地质填图实习线上、 线下混合式教学的探索

马宝军, 杨克基, 申方乐, 王 芳, 张祥信, 张福祥

1. 河北地质大学 地球科学学院, 河北 石家庄 050031; 2. 河北地质大学华信学院, 河北 新乐 050700

1 前言

地质类专业属于实践性很强的学科, 其中的地质填图实习是涉及地质内容最广泛、 实践性最强、 最接近于生产的教学实习[1-4]。 多数高校都建设有自己的填图实习基地, 具备优秀地质资源和地质现象的基地还成为一些高校共享基地。 近年来随着科学进步及社会需求对基地要求越来越高, 基地建设水平多与要求不相匹配, 在实习中暴露出了一系列的问题, 如建设滞后、 实习资源不足、 教师师资质量不齐、 学生实习没有兴趣、 实习报告雷同、 成绩考核难等[5-7]。 适逢我国在线教学资源建设时期, 网络上有不少优秀在线资源。 野外实习能不能加入在线资源, 甚至能不能部分实习在线进行, 引起了人们的思考。 为此, 河北地质大学专门进行了地质填图在线资源的建设, 并尝试在实习中加入在线教学。 新的学习方式的加入激发了学生们的学习兴趣, 实习质量有所提高。 此次从两轮混合式实习得失的情况, 结合线上资源在实习过程中的利用情况进行了系统分析, 希望能进一步提高教学质量, 为集中实习总结一条更好的思路。

2 地质填图实习过程及在线资源的建设

2.1 传统实习现状

地质填图实习分为野外踏勘、 实测剖面、 地质填图和专题研究4 个阶段。 我校地质填图实习基地在井陉县张河湾地区, 位于赞皇变质核杂岩的北西缘, 区内3 大类岩石露头良好, 构造变形中等[8], 并有我国特有的“嶂石岩” 地貌, 是地质实习、 考查和研学的良好场所。

传统实习中野外踏勘阶段由老师带队进行观察和研究, 多数采用讲述式及启发式教学, 学生边听边观察, 并进行地质记录及素描图、 信手剖面的绘制, 路线结束后有小组总结; 实测剖面阶段一般是以学生为主进行规划及测量, 教师只起辅助、 指导作用; 地质填图在经过教师指导试填后也采用学生独立操作、 老师指导的方式进行, 填图后期在指导老师的建议下以小组为单位选择实习区地质问题进行专题研究并完成实习报告。

这样的实习方式有一定的效果, 但也有好多不足。 由于学生多、 教师少, 学生操作过程采取小组制, 部分学生学习不到位。 多数地质现象、 地质技能仅仅看一遍、 操作一两次也不易掌握。 对实习效果的考查一般是通过学生表现、 记录本、 实习报告等评定, 但野外记录本和实习报告多存在抄袭和雷同的现象[6,7]。

2.2 线上资源建设

张河湾实习基地始建于1996 年, 有较深厚的工作积累, 加之我校太行山科研队的地质工作, 实习基地研究程度较高。 线上地质填图资源建设源于新冠疫情的影响, 2020 年由于疫情蔓延, 为安全起见各高校实习不得不采用线上进行。 为完成教学任务, 实习队在7 月份深入实习基地进行准备和尝试, 通过线上直播、 实习操作视频、 阶段性测试和线上小组指导完成了教学任务, 也积累了大量教学资源。

可用于在线学习资源有: (1) 各实习阶段老师的理论讲课、 野外路线讲解视频; (2) 应用无人机录制的实习区整体和各路线的地貌、 露头视频; (3) 各种技能操作过程和分解的短视频; (4) 填图实习阶段性测试题库; (5) 学校实验中心的实习网页实习介绍等。 实习过程中主要应用钉钉教学软件和各班级实习的qq 群进行线上交流。 由于流量及网页等繁琐问题,相关资源只按实习进程共享在上述两个在线交流工具中。 经各实习老师的辛勤工作和配合, 在线资源在后期的混合式实习中得到了较好的利用。

3 在线资源在各实习阶段的作用

3.1 实习动员及准备

在实习出队前一周内实习队成立并进行实习动员, 使实习经历具备仪式感。 这个过程分两步, 首先根据实习计划组织师生召开实习动员大会, 说明实习性质、 目的、 要求及注意事项, 介绍实习区自然地理、 实习内容。 要求学生做好野外实习生活准备, 通过实验中心网页进行预习。 第二是召集指导老师进行教学任务分配, 明确教学过程中统一观点及现场发挥内容, 商议线上资源的投放及如何安排学生提高学习效率。

3.2 野外踏勘

踏勘之前现场或在线给学生介绍实习区地质特征、 实习任务及工作方法, 并将这些内容放在实习群共享, 两年来均选用钉钉群做为线上教学、 与学生交流的工具。

野外踏勘是为了使学生了解研究区地质特征、熟练工作方法。 通常分班级由不同指导老师带队现场进行教学。 学习内容广泛, 如地层、 岩石、 构造的确认, 技能操作等, 对老师的要求较高。 疫情期间采用线上教学时录制了相应的教学视频及多媒体,正常实习时则按时间进程顺次将其放在群共享, 同时上传的还有相关地质技能的操作小视频, 学生们可以随时学习。 减少了指导老师答疑的工作量, 学生进行路线整理、 总结及个别没学会的同学都可以随时参考。

3.3 实测剖面

实测剖面是地质填图工作中的重点和难点。 因为操作环节较多, 往往老师在室内讲了, 在野外还要不时的前后指导, 实习过程显得漫长而缓慢。 部分学生为了赶进度尽早完工, 一个工种干到完, 对其它工种则不熟悉, 不利于技能的熟练掌握。 增加线上资源后每个操作环节、 人员分工均上传在实习群里。 出队前便分好工及轮换的顺序, 各人熟悉自己的工作。 组长负责让学生将工作中每个工种都练习过, 中间不熟悉时也可以随时通过手机查看群内的操作视频。 平时一个班分成2 ～3 组(10 ～15 人) 老师也指导不过来,现在则可以分成5～6 组(5～6 人), 每个学生负责一部分, 还可以轮流尝试不同操作环节, 提高了学生们的兴趣、 效率。 实习从以前的纠结于方法的对错升级到专业训练水平的高低上来了。

数字剖面一般采用野外数据直接输入数字填图的剖面系统。 授课中学生学习一遍, 若再不会则在共享群内观看操作教程及绘制视频。 这个工作一是尽量要让每个学生都操作一遍, 二是加紧督促会节省1 ～2天的时间。

3.4 地质填图

这一阶段是实习的主体, 所占时间占总实习的三分之一强。 整体分为传统填图和数字填图两步。 以前由于设备问题一个班分为2 ～3 个小组, 每小组8 ～10人, 造成好多人没事干, 效果不好。 后来手机(AoRGMap) 代替掌上机后解决了设备不足的问题。可以将小组分到3～5 人, 这样路线中分层、 打标本、记录均有专人负责, 极少出现打酱油现象了。 填图路线行进方法、 点位观察、 点间记录的多媒体和视频都可以通过手机看到, 学生在野外可以随时参考, 方便熟练操作相应技能, 提高专业研究水平。

后期的数字填图则需要制作电子手图、 设计野外路线、 野外记录输入掌上电脑(手机)、 返回基地后将单条路线导入电脑、 合成实际材料图等等, 过程非常复杂、 繁琐。 之前好多实习队老师都不熟练,每到这一阶段只有两位老师指导, 工作量非常大。将操作视频放共享群后, 首先指导老师们都熟悉了操作, 均可以指导学生进行操作, 而后期学生们操作水平很快超过老师, 达到每个人都能独立进行填图操作。 线上资源的利用方便了学生, 也减轻了老师的指导工作。

3.5 专题研究及实习报告

虽然教学实习时间从四周增加到了5 周, 但是对于大多数同学来说, 刚刚能顺利完成前四个阶段的工作, 掌握野外填图的基本流程。 而最后的专题研究阶段不能普及到每一个人, 一般是采取小组制实际上是学有余力的同学在做。 我们的方法是综合搜集研究区的地质问题, 在实习动员和踏勘前的讲座中告诉大家并放在共享群里, 在填图阶段的后期再动员大家根据实习情况进行选题工作。 由于是野外, 相关文献查阅内容也只有线上教学资源及老师的指导。 专题研究对学生专业的拔高有明显的效果, 促使他们进一步熟悉研究方法和软件的应用, 提高了科研素质。 近三年来实习学生通过专题工作完成毕业论文6 篇, 申请学校科研2 项, 发表文章3 篇。

实习报告属于实习最后一个阶段的工作, 由于大多数学生急于完成后放假, 因此创新性较小, 格式统一, 但是内容雷同也较普遍。 虽然由于个体不同, 内容及整洁度有区别, 但更侧重于作为归档资料, 利用此项工作评价学生成绩比重不应超过40%。

3.6 阶段测试

在实习中不同的老师指导不同的班级, 虽然有统一的流程但教学质量还是很难统一。 管理严格的实习队学生对实践掌握的就好点, 如果老师能尽量照顾到每个人, 则能够把控学习质量。 但是在野外, 实习队的制度很难落实到位, 指导老师也难于管理到每一个学生。 甚至, 好多实习队的宗旨是能够平平安安地收队就可以了。 再由于学生的基础不一, 对实习的重视程度也不一样, 造成实习结束但相应的技能不达标的现象。

在线资源的建设有效的解决了这个问题。 实习队伍不仅建设了学习资源, 还集中师资和时间, 将各个实习阶段的知识点技能操作等做成了题库。 这样在每个实习阶段结束时就可以进行阶段测试, 学生们也可以自己测试熟练程度。 除技能操作考核在现场进行外, 其他的则可以在线进行。 阶段测试使学生有适当的压力, 对技能操作及工作流程掌握有较大的提升。阶段测试还有一个优点是可在手机上同时进行操作,避免了相互抄袭和雷同现象。 测试成绩的好坏(图1) 反映学生的学习专心程度、 重视程度及掌握程度,给实习队的实习进度提供准确的参考和借鉴。

图1 实习主要阶段在线测试成绩统计柱状图(共182 人)Fig.1 Histogram of online test results during the main practice stages (182 students in total)

4 分析及讨论

4.1 线上资源的利用效果

由于初步建设, 线上资源的安排尚不够成熟。 没长期稳定的网站, 只能将相应资源放到实习共享群。高清的视频文件太大, 网络原因不容易上传和播放。而时间较长的教程学生也不爱看, 反而是短小的如抖音模式的操作视频观看得较多。 一些常用的方法如测量产状、 定点、 测方位及打标本等一年级实习内容,大多数同学已经忘记了, 又不好意思问同学或老师,经在线技术分解视频一看, 就都记起来了, 这样的视频的利用率非常高。

按实习进度放在群里的资料, 如多媒体 (如PPT、 PDF)、 视频、 文章等为学生的自学提供了机会, 大部分同学会按通知进行学习, 部分不理不睬的学生则需要指导老师提醒。 当学生都能够提前进行预习后, 原来的探索性学习变成了验证性学生, 实习速度和效率就提高很多, 甚至部分内容可以不用老师指导了。

专题研究中, 老师只对学生做大致的规划。 具体工作都由小组分工完成, 这时群里的科研资料就非常重要, 可以使学生们知道研究程度及存在问题, 了解相应的研究方法, 提高科研能力。

4.2 线上授课效率分析

2020 年实习队全部在线实习, 共进行线上直播27 次(钉钉直播), 成功25 次。 从授课数据分析到课率是比较高的, 除第1 次不熟悉和2 次故障外, 其它课程都顺利完成, 实习队学生有242 人, 观看率均达到90%以上(图2)。

图2 线上实习学生到课统计折线图(2、 13 两次为网络故障)Fig.2 Line chart of students' attendance during online practice (anomalies of 2 and 13 is due to network failure)

由于是在线直播和讲解, 相应的视频、 听讲课数据可以很方便的保留下来, 对各阶段进行分析, 勘查理论讲解部分平均听课率为93.4%, 路线勘察方法部分听课率为96.8%, 地质技能讲解听课率为93.4%,路线填图方法为92.5%, 思政教育为92.6%, 实测剖面为97.9%。 而总的有效听课率达到了94.2%, 首次听课率(非回看) 也达到了90%。 整体上学生的热情是比较高的。 综合指导教师的检查、 阶段性题库(在线) 每个阶段的测试, 给学生适当的压力促进其学习及复习, 可整体保证学习质量。

我们知道完全在线肯定代替不了实际操作, 但是在线授课启发我们对于关键实习环节可以请名师进行讲解, 即使该老师不在现场也能进行, 这样可以综合提高实习队指导老师的实力。 线上听课后再进行现场操作和训练, 从而完成相应任务。 2020 年各高校就是在线上实习完成后都适时补充了现场练习阶段, 最终完成了实习任务。

4.3 混合式教学实习的可行性

在线课程及在线资源利用情况接受程度如何, 对实习队师生均做了调查。 对学生问卷调查数据统计中, 认可传统线下学习的学生占到47%, 认为线上、线下混合式学习较好的占32.4%, 认为线上学习好的占20.6%。 而认同在学习通上进行实习阶段测试的学生达到86.4%。 反映对传统的教学认识有了较大的分化, 实习中学生对不同学习方式的效率有相应比较,喜欢线下学习的约有四成, 而混合式教学的适应性则达到了三成多, 部分学生已经尝试并适应了混合式学习方式, 只是由于线上资源建设尚不完备, 因此觉得学习还不太自由。 结合理论课教学经验进行教学改革是必须的, 但是完全的线上实习则无法保质保量完成。

线上教学中教师反映的最大难题是互动, 比起现场教学, 在线互动麻烦很多, 也耗时间。 直播过程中几个人互动容易造成其他人被冷落, 效果不太好。 学生的注意力、 知识的掌握程度也不好把控。 而混合式教学由于有线上资源补充, 有线下实习过程中的检查, 便于掌握实习全局。 只是由于混合式实习教学正在尝试阶段, 线上资源建设还不完备, 使得学习效果不明显, 今后还需要投入非常大的精力。

各高校在提升教学质量时对基地建设进行了各种尝试[9-11]。 在线资源的建设短时间内投入可能更大一些, 但在疫情影响教学的情况下, 野外时间不固定,为长远打算这些投入还是非常有必要的。 地质填图实习是一个客观的实习过程, 不管是哪种学习, 均得符合正常学习规律。 从几次不同的实习中对比分析, 线上资源可以增加过程性考核、 提高学习效果, 便于掌控全局。

5 结论

通过对传统实习、 混合式教学及线上“云” 实习的对比分析, 可以总结出如下的认识和经验: (1) 混合式教学在填图实习中可以有效提高教学效率, 减轻教学负担; (2) 线上教学资源的好坏决定着混合式教学的推进, 提高学生的接受度是关键; (3) 在地质填图各个阶段学生的实践训练是重点, 也是进行专业研究的基础, 重点工作教程、 操作分解是线上建设重点; (4) 在线测试能够督促学生复习、 检测学生真实学习效果, 提高过程性考核和成绩公平的作用, 可以进一步规范和推广; (5) 线上资源是野外实习的有效补充, 但不能代替野外实践。