普通地质实习数字化教学探索及思政融入

摘要：针对当前普通地质实习开展数字化教学的迫切需求，文章利用无人机倾斜摄影进行野外露头实景三维地质建模，建立数字化教学平台，实现室内教学与野外实践的有机融合，提高学生的学习效率和学习能力。同时，充分开发、利用新疆地区丰富的野外地质资源，充实普通地质实习数字化教学平台内容，激发学生的专业兴趣，增强学生的爱国情怀和生态保护意识。该数字化教学实践探索提高了我国西部地区地质学教学水平，并为其他高校地质教学提供了优质的教学资源。关键词：普通地质实习；三维地质建模；数字化教学；思政育人一、引言“普通地质学”是我国地质类高校资源勘查工程、勘查技术与工程及石油工程等专业学生学习的第一门专业基础课程[1]。该课程涵盖了矿物岩石学、沉积岩石学、岩浆岩与变质岩、地层学、构造地质学、岩相古地理等分支学科的重要概念和基础知识，是衔接地质学各学科的奠基课程，在学生了解专业方向、培养专业思维，以及学习后续专业课程等方面发挥着重要的作用。普通地质实习是将普通地质学的理论知识应用到实践中的重要环节。通过普通地质实习，学生第一次用专业的视角观察野外露头，并尝试用所学过的理论知识描述地层特征、测量地层产状、分析各种地质现象。普通地质实习既增强了学生对地质学的感性认识，又培养和提高了学生观察和分析野外地质现象的能力[2]。然而，传统的普通地质实习教学效果受到诸多因素的限制。一是野外地质教学资源有限，平原地区缺少野外露头，东部地区的野外露头植被覆盖严重；二是实习多安排在暑假，烈日炎炎下野外实习时间过长容易导致学生中暑，既影响教学效果，也存在安全隐患；三是部分野外露头地势危险、道路狭窄，无法满足多名学生同时观察地质现象的需求。当前，随着信息技术的快速发展和广泛应用，很多高校都在进行课程数字化教学改革探索，并取得了不错的成果[3]。本次普通地质实习教学改革选在植被覆盖少、地质现象丰富的西部地区开展，优选了多个典型的野外露头，利用无人机倾斜摄影等现代信息技术，建立野外露头的实景三维地质模型，建设普通地质实习数字化教学平台，形成室内三维实景数字化教学与野外实践教学相结合的教学模式，既能保证学生观察到丰富、优质的地质现象，也能缩短野外实践教学的时间，弥补了野外实践教学的不足，有效地保证了实习质量[4]。二、整合优质野外地质资源，奠定数字化教学基础中国石油大学（北京）克拉玛依校区所在的新疆维吾尔自治区克拉玛依市具有丰富的野外地质资源，包括世界魔鬼城、黑油山公园、乌尔禾沥青脉、白杨河、艾里克湖、玛纳斯盐湖等。（一）已有的野外地质资源目前，学校普通地质实习共有7条路线，分别是柳树沟河构造、沉积观察路线，吐孜阿克内沟构造、地层观察路线，黑油山—黑油山沟—不整合沟油苗构造、沉积观察路线，科克呼拉岩体、构造观察路线，乌尔禾沥青脉雅丹、构造、沉积观察路线，三坪水库现代冲积扇观察路线和龙脊谷构造、沉积观察路线。实习内容涵盖了古生代—新生代地层的野外观察与描述，冲积扇现代沉积考察，褶皱、断裂、不整合等地质现象的观察分析，风化作用、剥蚀作用、沉积作用等外动力地质作用观察，以及油气苗的认识，沥青的特征及成因等。但部分教学点目前已经不能正常使用，如由于修路大巴车无法通过，柳树沟已经2年无法进行实习观察；黑油山不整合沟也由于修路被挖；乌尔禾沥青脉由于重新开采，无法进行实习观察。（二）开辟新的野外地质资源为了保证普通地质实习顺利开展，教学团队积极开拓、寻找新的野外剖面。目前，新形成了魔鬼城雅丹地貌观察路线、玛纳斯盐湖观察路线、白杨河现代沉积考察路线及艾里克湖现代沉积考察路线。通过普通地质实习，学生能够在雄伟壮丽、造型奇特的雅丹地貌中探索外动力地质作用的奥秘；在晶莹剔透、宛若仙境的盐湖边思索干旱地区湖泊的演化历史；在曲折蜿蜒、绿树成荫的白杨河边观察现代河流的沉积特征。新开辟的野外地质资源不仅使野外地质现象和实习内容更加丰富多彩，提高了学生的野外实习兴趣，调动了学生的学习积极性，更激发了学生的爱国情怀和生态环境保护意识[5]。三、建设普通地质实习数字化教学平台（一）无人机倾斜摄影技术的应用无人机倾斜摄影技术是测绘遥感领域近些年发展起来的一项高新技术，其可以同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取高度、长度、面积、角度、坡度等丰富的地理信息及影像数据，更加真实地反映地面物体的实际情况。目前，无人机倾斜摄影技术已经应用到智慧城市建设、林业调查管理、应急救灾、国土规划、智慧旅游、交通导航服务等领域，实现智能化管理，提升人们的生活品质。（二）数字化教学平台建设1.采集数据普通地质实习数字化教学平台的主体是野外露头的实景三维地质模型。无人机拍摄的影像是实景三维地质建模的重要数据，影像的质量和数量决定了模型的质量。由于野外露头的高度、坡度、面积及地形地貌差异大，因此，需要根据野外露头的地形地貌特征，综合考虑无人机的飞控距离、电池消耗和测量精度等因素，从而进行航测区域规划。同时，设置无人机的航行高度、速度、拍摄间隔及重叠度等参数，采集实景三维地质建模所需的原始影像数据。2.建立实景三维模型对原始影像数据进行质量和精度检查后，通过实景建模软件ContextCapture将简单的连续影像自动进行高分辨率三维模型重建，建立野外露头的实景三维地质模型。3.建设数字化教学平台利用GoogleEarth（谷歌地球）对普通地质实习点及观察点进行标注，并用不同颜色标明不同的实习路线，使学生可以清晰了解各个实习点的位置、距离、路况等。同时，每个实习点均建立实景三维地质模型，使学生可以通过对模型进行放大、缩小，观察野外露头的地层、构造特征及典型的地质现象。通过普通地质实习数字化教学平台，学生在室内就能身临其境地观察野外露头的各种地质特征和地质现象。四、普通地质实习数字化教学平台的应用克拉玛依市春秋两季时间短且多大风天气，不适合进行野外实践教学，因此，普通地质实习一般安排在暑假。然而，克拉玛依市7、8月份白天平均气温为31℃，极端高温曾达到46.2℃，为避免学生中暑，野外实践教学时间不宜过长。每天的野外实践教学包括三四个观察点，每个观察点的观察时间一般不超过1.5小时。学生一般五六人一组，小组成员需要分工协作完成岩石取样、地层产状测量、野外地质记录编写、野外露头及典型地质现象拍照，以及野外地质素描图绘制等多项工作。学生在每个实习点真正能够独立观察和主动思考、分析的时间有限。所以，目前的普通地质实习以教师讲解为主，学生跟随教师的讲解去观察指定的野外地质现象并记录。虽然通过普通地质实习，学生能够将“普通地质学”课程的理论与野外实际观察到的地质现象结合起来，增强了感性的地质认识，并掌握了一定的野外地质工作基本方法和技能，但学生普遍都是被动地接收知识，如果没有教师的引导和讲解，学生在面对野外露头时普遍不知道该观察哪里、如何观察，缺乏主动观察和分析野外地质现象的意识和能力。在利用无人机倾斜摄影技术建立普通地质实习数字化教学平台后，首先，教师通过室内多媒体进行授课，播放野外剖面远景及近景的高清立体图像，让学生提前观察野外剖面，引导学生主动观察地层特征、寻找学习过的地质现象，并主动思考形成这种地质现象的原因是什么。其次，在室内教学时，通过分组讨论，学生充分交流、分享各自的想法和见解，并不断讨论，形成初步的地质认识，以便在野外实践教学时能够带着问题更主动、积极地到实习点前仔细观察，求证先前的地质认识是否合理正确。最后，教师根据学生的观察和分析情况，引导学生进行地质认识的补充和完善。室内数字化教学与野外实践教学有机融合，既能有效激发学生对地质学习的兴趣，又提升了学生主动观察和分析野外地质现象的能力。同时，在不断地主动思考和独立解决地质问题的过程中，学生也极大地提升了成就感和自信心，增加了对地质学专业及地质工作的了解和热爱。五、基于数字化教学平台的专业课课程思政（一）建设专业课课程思政平台普通地质实习是地质学相关专业学生的第一门专业实践类课程，具有专业启蒙性质，对培养学生的专业兴趣、提升学生对地质专业的认可度、激发学生对地质事业的热爱等具有重要的作用，也是开展专业课课程思政的重要平台。但需要注意的是，不能为了思政而思政，生硬地向学生灌输与实习内容相关性不大的思想政治理论，这样反而容易引起学生的抵触和逆反心理。教师应充分利用野外实践教学的特点，营造轻松愉悦的教学氛围，充分挖掘野外地质实习中蕴含的思政元素，“润物细无声”地把思政元素与野外实习内容融合在一起，潜移默化地对学生进行价值引导和精神引领[6-7]。（二）数字化教学增强学生科技创新意识普通地质实习利用无人机倾斜摄影等现代信息技术建立了数字化教学平台，让学生领悟到科学技术发展的重要性，增强了学生的科技创新意识。同时，学生将“普通地质学”课程的理论知识运用到野外地质实习中，在一次次运用理论知识分析、解决地质问题的过程中，感受到了理论知识与实际认知之间的差别和联系，培养了脚踏实地、严谨求实的科学态度。（三）激发学生的爱国情怀读万卷书不如行万里路。普通地质实习带领学生领略祖国的大好河山，既有千姿百态的雅丹地貌，又有纯净梦幻的盐湖美景，还有大气磅礴，犹如一条条巨龙的龙脊谷……让学生真切地感受到祖国的锦绣河山和美丽的自然风光，激发学生对祖国山河的热爱之情。在黑油山—石油沟油苗构造向学生讲述李四光、黄汲清、谢家荣等我国老一辈地质学家，面临国家极度缺乏石油的局面，不畏艰难，多次野外地质调查，终于发现了大庆油田，推翻西方国家“陆相无油”概论，摘掉中国“贫油国”帽子的故事，激发学生的爱国主义情怀。（四）增强学生对地质专业的热爱在黑油山实习点，教师向学生讲授克拉玛依石油人如何鏖战沙漠戈壁，不惧黄土雄风，艰难拼搏，终于在“没有草、没有水，连鸟儿也不飞”的戈壁滩上建成一座富足、美丽、文明的石油城的故事，以此弘扬石油人“安下心、扎下根、不出油、不死心”的坚韧石油精神和澎湃斗志。学生深刻体会到石油能源对一个国家、一座城市发展的重要性，提高对地质专业的认可度和专业自豪感，激发对石油地质事业的热爱之情，进而树立扎根油田，以技报国，为祖国石油事业发展添砖加瓦的决心。六、建设普通地质实习数字化教学团队普通地质实习面向学校地质学类专业开课，每年有200多名学生参加实习。随着学生扩招，参加普通地质实习的学生也逐年增加，2024年预计有15个班，共400余名学生参加普通地质实习，但目前却仅有8名带队教师。野外实践教学不同于课堂教学，野外空旷、噪音大；教学点多数在公路旁，带队教师需要时刻关注学生的安全；教学点之间距离较远，学生行走时容易拉开较远的距离；教学点多数空间狭窄，一次教学容纳的学生有限。所以，普通地质实习最好实行小班教学，而目前带队教师的数量已经不能满足实习需求。为了保证普通地质实习的教学水平，教学团队积极培养地质学专业的年轻教师和实验教师，扩大实习教师团队，并保持实习教师团队的相对稳定性。每年春季组织实习教师集体野外备课，交流、讨论各个教学点的教学内容、教学方法，新老教师互教互学。同时，组织实习教师学习数字化教学平台的应用和维护技能，不断丰富数字化教学内容，完善数字化教学手段，提高普通地质实习的教学效果。七、结束语普通地质实习