工程教育专业认证体系下地球科学概论教学改革浅析

罗红玲，曹代勇，方家虎，黄 曼，李 勇

中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083

工程教育专业认证体系下地球科学概论教学改革浅析

罗红玲，曹代勇，方家虎，黄 曼，李 勇

中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083

在参入工程教育专业认证过程中，笔者深入研究了中美地球科学概论课程教学目标、内容、方法和方式的差异，取得几点认识：一是在制定课程的教学目标过程中，向更深层次的教学目标倾斜；二是在教学过程中，用现实生产中的实例培训学生的地学思维能力；三是采用多种教学方法，激励学生的学习兴趣，提升学生的自学能力；四是实践课程的实验方法具有系统性和完整性，而实验步骤具有可操作性；五是考核内容能体现知识和理论的运用、分析、综合和评价，逐渐减少“死记硬背”的试题。

地学思维；教学改革；中美教育

earth science thinking; teaching reform; education in China and in America

近些年，我国开展了工程教育专业认证工作，力图使我国的高等教育水平与国际接轨。这项工作为中国学习美国的教育教学方式和方法起到了良好的促进作用，同时也让我们意识到，这项工作对中国教育而言，任重而道远。要顺利通过认证也并非易事，我们教学体制的方方面面都需要进行调整与改革。本文拟以地球科学概论为例，对目前的教学体制提出一些改进的建议和措施。

一、教学目标

按工程教育专业认证要求，课程的教学目标应指明学生应达到的知识与能力。在国内，我们的教学目标中最常见的两个词汇是“理解”和“了解”，有时候会加入“掌握”，但具体到什么程度则比较模糊。而在工程教育专业认证过程中，需要就学生通过这门课程的学习达到的知识和能力进行具体说明。1956年，美国教育学家和心理学家布卢姆将认知领域的教学目标分为知道、理解、运用、分析、综合和评价六个层次[1]。在我们的教学目标中，“了解”相当于布卢姆提出的第一个层次“知道”，“理解”对应第二个层次，“掌握”对应“运用”和“分析”。我们在目标制定中往往倾向于前两种能力。目标的降低已经决定了我们在教学上与国际的差距。要提高学生的能力，在制定教学目标时，我们关注的重心应该向后四个层次倾斜，前两个层次只是后四个层次的一个基础。

二、教学环节

由于培养目标的偏低，无论是平时教学环节还是最后的考试，第一和第二个层次的内容占比偏高。按照工程教育专业认证的要求，教师在制定教学内容过程中，应该明确指出，通过本课程的学习，学生应该掌握的知识与具备的能力，特别注明这些知识与能力符合专业培养计划中毕业要求（专业认证标准）的哪几项。中英文地球科学概论教科书讲述的主要内容差别不大，然而由于商业运作的原因，地质学家与一些摄影师、画家合作，使得英文教科书籍的制作非常精美，很有吸引力，但它们价格昂贵，国内学生难以承受，课堂上，我们给学生展示精美的PPT图片，只是从某种程度上弥补这种不足。由于我们的学生地质科普知识欠缺影响了教学内容的深入。多年来，由于地理课不作为高考课程，在高中教育阶段，人们不重视地理课，即便重视它，由于国内高中地理课涉及的地质内容有限，学生的基础地质知识量仍就不足。作为美国高中生主流理科教材，《Earth Science: Geology,the Environment and the Universe》(地理、地质学、环境与宇宙)[2]包含了相当全面的地质学内容。笔者经过对比发现，在当前情况下，即使我们的学生学完了地球科学概论，他们掌握的地学知识也只比美国高中生稍微深入一点而已。

在我们的培养目标里，尽管提到要培养学生的地学思维能力，但是，在教学环节，如何培养这种能力，似乎只能意会，难以言传，学生是否具备这种能力，也很难从我们的考卷中体现出来。对于这个问题，笔者思考了很久，一直找不到一条好的解决途径。直到笔者看到美国版的《Laboratory Manual in Physical Geology（普通地质学实验手册）》[3]，这是一本实验课教材，也可以作为学生学习地球科学概论的课外读物，更重要的是，它里面设计的一系列综合习题，能较好地培训学生的地学思维能力，部分习题还培训学生的发散性思维，鼓励学生以批判性的眼光，大胆地进行猜想，这恰恰是我们地学教育中欠缺的。这本教材是美国地质教师协会与美国地质机构合作的一个成果，将地质生产实践中的实际问题转化为习题的形式，让学生运用学到的地学理论知识，通过对这些问题进行分析、综合和评价，加深他们对地球科学概论知识的理解和运用，逐渐使他们获得地学思维能力。

如教材中设计的第一个作业是关于地质调查，从一个铜矿区的遥感图片开始，观察对象逐渐变小，依次为铜矿坑、铜矿石、铜硬币、线路板上的铜丝，最后是铜的原子结构，要求学生对这些图片上的对象进行定量、定性分析，然后判断遥感图上哪些地方具有找铜矿的潜力，以及社会生活中用到的铜是怎样来的？通过这道习题，学生能很好地理解地质学家研究的对象、工作流程和方法，以及对社会的贡献等。

还有一个关于地球的外部圈层作业，要求将土壤、沙滩、叶子表面、森林里的熔岩等名词和短语按其涉及的圈层放在文氏图不同位置上（图1），如果涉及二个或多个圈层，则放在二个或多个圈层重叠的位置上。这比我们的考题——让大家回答地球的外部圈层的定义和特征要深刻得多。

图1 地球外部圈层的文氏图（用文氏图显示地球几个圈层重叠区域，如中心圈代表四个圈层重叠区域，其他依此类推）

此外，教材还要求学生在地形图上识别不同地貌。由于地球科学概论基本上不涉及测量学知识，因此，它也设计了一些练习题（题后都有提示），让学生学习和掌握地形图的绘制和阅读方法，然后再安排学生通过观察地形图解决实际地质问题。

整本书给人感觉是，“强强联手，匠心独具，令人耳目一新”。之后，笔者将其中一部分综合题译成中文，让学生先独立完成作业，然后以组为单位一起讨论，笔者再针对大家作业中普遍存在的一些问题，集中进行讲解，取得非常好的效果。这本书对于组织学生自学、培训学生的地学思维能力是上选之作。

三、教学方法

由于地球科学讲述的许多内容来源于大自然，如火山、地震、河流、海洋等，这些现象本身很有吸引力，但是，由于入读地质类专业的很多学生并非第一志愿填报这个专业，他们难免带着情绪来听课。如何让这门课更有吸引力呢？在大量的教材中，英文《How does Earth Work？》（地球是如何运作的）[4]别具一格，因为它把我们孔子所提倡的情景教学法用到极致。在每一章开头，都有一个情景模拟，让读者展开想象的翅膀，仿佛身临其境地去领略大自然的无穷奥秘。例如，在第一章，它就“安排”你到一座火山喷发现场，此时，你会感到害怕吗？你也许会想，是否安全呢？由此激起读者的好奇心，想了解更多有关这方面的知识。既然美国人能将孔子的情景教学法应用到一个出神入化的程度，我们更应该学习和研究中西方教学方法，针对不同的知识点采取不同的教学方法，以期达到更好的教学效果。常见的教学方法有情景式教学（启发式）、以问题为导向的教学（PBL）、讨论法、案例法、模拟训练法和基于项目的教学等。

四、实验课程

实验课是地球科学概论教学非常重要的一个环节，也是锻炼学生实践能力和技巧的一个平台。为了让学生能在有限的时间里获得更大的收益，一本合适的实验教材能起到事半功倍的效果。在中文版普通地质学或地球科学概论实验指导书中，笔者比较看重陈智娜等编撰的《普通地质学实验指导书及思考题集》[5]，也使用了多年，它的内容比较完整，条理清晰，书中有很多经验和技巧之谈，对于有一定基础或者有耐心的学生很有帮助，比较适合中国学生一贯以来的系统性思维。但是，对于新手而言，直接操作起来还有一定难度。而美国出版的《Laboratory Manual in Physical Geology》[3]（普通地质学实验手册）恰恰能弥补这种不足。它的操作性很强，每一步要干什么，都非常明确（表1），有时还配有精美的插图，把我们认为需要靠经验解决的问题程序化和模式化，对于新手而言，很容易进入操作状态。笔者认为，中英文实验指导书各有千秋，将两者相结合，能更有利于学生掌握矿物和岩石的鉴定方法。

五、考核机制

在工程教育专业认证中，还有一个自证过程，就是我们用什么证明教学目标实行了，如作业、报告或者试卷。由于上述的一些原因，在自证过程中，我们从以往试卷中能找出的体现运用、分析、综合和评价能力的试题不多，而且往往这类考题的得分也不太理想。大学里“背多分”（死记硬背就能获得高分）似乎已经成了公开的秘密。许多考试，只要学生认真记、认真背就可以获得很好的成绩。平时的作业也多是概况式、总结式的，以致让学生误以为普通地质学或者地球科学概论跟文科的一些课程差不多，地学思维分析能力的培养几乎无处可寻。在过去的教学实践中，由于平时缺少这方面的训练，一旦考试中出现与地学思维能力有关的考题，学生的得分往往不太理想。因此，笔者认为，在教学过程中，我们应该学习美国，引导学生进行地学思维能力的训练，学生才有可能在这类考试中取得较好成绩，最终实现地学思维能力的达成。

表1 变质岩分析与鉴别表

综上所述，笔者认为，无论是工程教育专业认证，还是美国地球科学概论的教育教学方法，有很多值得我们借鉴之处。首先，我们应该制定一个明确而具体的、更高层次的目标，反映学生应该达到的知识和能力。其次，在教学过程中，应该将课堂教学与学生的课外扩展相结合，通过一系列来源于生产实践的综合习题，充分调动学生主观能动性，扩大学生的知识面，将理论应用到实践中，全面培训学生的地学思维能力。运用多种教学方法和手段提升教学效果，激发学生的学习兴趣。在实验课上，将中英文实验指导方法相结合，在追求实验方法的系统化和完整性的同时，将一些实验步骤程序化、模式化，以便于学生动手操作。在考核的过程中，逐渐减少“死记硬背”的考题，采用的考题能切实反映学生理解、运用理论知识，分析、解决问题的能力。

全国大学生地质技能大赛在中国地质学会地质教育研究分会和中国地质调查局联合倡导下，广大地学院校的积极参入下，取得了令人瞩目的成果，对提升老师的教学水平和学生的地质技能起到了很好的促进作用。笔者也殷切希望，中国地质学会地质教育研究分会和中国地质调查局能再度携手，组织高校地质教师编写一本类似《Laboratory Manual in Physical Geology》[3]的教材，让我们的学生能运用地球科学概论思考和解决地质工作中遇到的问题，以提升广大地质学子的地质思维能力，使我们的地学教育更上一个台阶，为将来中国地质教育能得到国际认可奠定基石。

[1] BLOOM B S. Taxonomy of Educational Objectives, Hand Book 1: The Cognitive Domain[M]. Addison: Wesley Publishing Company,1956.

[2] BORRERO F, HESS F S, HSU J, et al. Earth Science: Geology, the Environment and the Universe, Student Edition[M].Columbus: Glencoe/Mcgraw-Hill Education, 2008.

[3] BUSCH R M. INSTITUTE A G. Laboratory Manual in Physical Geology(10rd)[M]. New Jersey: Macmillan Publishing Company, 2014.

[4] SMITH G A, PUN A. How does Earth Work [M]. New Jersey: Pearson Prentice Hall, 2006.

[5] 陈智娜, 颜怀学, 林茂炳，等. 普通地质学实验指导书及思考题集[M]. 北京: 地质出版社, 1991.

G642

A

1006-9372（2017）02-0032-04

2016-06-28；

2016-12-28。

本研究受北京市青年英才计划（YETP0933）和中国矿业大学（北京）教学建设项目（T150201和K130205）资助。

罗红玲，女，副教授，主要从事地球科学概论方面的课堂教学和地学认识以及填图实习教学，研究方向为区域大地构造。

投稿网址： www.chinageoeducation.net.cn 联系邮箱：bjb3162@cugb.edu.cn

罗红玲，曹代勇，方家虎，等.工程教育专业认证体系下地球科学概论教学改革浅析[J].中国地质教育，2017，26（2）：32-35.

Title:Analysis of Teaching Reform on “An Introduction to Earth Science” under the Certification of Engineering Education

Authors: LUO Hong-ling, CAO Dai-yong, FANG Jia-hu, HUANG Man, LI Yong