基于黄土滑坡科学观测研究站进行课堂教学模式探索—以兰州大学地质工程专业为例

张帆宇

兰州大学 土木工程与力学学院，甘肃 兰州 730000

一、引言

随着我国“一带一路”倡议的实施，西部地区的政治经济地位日益突出。同时，“双一流”建设成为提升我国高等教育综合实力与国际竞争力的国家重大战略决策。高素质人才培养不但是服务区域经济可持续发展的重要基础，也是国家重大战略决策长期有效实施的重要保障。因此，教学质量和教学革新也就成为西部各大高校再次关注的焦点。西部地区高等教育院校密集度明显低于东部和经济发达地区，加之受西部地区经济发展相对落后的影响，教育资源和教学条件也相对较差。特别是部分高校的工科专业，教学实践配套资源相对匮乏。很多西部高校都缺少工科专业配套的实践课程体系中所需的教学设施和教学基地，且工科专业有关实践课的理论研究也处于教育学研究的薄弱环节。另外，教育部发布了开展新工科研究和实践的通知，这对西部高校的有关工科专业教学实践提出了新要求，也推动了各高校对工科教育进行改革创新的尝试和努力[1]。

国内地质类专业的教学实习主要以高校自行建设的教学基地为依托，利用野外实习基地中存在的地层岩性、构造结构、地貌特征等在现场进行实践教学环节。比如中国地质大学（北京）与中国地质大学（武汉）的周口店野外教学实习基地和秭归产学研基地[2-3]。这类实习方式需要专门的实习基地建设，且需要特定实习时间完成设计的实践教学任务。然而，受西部教育资源的限制，当前很多高校地质类高校都缺少具有地域特色的实习基地。另一方面，西部特殊的地质环境和地貌特征，黄土滑坡地质灾害已给西部地区的基础设施、城镇化和人民生命财产造成了大量危害[4-5]，也在一定程度上影响了国家重大战略决策的实施。此外，地质灾害研究是一个涉及地质、工程、力学、技术和通信等多个领域的交叉学科。因此，在新工科研究与实践大背景下，加强地质灾害领域新工科教学革新模式探索，对提升相关学科本科生的科研素质和工程解决能力，促进学生后期具备与其他相关领域进行交叉融合的基础，具有重要的实际意义。

本文以兰州大学地质工程专业的工学本科生为教学对象，榆中校区内黄土滑坡科学观测研究站为教学基地，结合该专业诸如地质学、灾害地质学和工程地质勘探等相关课程中涉及黄土相关内容进行课堂教学革新模式的探索，从理论和实践方面对地质工程专业现场课堂教学的适应性和有效性进行验证，为提升本科生教学质量和教学改革提供经验和基础。

二、科学观测研究站选址对课堂教学实践的重要性

黄土滑坡科学观测研究站位于兰州大学榆中校区内，黄土厚度150～200 m，含有典型的沟、梁、峁黄土地貌，还有大量的落水洞和滑坡等地质灾害，且还广泛分布表面结皮、坡面侵蚀和沟道侵蚀等地表演化过程。该研究站建立的目的是在进行黄土滑坡科学观测的基础上，利用区内丰富的地质地貌元素进行本科生课堂教学的实践活动，并服务于社会科普宣传功能，最终实现产学研目标。

要实现本科生教学活动中的课堂教学实践环节，选址上就要有特殊的标准和要求，含课堂教学功能的位置会比专门用于野外实习的基地在便捷性和时效性上要求更高。兰州大学黄土滑坡科学观测研究站具有课堂教学实践的地理优势，在地质工程专业课堂教学模式探索过程中，目的是让学生和教师在正常教学授课期间，能在科学观测研究站及其周边区域内进行与地质相关课程内容相关的教学活动，让学生结合室内的课程内容，直观地去感受教材中有关黄土的地貌特征、灾害类型和地质现象，然后回到教材内容进行再认识，对模糊的地方可重新再回到现场，实现了地质类专业学习过程中理论与现场有机结合的基础。

兰州大学黄土滑坡科学观测研究站具有教学实践环节可实现性的优越地理位置，还有广泛的地质、地貌和地形实践要素。这就为地质工程专业中涉及黄土沉积、黄土地貌和黄土地质灾害等相关专业内容进行课堂教学实践环节奠定了重要基础，为提升学生对专业的兴趣和喜爱提供了条件。

野外课堂教学是群体性事件，教学活动期间师生的安全性也是必须关注的[4]。黄土滑坡科学观测研究站具有道路交通和网信通讯等完善的基础设施，且具有充足的野外活动空间。这不但提供了室外课堂教学活动所需的便捷性和时效性，还很大程度上满足活动开展的安全性。因此，野外观测研究站的选址是课堂教学实践环节中实现功能多样化和有效实施的重要前提。

三、基于黄土滑坡科学观测研究站的课堂教学模式

地质工程专业诸多地质地貌相关的课程教学，书本讲授、多媒体展示和板书图解等方式仍都属于平面方式，且在课堂中缺少自由互动交流的空间，学生在教室中获得的信息仍是被动静态的。尽管多媒体教学环节也可增加一些精彩视频和三维动画的信息[5]，仍属于碎片化的获取方式。这些不利于学生对各类地质、地貌和地形及其演化过程系统化地学习和理解。当前的本科生课堂教学缺少自由互动交流的空间[6]。因此，当前诸如地质类专业这些平面教学方式仍不能完全满足学生在视、听、说的感官精神要求。教育学领域的研究也证实，真实直观且具互动交流对象的课堂教学是当代大学生所亟须的[7-8]。

鉴于以上实际情况，兰州大学地质工程专业依托校区内的黄土滑坡科学观测研究站，针对课程内容中有关黄土沉积、地质灾害和地形地貌及其过程的现象、知识和问题，进行现场课堂教学模式探索。当前主要进行了三类模式探索：(1)“ 三基四到”理论与实践的结合模式；(2) 技术方法、仪器培训和实践操作一体化的模式；(3) 科学研究、新技术和教学实践的互动模式。

对于“三基四到”的课堂理论和现场实践的结合模式，主要是为了克服地质工程专业中地质类课程中的大量内容主观性、宏观性和经验性的特点，同时提升本科生对地质工程专业的兴趣。为了实现这一目标，在普通地质学、遥感地质学、灾害地质学及第四纪地质和地貌学四门课程中涉及黄土相关的内容时，首先通过在课堂上对基本概念详细的讲解、基本知识深入的分析、基本问题概括的阐述（三基），然后充分利用黄土滑坡科学观测研究站及其周边典型的黄土沉积、黄土地貌、黄土灾害及有关黄土地质地貌演化过程，让学生沿途现场观察各类地貌地质现象，配合罗盘、地质锤和显微镜地质三大件进行实践练习，然后结合课堂授课内容师生间对问题进行互动交流探讨，从而实现野外实践中“走到、看到、摸到和问到”的“四到”环节。同时，还通过高低年级联合实践，这不但促进各年级学生提高对专业内容的认知程度，还有利于低年级学生向高年级学生了解认识专业。此外，观测研究站便捷的地理位置，也为问题执着型的学生将书本理论和现场现象不断互相印证提供了便利条件。通过三年的实践证明，这非常有利于学生对课堂授课环节中学到的“基本概念、基本知识、基本问题”的认识和了解。

对于技术方法、仪器培训和实践操作一体化的模式，主要是为了提升本科生已学到的专业技术方法在实际工程和科学研究中有效合理的应用能力，克服理论技术方法与实践动手能力脱节的问题。在该模式中，基于黄土滑坡科学观测研究站及其周边区域典型的沟、梁和峁黄土地貌和崩、滑、流、落水洞等黄土灾害类型，结合学生在工程地质勘探中学到的技术方法，亲自利用地震波仪和高密度电法仪探测不同地貌和灾害类型中的坡体结构特征，再回到室内利用专业软件对数据进行分析，然后通过获得的数据结果再去认识勘探的黄土地貌和黄土灾害对象，从而实现定性和定量的结合。这种教学模式是活动的，使学生对专业技术方法的掌握更具有效性，且具有明确的任务取向和目标导向，然而这种模式会受到不同高校教学硬件平台的限制。

对于科学研究、新技术和教学实践的互动模式，主要是为了培养本科生对科学研究、新技术和新方法的了解和兴趣，推动教师在教学中寻求科研的平衡，并一定程度上克服西部高校研究生优势生源的流失和不足的问题。在该模式中，通过黄土滑坡科学观测研究站布置的科学仪器和开展的研究内容，在现场对学生讲解现场监测设备的主要功能外，还让学生了解研究的方法、目的和意义。此外，让学生参与诸如机载Lidar等新技术方法在现场的研究活动。这种模式依托观测研究站成为一个看得到、摸得着、系统成像的科研展示平台，还能帮助一些学生了解黄土地质地貌过程中的关键科学问题。通过几次活动的实践显示，这能使一部分意愿在专业方向上走得更远的学生有了学习的落脚点，还使教师在教学中有了科研的着力点。

四、总结

通过本科生课堂教学革新模式的实践表明，基于兰州大学校区内的黄土滑坡科学观测研究站，有效地提升了地质工程专业学生对有关黄土方面专业知识的理解和认识，推动了科学研究与本科生教学的融合。通过三种教学革新模式的探索，有利于学生将书本理论和现场现象结合起来，并在一定程度上对专业现象和问题实现定性和定量的认识，实现对专业研究的兴趣。此外，通过实践还发现，充分发挥大学校区或邻近区域的野外观测试验研究平台教学资源化，不但为本科生课堂教学提供了新的模式和途径，还一定程度上缓解了教学资源的不足。因此，野外观测试验平台与课堂教学相结合的模式，为具备类似条件的院校专业教学提供参考。