普通地質(zhì)實(shí)習(xí)數(shù)字化教學(xué)探索及思政融入

摘要：針對(duì)當(dāng)前普通地質(zhì)實(shí)習(xí)開(kāi)展數(shù)字化教學(xué)的迫切需求，文章利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影進(jìn)行野外露頭實(shí)景三維地質(zhì)建模，建立數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)教學(xué)與野外實(shí)踐的有機(jī)融合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)能力。同時(shí)，充分開(kāi)發(fā)、利用新疆地區(qū)豐富的野外地質(zhì)資源，充實(shí)普通地質(zhì)實(shí)習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷和生態(tài)保護(hù)意識(shí)。該數(shù)字化教學(xué)實(shí)踐探索提高了我國(guó)西部地區(qū)地質(zhì)學(xué)教學(xué)水平，并為其他高校地質(zhì)教學(xué)提供了優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源。關(guān)鍵詞：普通地質(zhì)實(shí)習(xí)；三維地質(zhì)建模；數(shù)字化教學(xué)；思政育人一、引言“普通地質(zhì)學(xué)”是我國(guó)地質(zhì)類高校資源勘查工程、勘查技術(shù)與工程及石油工程等專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]。該課程涵蓋了礦物巖石學(xué)、沉積巖石學(xué)、巖漿巖與變質(zhì)巖、地層學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、巖相古地理等分支學(xué)科的重要概念和基礎(chǔ)知識(shí)，是銜接地質(zhì)學(xué)各學(xué)科的奠基課程，在學(xué)生了解專業(yè)方向、培養(yǎng)專業(yè)思維，以及學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程等方面發(fā)揮著重要的作用。普通地質(zhì)實(shí)習(xí)是將普通地質(zhì)學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)普通地質(zhì)實(shí)習(xí)，學(xué)生第一次用專業(yè)的視角觀察野外露頭，并嘗試用所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)描述地層特征、測(cè)量地層產(chǎn)狀、分析各種地質(zhì)現(xiàn)象。普通地質(zhì)實(shí)習(xí)既增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)地質(zhì)學(xué)的感性認(rèn)識(shí)，又培養(yǎng)和提高了學(xué)生觀察和分析野外地質(zhì)現(xiàn)象的能力[2]。然而，傳統(tǒng)的普通地質(zhì)實(shí)習(xí)教學(xué)效果受到諸多因素的限制。一是野外地質(zhì)教學(xué)資源有限，平原地區(qū)缺少野外露頭，東部地區(qū)的野外露頭植被覆蓋嚴(yán)重；二是實(shí)習(xí)多安排在暑假，烈日炎炎下野外實(shí)習(xí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易導(dǎo)致學(xué)生中暑，既影響教學(xué)效果，也存在安全隱患；三是部分野外露頭地勢(shì)危險(xiǎn)、道路狹窄，無(wú)法滿足多名學(xué)生同時(shí)觀察地質(zhì)現(xiàn)象的需求。當(dāng)前，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，很多高校都在進(jìn)行課程數(shù)字化教學(xué)改革探索，并取得了不錯(cuò)的成果[3]。本次普通地質(zhì)實(shí)習(xí)教學(xué)改革選在植被覆蓋少、地質(zhì)現(xiàn)象豐富的西部地區(qū)開(kāi)展，優(yōu)選了多個(gè)典型的野外露頭，利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影等現(xiàn)代信息技術(shù)，建立野外露頭的實(shí)景三維地質(zhì)模型，建設(shè)普通地質(zhì)實(shí)習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)，形成室內(nèi)三維實(shí)景數(shù)字化教學(xué)與野外實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，既能保證學(xué)生觀察到豐富、優(yōu)質(zhì)的地質(zhì)現(xiàn)象，也能縮短野外實(shí)踐教學(xué)的時(shí)間，彌補(bǔ)了野外實(shí)踐教學(xué)的不足，有效地保證了實(shí)習(xí)質(zhì)量[4]。二、整合優(yōu)質(zhì)野外地質(zhì)資源，奠定數(shù)字化教學(xué)基礎(chǔ)中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)所在的新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市具有豐富的野外地質(zhì)資源，包括世界魔鬼城、黑油山公園、烏爾禾瀝青脈、白楊河、艾里克湖、瑪納斯鹽湖等。（一）已有的野外地質(zhì)資源目前，學(xué)校普通地質(zhì)實(shí)習(xí)共有7條路線，分別是柳樹(shù)溝河構(gòu)造、沉積觀察路線，吐孜阿克內(nèi)溝構(gòu)造、地層觀察路線，黑油山—黑油山溝—不整合溝油苗構(gòu)造、沉積觀察路線，科克呼拉巖體、構(gòu)造觀察路線，烏爾禾瀝青脈雅丹、構(gòu)造、沉積觀察路線，三坪水庫(kù)現(xiàn)代沖積扇觀察路線和龍脊谷構(gòu)造、沉積觀察路線。實(shí)習(xí)內(nèi)容涵蓋了古生代—新生代地層的野外觀察與描述，沖積扇現(xiàn)代沉積考察，褶皺、斷裂、不整合等地質(zhì)現(xiàn)象的觀察分析，風(fēng)化作用、剝蝕作用、沉積作用等外動(dòng)力地質(zhì)作用觀察，以及油氣苗的認(rèn)識(shí)，瀝青的特征及成因等。但部分教學(xué)點(diǎn)目前已經(jīng)不能正常使用，如由于修路大巴車無(wú)法通過(guò)，柳樹(shù)溝已經(jīng)2年無(wú)法進(jìn)行實(shí)習(xí)觀察；黑油山不整合溝也由于修路被挖；烏爾禾瀝青脈由于重新開(kāi)采，無(wú)法進(jìn)行實(shí)習(xí)觀察。（二）開(kāi)辟新的野外地質(zhì)資源為了保證普通地質(zhì)實(shí)習(xí)順利開(kāi)展，教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極開(kāi)拓、尋找新的野外剖面。目前，新形成了魔鬼城雅丹地貌觀察路線、瑪納斯鹽湖觀察路線、白楊河現(xiàn)代沉積考察路線及艾里克湖現(xiàn)代沉積考察路線。通過(guò)普通地質(zhì)實(shí)習(xí)，學(xué)生能夠在雄偉壯麗、造型奇特的雅丹地貌中探索外動(dòng)力地質(zhì)作用的奧秘；在晶瑩剔透、宛若仙境的鹽湖邊思索干旱地區(qū)湖泊的演化歷史；在曲折蜿蜒、綠樹(shù)成蔭的白楊河邊觀察現(xiàn)代河流的沉積特征。新開(kāi)辟的野外地質(zhì)資源不僅使野外地質(zhì)現(xiàn)象和實(shí)習(xí)內(nèi)容更加豐富多彩，提高了學(xué)生的野外實(shí)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更激發(fā)了學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷和生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)[5]。三、建設(shè)普通地質(zhì)實(shí)習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)（一）無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是測(cè)繪遙感領(lǐng)域近些年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，其可以同時(shí)從垂直、傾斜等不同角度采集影像，獲取高度、長(zhǎng)度、面積、角度、坡度等豐富的地理信息及影像數(shù)據(jù)，更加真實(shí)地反映地面物體的實(shí)際情況。目前，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到智慧城市建設(shè)、林業(yè)調(diào)查管理、應(yīng)急救災(zāi)、國(guó)土規(guī)劃、智慧旅游、交通導(dǎo)航服務(wù)等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)智能化管理，提升人們的生活品質(zhì)。（二）數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)建設(shè)1.采集數(shù)據(jù)普通地質(zhì)實(shí)習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)的主體是野外露頭的實(shí)景三維地質(zhì)模型。無(wú)人機(jī)拍攝的影像是實(shí)景三維地質(zhì)建模的重要數(shù)據(jù)，影像的質(zhì)量和數(shù)量決定了模型的質(zhì)量。由于野外露頭的高度、坡度、面積及地形地貌差異大，因此，需要根據(jù)野外露頭的地形地貌特征，綜合考慮無(wú)人機(jī)的飛控距離、電池消耗和測(cè)量精度等因素，從而進(jìn)行航測(cè)區(qū)域規(guī)劃。同時(shí)，設(shè)置無(wú)人機(jī)的航行高度、速度、拍攝間隔及重疊度等參數(shù)，采集實(shí)景三維地質(zhì)建模所需的原始影像數(shù)據(jù)。2.建立實(shí)景三維模型對(duì)原始影像數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量和精度檢查后，通過(guò)實(shí)景建模軟件ContextCapture將簡(jiǎn)單的連續(xù)影像自動(dòng)進(jìn)行高分辨率三維模型重建，建立野外露頭的實(shí)景三維地質(zhì)模型。3.建設(shè)數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)利用GoogleEarth（谷歌地球）對(duì)普通地質(zhì)實(shí)習(xí)點(diǎn)及觀察點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注，并用不同顏色標(biāo)明不同的實(shí)習(xí)路線，使學(xué)生可以清晰了解各個(gè)實(shí)習(xí)點(diǎn)的位置、距離、路況等。同時(shí)，每個(gè)實(shí)習(xí)點(diǎn)均建立實(shí)景三維地質(zhì)模型，使學(xué)生可以通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行放大、縮小，觀察野外露頭的地層、構(gòu)造特征及典型的地質(zhì)現(xiàn)象。通過(guò)普通地質(zhì)實(shí)習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生在室內(nèi)就能身臨其境地觀察野外露頭的各種地質(zhì)特征和地質(zhì)現(xiàn)象。四、普通地質(zhì)實(shí)習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用克拉瑪依市春秋兩季時(shí)間短且多大風(fēng)天氣，不適合進(jìn)行野外實(shí)踐教學(xué)，因此，普通地質(zhì)實(shí)習(xí)一般安排在暑假。然而，克拉瑪依市7、8月份白天平均氣溫為31℃，極端高溫曾達(dá)到46.2℃，為避免學(xué)生中暑，野外實(shí)踐教學(xué)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。每天的野外實(shí)踐教學(xué)包括三四個(gè)觀察點(diǎn)，每個(gè)觀察點(diǎn)的觀察時(shí)間一般不超過(guò)1.5小時(shí)。學(xué)生一般五六人一組，小組成員需要分工協(xié)作完成巖石取樣、地層產(chǎn)狀測(cè)量、野外地質(zhì)記錄編寫(xiě)、野外露頭及典型地質(zhì)現(xiàn)象拍照，以及野外地質(zhì)素描圖繪制等多項(xiàng)工作。學(xué)生在每個(gè)實(shí)習(xí)點(diǎn)真正能夠獨(dú)立觀察和主動(dòng)思考、分析的時(shí)間有限。所以，目前的普通地質(zhì)實(shí)習(xí)以教師講解為主，學(xué)生跟隨教師的講解去觀察指定的野外地質(zhì)現(xiàn)象并記錄。雖然通過(guò)普通地質(zhì)實(shí)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)ⅰ捌胀ǖ刭|(zhì)學(xué)”課程的理論與野外實(shí)際觀察到的地質(zhì)現(xiàn)象結(jié)合起來(lái)，增強(qiáng)了感性的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，并掌握了一定的野外地質(zhì)工作基本方法和技能，但學(xué)生普遍都是被動(dòng)地接收知識(shí)，如果沒(méi)有教師的引導(dǎo)和講解，學(xué)生在面對(duì)野外露頭時(shí)普遍不知道該觀察哪里、如何觀察，缺乏主動(dòng)觀察和分析野外地質(zhì)現(xiàn)象的意識(shí)和能力。在利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)建立普通地質(zhì)實(shí)習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)后，首先，教師通過(guò)室內(nèi)多媒體進(jìn)行授課，播放野外剖面遠(yuǎn)景及近景的高清立體圖像，讓學(xué)生提前觀察野外剖面，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)觀察地層特征、尋找學(xué)習(xí)過(guò)的地質(zhì)現(xiàn)象，并主動(dòng)思考形成這種地質(zhì)現(xiàn)象的原因是什么。其次，在室內(nèi)教學(xué)時(shí)，通過(guò)分組討論，學(xué)生充分交流、分享各自的想法和見(jiàn)解，并不斷討論，形成初步的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，以便在野外實(shí)踐教學(xué)時(shí)能夠帶著問(wèn)題更主動(dòng)、積極地到實(shí)習(xí)點(diǎn)前仔細(xì)觀察，求證先前的地質(zhì)認(rèn)識(shí)是否合理正確。最后，教師根據(jù)學(xué)生的觀察和分析情況，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行地質(zhì)認(rèn)識(shí)的補(bǔ)充和完善。室內(nèi)數(shù)字化教學(xué)與野外實(shí)踐教學(xué)有機(jī)融合，既能有效激發(fā)學(xué)生對(duì)地質(zhì)學(xué)習(xí)的興趣，又提升了學(xué)生主動(dòng)觀察和分析野外地質(zhì)現(xiàn)象的能力。同時(shí)，在不斷地主動(dòng)思考和獨(dú)立解決地質(zhì)問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生也極大地提升了成就感和自信心，增加了對(duì)地質(zhì)學(xué)專業(yè)及地質(zhì)工作的了解和熱愛(ài)。五、基于數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)的專業(yè)課課程思政（一）建設(shè)專業(yè)課課程思政平臺(tái)普通地質(zhì)實(shí)習(xí)是地質(zhì)學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的第一門專業(yè)實(shí)踐類課程，具有專業(yè)啟蒙性質(zhì)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣、提升學(xué)生對(duì)地質(zhì)專業(yè)的認(rèn)可度、激發(fā)學(xué)生對(duì)地質(zhì)事業(yè)的熱愛(ài)等具有重要的作用，也是開(kāi)展專業(yè)課課程思政的重要平臺(tái)。但需要注意的是，不能為了思政而思政，生硬地向?qū)W生灌輸與實(shí)習(xí)內(nèi)容相關(guān)性不大的思想政治理論，這樣反而容易引起學(xué)生的抵觸和逆反心理。教師應(yīng)充分利用野外實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)，營(yíng)造輕松愉悅的教學(xué)氛圍，充分挖掘野外地質(zhì)實(shí)習(xí)中蘊(yùn)含的思政元素，“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”地把思政元素與野外實(shí)習(xí)內(nèi)容融合在一起，潛移默化地對(duì)學(xué)生進(jìn)行價(jià)值引導(dǎo)和精神引領(lǐng)[6-7]。（二）數(shù)字化教學(xué)增強(qiáng)學(xué)生科技創(chuàng)新意識(shí)普通地質(zhì)實(shí)習(xí)利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影等現(xiàn)代信息技術(shù)建立了數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)，讓學(xué)生領(lǐng)悟到科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要性，增強(qiáng)了學(xué)生的科技創(chuàng)新意識(shí)。同時(shí)，學(xué)生將“普通地質(zhì)學(xué)”課程的理論知識(shí)運(yùn)用到野外地質(zhì)實(shí)習(xí)中，在一次次運(yùn)用理論知識(shí)分析、解決地質(zhì)問(wèn)題的過(guò)程中，感受到了理論知識(shí)與實(shí)際認(rèn)知之間的差別和聯(lián)系，培養(yǎng)了腳踏實(shí)地、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。（三）激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷讀萬(wàn)卷書(shū)不如行萬(wàn)里路。普通地質(zhì)實(shí)習(xí)帶領(lǐng)學(xué)生領(lǐng)略祖國(guó)的大好河山，既有千姿百態(tài)的雅丹地貌，又有純凈夢(mèng)幻的鹽湖美景，還有大氣磅礴，猶如一條條巨龍的龍脊谷……讓學(xué)生真切地感受到祖國(guó)的錦繡河山和美麗的自然風(fēng)光，激發(fā)學(xué)生對(duì)祖國(guó)山河的熱愛(ài)之情。在黑油山—石油溝油苗構(gòu)造向?qū)W生講述李四光、黃汲清、謝家榮等我國(guó)老一輩地質(zhì)學(xué)家，面臨國(guó)家極度缺乏石油的局面，不畏艱難，多次野外地質(zhì)調(diào)查，終于發(fā)現(xiàn)了大慶油田，推翻西方國(guó)家“陸相無(wú)油”概論，摘掉中國(guó)“貧油國(guó)”帽子的故事，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義情懷。（四）增強(qiáng)學(xué)生對(duì)地質(zhì)專業(yè)的熱愛(ài)在黑油山實(shí)習(xí)點(diǎn)，教師向?qū)W生講授克拉瑪依石油人如何鏖戰(zhàn)沙漠戈壁，不懼黃土雄風(fēng)，艱難拼搏，終于在“沒(méi)有草、沒(méi)有水，連鳥(niǎo)兒也不飛”的戈壁灘上建成一座富足、美麗、文明的石油城的故事，以此弘揚(yáng)石油人“安下心、扎下根、不出油、不死心”的堅(jiān)韌石油精神和澎湃斗志。學(xué)生深刻體會(huì)到石油能源對(duì)一個(gè)國(guó)家、一座城市發(fā)展的重要性，提高對(duì)地質(zhì)專業(yè)的認(rèn)可度和專業(yè)自豪感，激發(fā)對(duì)石油地質(zhì)事業(yè)的熱愛(ài)之情，進(jìn)而樹(shù)立扎根油田，以技報(bào)國(guó)，為祖國(guó)石油事業(yè)發(fā)展添磚加瓦的決心。六、建設(shè)普通地質(zhì)實(shí)習(xí)數(shù)字化教學(xué)團(tuán)隊(duì)普通地質(zhì)實(shí)習(xí)面向?qū)W校地質(zhì)學(xué)類專業(yè)開(kāi)課，每年有200多名學(xué)生參加實(shí)習(xí)。隨著學(xué)生擴(kuò)招，參加普通地質(zhì)實(shí)習(xí)的學(xué)生也逐年增加，2024年預(yù)計(jì)有15個(gè)班，共400余名學(xué)生參加普通地質(zhì)實(shí)習(xí)，但目前卻僅有8名帶隊(duì)教師。野外實(shí)踐教學(xué)不同于課堂教學(xué)，野外空曠、噪音大；教學(xué)點(diǎn)多數(shù)在公路旁，帶隊(duì)教師需要時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的安全；教學(xué)點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn)，學(xué)生行走時(shí)容易拉開(kāi)較遠(yuǎn)的距離；教學(xué)點(diǎn)多數(shù)空間狹窄，一次教學(xué)容納的學(xué)生有限。所以，普通地質(zhì)實(shí)習(xí)最好實(shí)行小班教學(xué)，而目前帶隊(duì)教師的數(shù)量已經(jīng)不能滿足實(shí)習(xí)需求。為了保證普通地質(zhì)實(shí)習(xí)的教學(xué)水平，教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極培養(yǎng)地質(zhì)學(xué)專業(yè)的年輕教師和實(shí)驗(yàn)教師，擴(kuò)大實(shí)習(xí)教師團(tuán)隊(duì)，并保持實(shí)習(xí)教師團(tuán)隊(duì)的相對(duì)穩(wěn)定性。每年春季組織實(shí)習(xí)教師集體野外備課，交流、討論各個(gè)教學(xué)點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法，新老教師互教互學(xué)。同時(shí)，組織實(shí)習(xí)教師學(xué)習(xí)數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用和維護(hù)技能，不斷豐富數(shù)字化教學(xué)內(nèi)容，完善數(shù)字化教學(xué)手段，提高普通地質(zhì)實(shí)習(xí)的教學(xué)效果。七、結(jié)束語(yǔ)普通地質(zhì)實(shí)習(xí)