现碳中和战略的重要途径之一。在此背景下，地质学科教融合型实践教学要积极拓宽教学思路，以“宜居地球、美丽中国”为教学主线，主动打破学科界线，积极融入新时代地质学的发展潮流之中。例如，深层高温地热能开发利用是全球能源格局中的热点板块，而我国深层地热资源量潜力极大。因此，可以考虑将我国高温地热资源分布的优势区域(如山西大同、云南腾冲、西藏羊八井等)作为开展科教融合型实践教学的重要可选区域，将基础地质研究与水文地质、地球物理、地热地质等学科领域相结合，不断提高地质学学生的专业知识面与综合实践能力，为培养新时代高水平综合性地质人才提供一条切实可行的重要途径。

参考文献

[1] 教育部.教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见[EB/OL].(2019-10-08)[2020-12-27].http://www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191011_402759.html.

[2] 王甫，章军锋，张晓红，等.“双一流”背景下学院层面科教融合的思考与实践——以中国地质大学(武汉)培养地质学拔尖创新人才为例[J].中国地质教育，2018，27(4)：5-8.

[3] 钟秉林.推进大学科教融合，努力培养创新型人才[J].中国大学教学，2012(5)：4-6.

[4] 周光礼，周详，秦惠民，等.科教融合，学术育人——以高水平科研支撑高质量本科教学的行动框架[J].中国高教研究，2018(8)：11-16.

[5] 郑永飞.超高压变质与大陆碰撞研究进展：以大别—苏鲁造山带为例[J].科学通报，2008(18)：2129-2152.

[6] XU H J,YE K,SONG Y R,et al.Prograde metamorphism,decompressional partial melting and subsequent melt crystallization and segregation in the Weihai migmatitic gneisses,Sulu UHP terrane,Eastern China[J].Chemical Geology,2013,341:16-37.

[7] 童金南.地质学专业野外实践教学的认识和建议[J].中国地质教育，2017，26(4)：82-86.

[8] YANG S J,XU H J,WANG P,et al.Anatexis of the deeply subducted continental crust during exhumation:a case study of Rongcheng migmatite in the Sulu orogen[J].Geological Journal,2020,56(2):1052-1071.

摘要：实践教学是地质学专业学习的重要组成部分。本文以中国地质大学(武汉)威海地区超高压变质带教学路线为例，探索基于科教融合理念的地质学专业实践教学实施路径。该类实践教学活动充分发挥研究优势和地域特色，将高水平科研成果与教学内容有机融合，通过室内讲授—野外实践—室内研究等三个主要教研阶段，着重培养学生的自主探索能力。科教融合型实践教学对于培养新时代地质学专业高水平人才具有重要意义。

关键词：地质学,实践教学,科教融合