普通地质学“小班课教学”实践与思考

张志诚，吴泰然，韩宝福，朱永峰，黄宝春，张进江

北京大学 地球与空间科学学院，北京 100871

普通地质学（Physical Geology）（吴泰然和何国琦，2011；Fletcher，2014）是地质学类各专业以及相邻学科有关专业新生入学之后最早接触到的一门专业基础课程（舒良树等，2012）。由于中学阶段没有专门的地球科学的课程，该课程又是引领同学们进入地球科学殿堂的一门专业启蒙课。普通地质学内容覆盖面很宽，涵盖了地质学各个分支学科的基础知识，是一门知识性、理论性和实践性很强的课程，在培养入门者的地质学思维和构建地质学知识结构方面具有重要作用，历来受到国内外著名大学的重视。该课程由理论课、实验课及野外实践三个环节组成的（滕玉洪等，1994）。经过多年的教学改革和教学实践，已经形成了一套以培养地质精英人才为目标的传统教学模式（胡杰和赖旭龙，2002；栾光忠和冯秀骊，2002；舒良树等，2012；王博等，2013；王瑞瑞，2016；解超明，2020；颜丹平等，2020；于福生等，2020）。

随着大学教育由专业人才培养向通识教育的转变，传统的教学模式遭遇了严重的挑战。另外，信息革命用电子信息取代了纸质信息，获得知识的方式发生了根本性的转变，各种搜索引擎使受教育者获得知识变得快捷而高效，也对传统的知识传授方式发起了挑战。

“小班课教学”模式是世界一流大学在教学实践中广泛采用、行之有效的一种重要教学组织形式。2012 年3 月，北京大学在认真思考、广泛调研和征求意见的基础上，提出了开展“大班授课和小班研讨” 相结合的“小班课教学”试点工作。2013年开始地球与空间科学学院为了培养综合性、高层次、复合型地学领军型人才，培养同学们对地球科学的兴趣，选择基础较好的主干基础课《地球科学概论（二）》（即普通地质学部分）率先开展小班课教学改革，次年普通地质学的重要组成部分《普通地质实习A》也开始实施小班课教学模式（表1）。小班教学并不是一个新的概念，相比于多媒体教学、网络慕课等新兴的教学形式，小班教学更像是一种返璞归真。“小班课教学”有利于激发学生学习的主动性、创造性和内在潜力（孙燕君和卢晓东，2012），对于创建世界一流大学、培育创新型人才具有重要推动作用，是一流本科教育的核心要素（刘海燕，2018）。

表1 北京大学地球与空间科学学院小班课教学课程列表Table 1 Courses list of small classes at the School of Earth and Space Science, Peking University

小班课教学开展现状大体良好，受到多数学生欢迎，但部分课程在上课方式、师生间沟通互动、上课教室硬件配置等方面仍存问题 (陈雅清等，2013)。因此，本文对普通地质学小班教学课程内容建设、教学方法革新等进行了初步总结，并提出了一些思考与建议，供同行和同学们参考，旨在提高“普通地质学”教学质量与效果，以培养出高水平创新型人才。

1 课程改革理念及目标

普通地质学的教学改革总是与时代和培养目标相适应。长期以来形成了一套以培养专业地质人才为目标的传统教学模式，强调知识的系统性、思维方式的重要性和实践能力的扎实性。2010年北京地区高等教育毛入学率已达59%，率先进入高等教育普及化阶段（孙燕君和卢晓东，2012），从专业教育转向通识教育。以2003年版本科生教学手册修订为标志，北京大学全面开始了通识教育改革，实行以素质教育为基础、以学生成长为中心，提高学生参与度和好奇心的课程体系建设与改革。

1.1 课程改革理念“以学生成长为中心”

小班课教学理念“以学生成长为中心”，努力使学生通过课程获得最好的学习和成长体验；不单纯强调知识和技能的传授，更加重视激励学生的好奇/自信/激情的内在发展动力与综合素质能力的培养。事实上，以学生为中心包括三个方面：以学生发展为中心、以学生学习为中心、以学习效果为中心（赵炬明，2016），但归根结底还是要培养学生的创新性思维。真正实现爱因斯坦的名言“教育不是要记住各种事实，而是要训练大脑如何思考（Education is not the learning of facts, but training the mind to think — Albert Einstein）”。

相较于以教师讲授为中心的教学模式，卡尔·罗杰斯（1952）提出的“以学生为中心”的教育观点，引发了教育基本观念、教学内容和方法的系列变革（洪丕熙，1984）。正如刘建波等（2017）所总结的“以学生为中心”实际上把学生视为学习过程的主体和教育改革的主要参与者，教师是学习过程的组织者和主导者。教师要转变教学理念，促进“以学生为中心”的教学观。打破“教师一言堂”的灌输式教学方式，突出学生探讨为主的师生双向互动，注重学生的学习体验和收获。

1.2 建立稳定高水平的教学团队

小班化教学优势的发挥有赖于教师素质（陶青，2008），建立一支配合默契、专业互补、协同合作的教学团队，是课程理念实施和既有目标实现的保障。我们组成了既有教学经验丰富、较高学术造诣的老教师，又有积极投身教学活动，能够熟练运用新技术，朝气蓬勃的青年教师的教学队伍（表1），人员结构及任务分工合理。教学团队心系学生，讲良心凭耐心；认真教书育人，重视德识双馨的价值观引导。讲奉献，长期坚守教学一线，不定期开展教学研讨，就教学内容和教学模式进行研讨，不断改进提高。

1.3 以培养领军型人才为目标

虽然大学教育已经进入大众化教育的阶段，处在“金字塔尖”的精英教育作为重要方向不能被忽视和弱化，应满足国家创新体系和未来发展对科学研究、军事、商业、政治等领域高层次人才的要求（孙燕君和卢晓东，2012）。地球科学面临着巨大的挑战，如何适应新形势下服务于培养地球科学的领军型人才和多学科交叉的综合性、高层次、复合型地学人才的目标，是一项复杂的社会系统工程（牛漫兰等，2020），需要从课程层面入手，以切实提高本科人才培养质量为根本。

2 课程内容和体系改革举措

普通地质学课程内容很多，几乎涉及到了地质学所有的领域，包括地球的物质组成、内外动力地质作用、地球的历史等，因此，该课程是一门总括性和综合性的课程。通过这门课程，学生可以对地质学的几乎所有领域都有一定的了解，对学生后期的地质思维和学习研究兴趣的建立以及今后在本专业的发展至关重要。因此，小班课教学必须建立适应当代科学发展与国家需求的教学内容、课程体系和教学模式。

2.1 修订教学大纲，反映学科发展趋势

“普通地质学”的教学内容主要为适应当前经济建设和面向社会发展人才培养的需要，参考了英、美、俄等国的各种相关的最新教材，对小班课程的教学内容作了较大的改动，在保留了普通地质学教学的经典内容外，对比以往的普通地质学教学内容，此次教学内容的改进主要反映在以下两个方面：

（1）针对人类所面临的人口、资源、环境、减灾等主要问题，在授课过程中始终贯穿了“资源与环境”和“地质灾害与防护”等与经济建设密切相关的知识，如在风的地质作用加入了大气圈的基本特征、荒漠化过程及其防护；地表水的地质作用、地下水的地质作用、海洋的地质作用等章节中加强了有关资源与环境方面的内容，在重力、地震、火山地质作用等章节中加强了地质灾害及其防护等方面的内容，为学生在今后相关领域的研究中打下基础。

（2） 论述人地关系，从地球系统的运动对人类活动的影响、人类与地球系统的联系、人类的地质作用、人类在地球系统中的作用等几个方面，较为系统地介绍人类与地球系统之间的关系。使教学对象全面地认识人类只有一个地球的环保意识，并负起保护地球、保护环境的任务。

2.2 更新教学内容，瞄准学科前沿

除了注重地球科学领域成熟的理论、假说等，更强调教学内容紧跟国际前沿，增强应对社会需求的瓶颈理论和技术的介绍，提高学生的学习兴趣，增强学生的使命感（舒良树等，2012）。一是科学研究与教学活动相互促进，深化课程内容的深度、广度、难度和挑战性，旨在让学生了解最前沿的科学问题，培养学生的学习研究能力和地质思维方式，有效激发学生的好奇心；二是强调地质作用过程中的物理化学变化的一般规律，不仅仅是地质现象的认知，而是从机理上对现象的理解，课程广度和深度不断加大。例如，美国科学院、工程院和医学院发布（2020）的“时域地球”中确定了12个优先需要回答的科学问题，其中07为地球关键带如何影响气候，因其是陆地上生命赖以生存的基础，对于维持地球生命至关重要。地球关键带的研究深化了生物圈—水圈—大气圈—岩石圈相互作用的认识，因此在外动力作用过程学习讨论时，以地球关键带为切入点，使得学生对于其中的地质作用过程的认识有更大兴趣，也有助于对机理的进一步学习研究。三是使用了大量的我国典型地质现象作为教学案例，避免了国外教材中的案例给学生造成的困惑，使学生更易于理解和接受所学的内容，也更易于认同课程学习的重要性，增加自豪感。

2.3 精心组织讨论主题

普通地质学小班课课程尤其注重学生参与，向“以学为中心”教学范式的转型（刘海燕和孙文远，2017），在所有的课内教学中安排了大约14学时的命题讨论课和14个学时的实习讨论课，另有3天的野外实际教学和讨论，使学生参与整个教学过程。在小班讨论课中，结合大班教学内容、当前经济社会的发展及与地质学相关的时事设置讨论主题，激发学生参与讨论的兴趣，提升学生学习的主动性、创造性，展示解决问题的内在潜力。小班课讨论主题从“你所了解的地球和地球科学”入手，促使同学们思考与地球或者地球科学相关的自己感兴趣的问题。以保护“我们赖以生存的地球”作为小班讨论课的结束，通过课程的学习使同学们认识到自己所肩负历史使命，提升对地质学专业的信心。期间穿插“宇宙中的地球、地球的受力状态与地球的能量系统等”、“河流（世界各大河流特点、河流资源与灾害等等）”、“海洋的作用（海啸、海洋矿产、海平面变迁等）” 、“火山（世界著名火山、火山灾害等）” 、以及“地震与构造”等。实验课改变成讨论课的方式进行，将认识矿物、岩石变成一种体验过程，改变教师“教”，学生“学”的学习模式。

2.4 课堂、讨论、实验、野外四位一体，促进理论与实践的紧密结合

地质学是一门源自野外观察与实践的科学，从课程的教学大纲和教学计划制定开始，就要保障理论与实践深度融合，真正做到课堂理论教学、课堂讨论、室内实验、野外实践的四位一体的教学模式。为此采取了三方面的措施：一是调整上课时间，从新生入学的第一学年秋季调整为春季学期，将课堂理论教学与暑期野外实践教学，从时间上更好地衔接，改变了过去理论教学与实践教学间隔时间过长的弊端。二是合理安排课堂理论教学与室内实验的时间，将室内实验教学设计为课堂讨论的形式，使得理论教学与实验教学共同促进，理论指导实践，反过来，实践促进对理论的进一步理解。室内实验课课堂讨论，激发了同学们对所学理论知识在实践方面的具体的应用，也进一步提高了教学的效果。如主要造岩矿物的实习部分，从硅酸盐不同矿物的形态特征和力学性质的差异，理解了矿物的物理性质，受控于晶体结构的认识。三是将部分野外实习教学路线调整到课间进行，达到理论与野外实践的高度融合。为此课间安排了三次野外实习，如完成地球的演化历史和地球现状教学内容后，安排了中国地质博物馆的现场教学实习，使同学们通过现场了解地球的物质组成—矿物和岩石，以及通过化石的观察理解地球的演化，尤其是生命进化的过程。流水的地质作用学习过程中，安排了樱桃沟的野外教学实习，直观感受北京西山地区暂时性流水河谷发育特点，现今和古河床侵蚀、搬运、沉积特征及其形成的地貌特征。

3 教学方法和手段改革

3.1 授课方式的改革

小班课教学改革向纵深发展，多所研究型大学探索小班课研讨教学改革（郭祥群，2016；毛新宇和王志军，2016；刘海燕，2018），在地质学专业课程的教学中也进行了小班教学的实践（陈石和贾梓瑄，2019；梁婷和于福生，2019）。小班课教学有两种模式：一是“小班课教学”开展大班授课、小班研讨和一对一答疑相结合；二是纯粹的小班课教学，研讨式授课、讨论以及答疑。

根据地球科学的特点，普通地质学“小班课教学”采取中班授课、小班研讨、课内外实习相互有机结合的教学方式。避免小班研讨只是大班课的习题课，我们采取了两两小班组合成中班授课，授课教师全程参与教活动，根据自己专业特长讲授相关的基础知识内容。就设定的与课程相关、且又受广泛关注的热点或者前沿问题，同学们从不同方面查阅专业文献，准备展示内容，并进行展示的方式进行小班研讨。这一过程中，教师不仅是研讨课堂的参与者，更应是课堂引导者，对学生感兴趣的内容进行适当扩展，进一步激发学生兴趣（陈雅清等，2013）。小班课研讨通过展示、提问、思考、理解四个过程以及师生、生生互动和教师的引导，促进学生的深层思考并建立批判性思维的模式。

3.2 多种方法并用，强调现代技术在教学中的辅助作用

教学方法与时俱进，利用最新的技术，开展教学工作。一是依托北京大学地球科学国家级虚拟仿真教学中心地学沉浸式虚拟仿真实验室，将三维动画与虚拟现实技术相结合，制作了褶皱、断层和不整合等的三维虚拟现实短视频；建立矿物岩石标本的3D模型虚拟系统（郭艳军等，2019）。实现了地质作用过程的重现和矿物岩石标本的不断再现，提升了学习的热情和效率。

二是建设具有现代化特点的野外实习基地。首先建立了普通地质学野外实习的网络平台，细化了每一条路线的实习目的、要求和主要内容，同时选择性提供了各个观察点的内容提示；其次建立了两条野外实习路线的3D模型虚拟系统（图1），具体路线和观察点内容可在下面的网页(http://sess.pku.rofall.net/virexp/shared_platform/resources/)找到。在线上实现了野外地质实习的三维虚拟再现（强伟帆等，2020），达到了足不出户可以不断重复观察的目的；再次，建立了实习路线的各观察点的野外展板（图2），除了方便现场教学外，辐射地学科普教育，通过扫描二维码可以进入北京大学普通地质实习网络平台，实现了野外现场与网络平台的无缝链接。总之。以数字化和信息化技术为依托，实现了野外现场与虚拟空间相互映射，随时通过三维虚拟系统再现野外露头尺度地质体和地质现象，全视野了解其空间分布特征，有利于学生归纳、分析、总结地质现象，提高发现问题的能力。形成了虚实结合特色明显的课程教学体系，即远程网络虚拟实习和野外实地实习相补充，随时浏览性预习和集中野外实践相互补充，丰富实习内容，激发实习兴趣，提高实习效率和效果，打造出了在线内容与野外现场认识教学相融合的混合式教学模式。2017级同学陈丹丘同学曾这样评价“线上和线下课程的开辟是一个飞跃性的突破，我认为让我们对野外本身有了新的了解，当我们把露头全方位多角度投影到虚拟仿真设备的时候，我们看到的现象相比野外可能会更加全面，线上课程可以缩短我们接触野外的时间和距离，让我们可以随时随地去进行观察。”

图1 北京昌平虎峪三维虚拟可视化系统Fig.1 3D model of the Huyu area in Changpin district, Beijing

图2 观察点的展板与二维码Fig.2 Field board and QR code of observation point

三是充分利用北京大学教学网、微信等手段，加强老师和学生之间、学生和学生之间的交流，通过不断交流，碰撞出思想的火花，加深对相关内容和方法的理解。既提高了同学们学习的热情和参与度，又达到了小班课的教学目的。

3.3 改变成绩评定方式

改变一考或者两考定成绩的方式，采用“全程式评价”，根据与学生一对一交流、小组讨论报告、线上资源利用和交流等的完成情况，考察学生在整个学习过程中学习状况，增加学生的关注度和投入度。总成绩由三部分构成：平时成绩40%，期中考试20%，期末考试40%。增加了平时成绩的比重，而且有相应的具体考核指标。平时成绩包括讨论课的主讲和发言、实习报告、平时随机小测验等。其中讨论课16分（主题发言3次，每次3分，参与讨论5次，每次1分，综合表现2分），课内及野外实习20分（实验课实验报告每次2分，野外实习报告每次4分），平时随机小测验4分。

4 小班课教学效果

（1）提高了学生的学习热情，学生在不同教学场合的热情地、自觉地、主动地参与到课程教学中来，尤其是在实践教学中更是如此。2020级靳尤涛同学在实习报告中写到”我们去到了昌平龙山地区、门头沟区的下苇甸—军庄一带和木城涧地区、十三陵水库地区、虎峪地区和房山区石花洞，还在下雨无法出野外的时候线上进行灰峪地区的实习。每天的实习都有很多的收获。”

（2）拓宽了学生的知识面，通过设置与课程相关的话题，由学生自己去查找资料，表述自己的论点和论据。这一过程实际上会涉及到很多课外的知识，老师也要对相关话题进行准备，是师生的知识水平都得到了提高。

（3）增加了同学之间和师生之间的互动，小班讨论课除了主题发言的学生之外，同学之间也会提出问题加以讨论，有时甚至出现激烈的争论。老师也要把握课堂的进程，并对一些问题进行剖析。

（4）课程得到同学们和学校的认可，学生评估结果优秀；老教授调研组也高度评价了普通地质学小班课教学的实践活动；《普通地质实习A》被教育部认定为国家级线上线下混合式一流本科课程。

5 普通地质学小班课经验之谈

（1）教学小组的老师是辛苦的。小班教学所耗费的时间精力、师资设备都远远多于一般的大课堂。尤其是小班讨论课，每次讨论所涉及的话题都有5~6个，许多知识是课程计划之外的，因此也需要老师事先对讨论话题进行准备，增加了教师的工作量。

（2）制定详尽的教学日历是必要的。在开设小班课之前为了使各班的教学内容和进度一致，教学组的老师经过几次讨论后制定了教学大纲，并将每一次课的教学内容都确定下来。教学日历的制定原意是为了确保教学内容和进度的统一，但却给学生提供了最好的教学信息，使学生预先知道了每次课的教学内容，做到心中有数，有时间的同学还进行了预习，某种程度上把新课内容变成了“答疑课”，提高了学习效率。

（3）小班研讨课堂气氛活跃的关键：一是选准主题，一个广泛关注的主题是成功的一半；二是找到问题，相关主题下科学问题是什么，准确把握是讨论深入的关键；三是材料详实，同学们在准备的过程中，能够获取到足够多的材料，有利于同学们思考和总结；四是深化理解，仅仅有材料，不足以成为问题解决的充分条件，而只有充分理解了问题的实质，才能产生创新性的思维。

（4）线上课程建设与教学，应当坚持使用，但只能作为辅助教学手段，师生、生生面对面现场交流才能碰撞出闪光的思想火花，引导学生从被动受教到主动学习，多元评价体系改革无疑可以起到意识不到的效果。

回顾7年的小班课教学实践，笔者认为“小班课教学”研讨式授课模式着重于学生深度学习的体验和开放式的探索，激发了学生的学习兴趣、求知动力与探索精神，培养和提升了学生自主学习、批判分析、创新思考、交流表达和团队合作等能力，全面提升了学生的学术素养和综合能力，从教学实践上保障了学生成长为中心理念的实行，这是问题的关键。