新形势下的地质工程专业岩矿类课程教学改革探索

2021-03-15裴秋明赵晓彦王世明刘园园

教育教学论坛 2021年4期

裴秋明赵晓彦王世明刘园园

[摘要] 当前地质工程专业领域所面向的工程地质问题日益复杂，文章以西南交通大学地质工程专业为例，探讨新形势下地质工程专业岩矿类课程的教学改革的紧迫性及其相关对策。通过学情分析，基于OBE教育理念，强化未来需求导向，结合本校专业建设特色，首先对人才培养目标进行顶层设计，强调“地质过程—力学机理—工程技术”三位一体的学术理念。在此基础上，从师资队伍建设、教学模式、实验教学和教学质量监督等多方面对岩矿类课程组进行了针对性的探索性改革，力图培养学生的地质素养、探索精神、创新能力和批判思维，同时可为其他院校岩矿类课程建设和教学改革提供参考。

[关键词] 地质工程;矿物岩石;教学改革;学习兴趣

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2021）04-0043-05 [收稿日期] 2020-07-25

2018年6月21日，教育部在四川成都召开新时代全国高等学校本科教育工作会议，150所高校联合发布《一流本科教育宣言（成都宣言）》，“以本为本”将是中国高等教育今后发展的主旋律[1]。宣言强调学科专业建设要不断适应社会经济发展的新需求，办出水平办出特色。以西南交通大学为例，地质工程专业为国家级特色和国家卓越工程师培养计划专业，具有鲜明的西部山区地域优势和轨道交通行业特色。近年来，以“川藏”“滇藏”“中巴”“中尼”等为代表的国家重大工程项目建设正面临前所未有的挑战[2]，所面向的工程地质问题日益复杂，如何应对在极其复杂的地形地质条件下实现建设目标，对地质工程专业学生的培养带来了新的更高要求。然而，很多毕业生专业知识体系不健全，在工程实践中常表现出“地质”与“工程”脱节、地质基础不牢固，“重工程轻地质”的现象还普遍存在[3]，在以土木、交通、水利等为特色的非传统地质院校中表现尤为突出，这显然无法满足新形势下地质工程专业的学科建设要求。

一、教学中面临问题分析

岩矿类课程主要包含“晶体光学”“结晶学与矿物学”和“岩石学”等课程。部分院校合并开设“矿物岩石学”课程，该门课程涉及的知识点繁杂，理论性与实践性均较强。岩矿基础知识的掌握程度直接影响后续专业课程的学习效果[4]，其教学难度大，相关教学改革工作需从多方面进行综合探索。通过对学情详细调研，结合一线教学体会，在课程调整与优化过程中主要发现以下问题。

（一）人才培育理念不适应新形势下的社会需求

根据学生野外实习表现、毕业设计完成情况、用人单位反馈和毕业生工作状况等多方面调研结果，地质工程专业的传统人才培育理念重工程轻地质、重技术轻机理，学生缺乏国际视野，创新能力不足，难以适应国家和社会对当前面向复杂工程地质问题为导向的新型复合人才的培养需求。

（二）教学资源不足，实验教学及野外实习环节重视不够

教学团队的师资队伍和实验教学的软硬件设施建设目前存在不足，尤其与传统地质院校相比，差距更为明显。实践性强是岩矿类课程的突出特点，且学生实践表现也正是课程教学效果的直接反映，而在实验教学环节中还存在一些问题亟待解决，如实验课时不足、实验设施陈旧、实验手标本及光薄片典型性不够等。野外实习可以理解为室内教学的延伸课堂，是学生提升地质工作基本技能的必要环节，具有不可替代性。野外实习过程中也存在经费投入不足、时间紧、任务重等问题。

（三）课程教学手段与方式较单一

课堂教学手段和方式是一个需要持续改进的环节，需要根据课程特点和学生实时反馈不断调整和尝试，以期达到教学目标。整体而言，课程改革调研中发现在教学重点内容取舍、授课方法与考核方式等诸多方面存在不足，是课程改革需要关注的重点之一。

（四）学生学习兴趣不浓

学习兴趣是学习的动力，对教学质量与效果影响显著。通过与一线授课教师交流、问卷调查和学生座谈，发现学生对专业课学习兴趣不高。结合专业背景、课程特点以及前人研究成果[5]，笔者总结出导致学生对岩矿类课程学习兴趣不浓的主要因素。

1.选专业情非所愿。当前很多学生是听从长辈意见、出于工作前景考虑或服从专业调剂而选专业。调查发现，出于本人兴趣选择专业的学生占比不足30%[6]。因而，学生对地质工程专业认可度不高，学习意愿不强，学习动力不足，容易从源头上丧失學习兴趣。

2.目标不清，心理准备不足。由于当前社会普遍对本科教育的认识存在偏差，部分家长和学生甚至把高考作为学习的终极目标，造成部分学生缺乏明确的奋斗目标，同时可能对大学阶段的学习压力与难度存在误判。地质工程领域本身就是艰苦行业，学生可能还存在一定程度的畏惧心理。

3.岩矿类课程涉及知识面广、内容多，学习难度较大，这是由该类课程自身特点决定的;同时若教师授课手段或方式缺乏多样性，学生容易出现疲倦状态，进而导致学习兴趣减退。

4.管理不严，环境不好，氛围不浓。外在条件也会对学习兴趣产生较大影响，进入大学阶段后，整体管理相对宽松，在缺乏群体学习压力与激励下[5]，自制力较差的学生容易迷失，渐渐失去了学习的积极性。同时，近年来地质行业整体处于相对低谷期，使得学生对行业信心不足，部分学生转专业也会加重这一情绪，整体学习环境与氛围不佳，也在一定程度上影响学生的学习激情。

以上因素导致当前学生对岩矿类课程的学习兴趣，因而如何激发学生的学习兴趣，探索新的教学模式，是本次教学改革的重点。

二、基于OBE教育理念的人才培养目标重新定位

OBE（Outcomes-Based Education）即成果导向教育，是当前国际高等教育界所广泛认同的一种先进且新颖的教育理念，强调相应的课程体系建设以学生为中心[7]。以该理论为基础，首先明确毕业生应当具备的各种能力，以此为重要基础反向设计科学有效的人才培养方案。通过前文分析，当前应以提高学生解决复杂工程地质问题能力为目标导向。值得注意的是，近期获悉本校地质工程专业入选教育部“双万计划”首批建设行列，因而人才培养方案需依托一流专业“面向未来、适应需求、引领发展、理念先进、保障有力”的建设目标[8]。基于此，学院教师通过研讨会、网络实时讨论等多种形式，对地质工程人才培养方案进行顶层设计，完成了2019级地质工程人才培养方案修订。方案强调“地质过程—力学机理—工程技术”三位一体的学术理念，培养具有深厚地质学和数理力学基础，能在轨道交通、土木、建筑等工程建设中独立从事勘察、设计、施工、管理工作，且具有社会担当和健全人格、职业操守和科学素养、历史眼光和全球视野、创新精神和批判思维的地质工程专业高素质人才。以上培养目标的重新定位，对岩矿类课程教育改革具有重要的指导意义。

三、教学改革尝试与探索

（一）“引進来、走出去”，加强高层次师资队伍建设

高素质的师资队伍建设是提高教育教学质量的重要保证和基石。借助近年来学院推进国际化建设的契机，大力引进和培养高层次人才，学习借鉴国外先进的科研管理经验和教学理念。在外籍教师引进方面，目前学院已聘请德国波恩大学Lutz Plümer教授担任院长，日本东京大学Shuhei Okubo教授担任副院长，加拿大籍Saeid Pirasteh博士等海外专家全职加盟，并计划在5年内招聘20～22名全职外籍专家，这将对拓宽学生的国际视野、推动学院国际交流合作具有重要作用。近两年所招聘的中青年教师，几乎全部拥有海外留学经历或具有海外博士学位。与此同时，坚持引进与培养并重，积极拓宽渠道，鼓励中青年教师赴海外名校和科研机构进修学习，开展合作研究。近五年来地质工程系累计派出10余位教师到美国、加拿大、西欧、澳大利亚、日本等国家和地区知名高校留学访问。经常邀请国内外知名专家学者讲学，不仅包括最新的科研成果交流，也包含教学教育方面的宝贵经验分享，同时也积极鼓励教师走出学校、走出国门，到广阔的舞台碰撞发声、汲取精华，采取“引进来、走出去”的政策，加强高层次师资队伍建设。

对新入职的教师，西南交通大学教师发展中心推出颇具特色的“新教师首开课培训计划”。在为期一年的培训期间，配备专家一对一全程指导，通过随堂听课、检查评价各教学环节等对参加首开课教师进行跟踪指导，并进行严格考核，让青年教师切切实实得到锻炼和提高。

（二）围绕如何激发学生学习兴趣，创新教学模式

通过前文的调研分析可知，当前学生群体中普遍存在的学习兴趣缺乏的现状，在相当程度上影响了学生的学习主动性和岩矿类专业课程的教学效果。在课程教学改革实践中如何培养和激发学生兴趣，创新教学模式，进行了以下探索。

1.加强专业认知，增设新生研讨课。为了让学生对专业学习目标、学习内容、学习规划和未来发展有较为清晰的认识，认真做好入学教育工作，在专业介绍会上，不仅邀请了辅导员与任课教师，还邀请了优秀毕业生/研究生代表、已入职学生等参加。课程教学开始，对地质工程大一新生增设新生研讨课（2学分），即“地质资源与地质工程概论”，由不同研究方向的教师合作轮流授课，为学生深入了解专业领域相关内容提供良好平台，激发学习兴趣。与此同时，为每个班配置专职辅导员、班导师各一名，推行和落实学业导师制度。学业导师由一线任课教师担任，经过多届实践效果评估，每5～6名学生分配一位学业导师，这对学生个体具有很好的引导和激发作用，同时对班风学风也具有很好的带动和辐射作用;另一方面也让学业导师自身更具有获得感和成就感，激发教学与科研热情。类似的本科生导师制在其他高校亦有报道[9]，具较好的应用和推广价值。

2.“传统教学+互联网”，线上与线下教学相结合。以慕课（MOOC）为代表的网络开放课程正在席卷中国教育界[10]。中国地质大学、中国矿业大学、西南石油大学等高校开设的岩矿类慕课精品课程可与传统课堂教学优势互补。一方面与课堂教学形成补充，学生根据知识掌握情况自主进行MOOC学习，提高学生的参与度，照顾学生的个体性;另一方面也能及时检查学习情况，对疑难部分可在线反复学习，结合网络答疑平台互动，及时予以解决。疫情期间，通过同步或异步SPOC线上教学实践，对比传统教学模式，尽管在管理方式上等存在不足，但实际调研显示，学生学习兴趣与主动学习意识提升明显，教学反馈良好，今后疫情解除后开展线上与线下混合教学将会是很好的教学方式。除慕课资源外，国家岩矿化石标本资源共享平台系统整合了具有科学价值的岩矿化石标本资源17万余件，涵盖品种齐全，并配有产地、特征描述、用途等丰富信息，可为线下学习提供了很好的支撑。

3.融合人文题材及科研成果，精选教学素材。精美精彩的教学素材能更好地吸引学生的注意力、调动学习兴趣，让课程学习更高效。理工科课程容易忽视人文情怀，例如在矿物学的颜色一章，笔者做过尝试，通过古文记载“侧而视之色碧，正儿视之色白”的线索，利用拉长石的变彩效应，探讨和氏璧中玉之来源的历史谜团，利用同位素地球化学鉴定文物等研究[11]，为工科课堂添加人文气息，有意识地培养学生开拓创新的能力。另一方面，教学与科研相长，科研课题涵盖科学研究、科学技术和科学前沿[12]，二者融合能让课程资源具有前沿性、创新性和开拓性，有利于培养学生的创新思维与探索精神。

4.以赛促学，以更高要求培育学生。以全国大学生地质技能竞赛为例，该竞赛包含地质技能综合应用竞赛、野外地质技能竞赛、地质标本鉴定竞赛和地学知识竞赛四个单元，需要参赛学生利用课余时间进行各个环节的系统训练。采取以学生自主钻研为中心，教师及时答疑和点拨为指导，通过多轮选拔、优胜劣汰的机制，让学生在这一过程中不断夯实基础、注重实践、锻炼克难品质，对课堂教学形成良好的补充。课外学术竞赛能为学生开辟更为广阔和自由的学习探索平台，通过独特的竞争模式激发学生的主观能动性，丰富学习内容，培养在实践中独立思考、灵活应用理论知识的能力，进而提高学生的综合素质，进一步挖掘培训拔尖人才，由此起到示范带动效应，引领周围同学形成你追我赶的良好学风[13]。

5.促进团队学习，鼓励创新创业活动。“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”。创新创业实践活动讲究团队协作精神，能让学生具有很好的参与感，激发学习热情，同时亦能满足学生的求知欲和探索欲，让学生学到大量课外知识，锻炼多方面能力，进而提升综合素质。任课教师鼓励学生以3～5人为研究小组申报岩矿类相关的国家级、省级、校级大学生创新创业训练计划项目（SRTP项目）。本校已启动科创项目“千项计划”，对创新创业活动给予最大程度的支持，专家评审通过的项目均配套相应的经费支持，并鼓励指导教师辅以相应的经费支撑，同时组织专家组开展阶段性检查和验收工作，确保项目研究进度和实施效果。

（三）多措并举打造精品实验教学平台

理論与实验并重是岩矿类教学的典型特征之一。针对前期实验教学中存在的学时安排少、学生兴趣不浓、教学效果不理想等问题，我们通过学情调研、教研组讨论、借鉴兄弟院校先进经验等方式，进行了以下改革探索。

1.实验课单独成课，保证实验学时。当前高校普遍加大通识教育学分比例，专业课学分适当压缩，通过实验课单独成课，能保持学分不变、学时增加。例如课内实验课1学分对应16学时，单独成课后，1学分对应32个学时。同时让实验课开课时间较理论课延后2～3周，通过实验课检验、巩固、加深和再认识理论知识，完成理论到实验的自然衔接。

2.改善实验条件，精心准备实验素材。学校教务处、设备科和学院给予配套经费支撑，近年来连续多年投入，通过增设实验场地，按计划持续配备全新的显微镜、互动教学系统等软硬件设备，为学生提供良好的学习体验。同时，各位教师长时间多渠道通过野外采集、样品厂商实地选购、精心磨制多样化实验样品，确保典型性和启发性，激发学生学习兴趣，以保证教学效果。以“矿物边缘、糙面和突起”这一节教学为例，从正极高突起→正高突起→正中突起→正低突起→负低突起→负高突起，我们首先精心挑选磨制每一个突起等级的矿物，然后依次选择石榴子石→橄榄石→角闪石→石英→条纹长石→萤石这六种极具代表性的样品顺序精心粘贴、制作成单张薄片，让学生不用来回换不同矿物薄片，在同一视域下可更加直观地认识不同突起等级的矿物镜下特征，教学反馈很好。通过类似这样的细节打磨，逐渐完善实验教学的素材准备，力争打造精品实验平台。

3.加大实验成绩比重，完善考核评价机制。以往实验模块成绩占比偏低，甚至一并作为平时成绩笼统评价，容易造成学生不够重视。近年来通过不断摸索改进，将实验部分进行细化，加大分值比例，调整后占比为40%，按照“现场表现+实验报告+期末综合考核”进行评价。在实验课的最终考核中，加入延伸考核，教师随机指定6～7件未知矿物，鉴定难度按梯度设置，学生应用所学知识进行综合鉴定，答对4件以上为满分。对于期末综合鉴定特别优秀的，或者在创新创业活动、学术竞赛等活动中表现突出的，予以最高10%的额外加分，肯定学生的努力，激发学生的潜力。

（四）健全教学质量评估，实行过程控制

以校级→院级→教研组各级教务为主导，专家评议与学生反馈结合，做到教学质量全过程监督。每学期对岩矿类课程进行随机抽检，指派教学经验丰富的专家听课，综合评估课堂教学、作业、实验、实习、答疑和课程考试等环节，实行过程控制，全程把关。对于抽检课程，任课教师需完成课程自评估报告，通过评估专家、学生代表与任课教师进行座谈等多种形式的交流，协助任课教师做好教学反思。在此基础上，根据各方面反馈意见进行教学总结，拟好教学改进计划。

四、结语

为适应和满足社会对地质工程专业人才培养的新要求，提高新形势下应对复杂工程地质问题的能力，本文结合西南交通大学地质工程专业岩矿类课程教学现状，实施了一系列探索性举措。首先，通过吸纳先进教育理念，立足行业特色，主动契合时代要求，重新定位人才培育理念，做好地质工程专业的顶层设计;同时，抓住学院大力推行国际示范化建设的契机，不断借鉴和学习国内外先进教学思想与管理经验，加大国内外交流合作，不断拓宽师生国际视野，加强高层次师资队伍建设。在此基础上，多措并举推行教学改革，包括推行研究型教学投入、融合网络教学资源与线下教学、鼓励理工科课堂渗透人文元素、鼓励科研反哺教学、注重精品实验平台建设、实践全过程教学质量监督等，对课堂教学效果提升明显。值得指出的是，由于岩矿类地质课程改革是一项系统工程，我们仍处于不断探索阶段，且新的教学模式和教学思想会不断涌现，相关课程建设和教学改革应当基于教学实际，通过反复总结、反思和尝试，在实践中不断发展、优化和完善，以期更好地实现教学目标。

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