多元化教学,提高教学实效性

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   摘 要:秉承“以学生为中心”的教育理念,以培养学生综合能力和素质为出发点,结合淮北师范大学环境地质学课程教学实际情况及前人教学改革成功经验,将线上与线下教学活动深度融合,通过不断优化教学内容、灵活运用多种教学方法、改进课程考核方式等方面对环境地质学理论教学进行改革,提高了教学质量和效果,以期为其他相关课程教学改革提供参考意见.
   关键词:环境地质学;多元化教学;课程教学
  中图分类号:G642.0  文献标识码:A  文章编号:1673-260X(2020)08-0105-05
   环境地质学是在地质科学基础上发展起来的介于地质科学与环境科学之间的边缘学科,其教学内容涉及环境科学、环境工程学、地球化学、水文地质学、矿山地质学等众多学科,其主要关注各种地质资源的供求现状及其开发利用对地质环境的影响、地质灾害对人类生存环境的破坏、人类活动与地质环境的相互作用和影响以及表生地球化学环境与人体健康的关系,主要任务是通过教学使学生能了解和认识自然或人为地质作用的发生发展规律及特点,着重培养其改造和保护地质环境的思维能力与防灾意识.目前,环境地质学已被大多数高校环境科学、环境工程、地质工程等专业设置为专业基础課程.
   近几十年来,随着自然科学和生产力的飞速发展,人类与所生存的自然环境的矛盾逐步激化,特别是20世纪50年代以来,全球性的环境地质问题日趋突出,水资源短缺、水质恶化、土地污染、海水入侵、地面沉降、岩溶塌陷、滑坡以及地方病多发等.上述环境地质问题的产生及如何建立完善的预防和治理工程体系均与环境地质学理论知识密切相关.由于环境地质学的多学科交叉、研究内容多且独立性强、授课对象的广泛性和专业知识的差异性,如何使学生真正理解和掌握环境地质学理论知识,提高学生知识运用能力和实践能力,是该课程教学改革中面临的主要问题.近年来,“互联网+”行动计划的实施和大学本科教育教学改革工作的持续推进使信息化与教育深度融合,这为课程改革提供了基本思路[1].本文以淮北师范大学环境科学专业的环境地质学授课特点为例,试图从不同角度分析课程改革的具体途径,以期解决传统环境地质学教学模式的不足.
  1 教学内容筛选与优化
   目前《环境地质学》教材版本较多,不同教材适用不同专业,侧重点各有不同.基于环境科学专业的课程特点和培养要求,笔者选取潘懋等主编的《环境地质学》作为主要授课教材,该教材侧重于地质资源的不合理开发利用带来的环境问题、预防和调控人类活动对地质环境的负面影响、研究改善和治理地质环境的相关技术[2].笔者根据教学需要,重点讲解教材中的六个部分:土地资源与地质环境、水资源与地质环境、矿产资源开发与地质环境、能源与地质环境、人类活动与地质环境、地质环境与人体健康,淡化讲解地质灾害这一章节.同时,广泛狩猎其他教材内容和素材,保证课程内容的丰富性.首先,结合近年来国内外日益突出环境污染问题,分章节逐步讲述土地资源、水资源、矿产资源和各类能源的基本特征、供求现状、不合理利用对地质环境的影响及其相关预防措施,并概述各类资源的可持续利用内容与对策.其次,根据国内外典型工程活动和城市化建设案例并对其引发的地质环境问题进行分析,引入人类活动与地质环境这一章节,进而分别概述人类工程活动(如大型水利水电工程)、城市化、农业活动及其人工废弃物处置过程中所引发的一系列环境地质问题.环境地质问题对人类健康有何危害及其危害程度如何?进一步以此为导向讲述地球化学循环异常与人体健康.同时,在授课课程中,引导并鼓励学生利用网络工具了解并关注前沿环境地质问题,培养学生合理利用自然资源、环境保护的意识,并尝试归纳现有研究成果进行科技论文写作,提高自身科技思维能力.总之,授课过程中主要以前沿地质环境问题为主线,以各类地质资源的特征和分布现状为散点,将两者合理融合加以讲述.例如:在讲授“地质环境与人体健康”这部分内容时,一方面分析地质环境异常与人体健康的相互关联,另一方面讲述某些地方病如慢性氟中毒在我国的流行现状及特点,以中国西南闻名的燃煤型氟中毒分析其发生的地球化学成因,在现有治疗效果并不理想的情况下,鼓励学生积极思考提出可能的治疗对策;在介绍废物处置和地质环境治理技术这一内容时,以2019年日本网红“世界最美垃圾场”—舞洲工厂为例,介绍其童话城堡般的构造和先进垃圾处理工艺,引导学生感知中国废弃物处理技术的相对滞后和民众环保意识的淡薄.通过与环境专业课程特点相结合,合理导入,学生学习兴趣和主动性不断提高,教学效果明显改善.
  2 教学方法多元化
   环境地质学教学内容涉及的学科知识体系繁多,使用教师讲、学生听的传统教学方法只是被动让学生接受巨大的知识量,已无法满足现代高等教育旨在培育综合能力强、富有创新精神的应用型人才的要求.因此,采用多元化教学方法是信息时代人才培养的必然要求.
  2.1 多媒体教学
   当今时代,多媒体无疑是较为有效的教学手段,它不仅节约大量板书时间,而且呈现形式丰富多彩[3].该方法利用计算机制作多媒体课件,将图片、文本、音频、视频等融为一体,借助Powpoint、Flash、photoshop6.0 CS6、3DMax等软件制作动画效果,使教学图文并茂、生动有趣,既有助于学生对抽象概念的理解,又激发学生学习兴趣[4].由于这种教学方法使用频率高,授课效果被认可,非常适合环境地质学这种知识体系复杂、内容繁多的学科.如在土地利用对地质环境影响一节,通过图片和动画形象展示水土流失、土壤盐渍化、沙漠化、土壤污染等常见地质环境问题,使学生更好的理解土地不合理利用的负环境效应.在矿山地质环境治理一节中,播放《矿山环境整治专题片》,让学生对矿产开采和使用过程中资源浪费和地质环境污染与破坏问题有了清晰的认识,同时使学生思考如何实现资源绿色开发和地质环境保护双赢.在讲解地质灾害这章相关知识点时,运用动画模拟地震和岩溶地面塌陷的形成过程以动画形式进行演示,“动”与“静”巧妙相融,便于非地质类专业学生理解地质作用过程.地质灾害内容讲解可播放冰岛火山喷发、尼泊尔泥石流、汶川地震等影像资料,让学生在轻松氛围下掌握地质学知识.在章节测试和复习中,若一味让教师归纳讲解,课堂气氛不免沉闷,可插入丰富的图片、音频及Flash动画,采用选择题的形式激发学生兴趣,引导学生积极思考,从而调动学生的主观能动性.   2.2 科研融入教学
   将科学研究成果转化为教学资源,在科学研究中开展教学活动,以科研成果支持教学改革,以科研促进教学,教学与科研相长,越来越成为高校发展的长期战略[5].若将科研与教学有机融合,贯穿于整个课程体系,不仅有利于培养大学生的实际应用能力和创新能力,而且可促进教师不断更新和完善自身知识结构,真正实现教师和学生共同进步.
   在环境地质学教学中,结合自身科研内容,在能源和资源利用与地质环境方向与理论教学相融合,使学生掌握专业知识的同时,也了解了该方向最新科研动态.以煤矸石为例,煤矸石是煤炭采掘和洗选过程中排放的固体废渣.过去煤矸石常就地排放,大量以圆锥式自然松散地堆积在矿井附近(图1).目前我国现存煤矸石山1500多座,且每年仍在增加[6].现已明确煤矸石长期堆放其中重金属、多环芳烃等有毒物质可通过降水淋滤进入土壤环境或下游水文系统,甚至可能下渗到地下水中.然而,煤矸石长期接触空气自然风化形成的细小颗粒及其携带的的PAHs、重金属及Cl-,SO42-,NO3-和NH4+等无机水溶离子是否部分渗入表面浮尘,进而这些物质是否部分由浮尘进入大气颗粒物,影响矿区附近大气环境质量?带着这些问题,笔者引导学生积极思考、探索,查阅相关文献,以现有理论知识为基础,解答现实问题.与此同时,鉴于淮北师范大学“安徽省资源与环境重点实验室对学生开放和本科生导師制的推行,笔者鼓励学生进入实验室,通过室内理化分析和室内模拟实验分析煤矸石风化颗粒的致霾租用,参与到“煤矸石风化颗粒的潜在致霾作用”的国家级科研项目中.同时,利用淮北煤炭型城市的地缘优势,引导学生对城市地质环境相关科研问题进行思考,如煤炭开采是否对市区水体、地表土土壤、降尘、大气等产生污染?进而引导学生自主选择研究课题、制定方案,进一步开展实验、结果分析直至科研成果公开发表.通过与科研的有机融合,使学生对矿山环境和能源不合理利用所引发的地质环境问题等相关内容有深入理解,且部分对科研感兴趣的同学积极参与其中,学习兴趣和主动性有所提高,开启了科研促进教学、教学指导科研的新型教学模式.
  2.3 案例教学法
   案例教学法能创造良好的教学环境,把实际生活中案例引入课堂,让学生在具体问题情境中积极思考,有助于将理论知识与实践分析融会贯通,也可减少地质背景知识薄弱学生对课程的抗拒情绪[7,8].
   在授课过程中,笔者选取现实中的地质环境问题案例,使学生更易理解和消化理论知识.如在讲解水资源与地质环境时,将我国七大河流水系污染、沿海地面沉降、淡水资源短缺等作为案例,分析上述现象产生的原因,介绍当前水资源的供求现状、污染现状、水资源不合理引发的区域水位下降、地面沉降、海水倒灌等负环境效应,让学生更深刻的理解水资源不当利用可能带来的地质生态环境问题,并且深入思考如何面对和处理这些问题.在介绍人类工程活动与地质环境这节中,以世界闻名的长江三峡工程、南水北调工程、京杭大运河为例,辅以实例图片,详细介绍工程活动对地质环境的影响和破坏及预防控制措施,使学生认识到地质环境保护与人类社会可持续发展之间的紧密联系.在讲述原生环境地球化学异常与人体健康时,结合笔者博士在读期间的亲身目睹经历,以我国独有的西南燃煤型地氟病为例,讲解让学生了解地方病发病症状、流行机制及如何防治.同时,针对下一次课内容,可让学生课下搜集相关案例,并在课上讲述,鼓励学生根据案例内容将其与理论知识紧密结合,分析其存在的地质环境问题及其产生的原因.通过直观形象的案例既可以让学生将理论知识与实践相结合,帮助学生探究专业领域的发展动态,也可帮助教师了解学生对理论知识的掌握情况,促进教师提交教学质量.
  2.4 基于超星学习通的翻转课堂教学法
   当前,中国高等教育全面进入信息化时代.近年来,四通八达的网络让“翻转课堂”成为教育界的热点[9].为顺应高等教育信息化的发展趋势,淮北师范大学鼓励教师积极探索翻转课堂教学模式,增加网络课程数量,旨在提高教学质量.翻转课堂又叫“颠倒课堂”,即学生课前通过观看视频、课件等教学资源自主完成新知识学习,而课堂则变成教师学生之间和学生与学生之间互动的重要场所,包括答疑解惑、讨论探究及知识运用等.为了体现环境地质学对教学资源的更高要求,笔者利用超星学习通,有效拓宽了学生学习时间与空间,将线下与线上教学深度融合,随时随地实现教师与学生的互动,比如在线测试、讨论(图2)、发布作业、调查问卷等.这种教学方法以学生为中心,教师则充当引导者、组织者.教师将视频、文档、网页链接等学习资源上传至学习通APP,学生在教师设置时间内可随时随地自主完成学习,同时可在讨论区与其他同学和教师交流互动.学生需事先完成教师上传的测试题,根据实际测试结果,教师在课堂中有针对性的答疑.本课程将学习通与线下真实课堂相结合,构建基于超星的线上与线下相互结合的翻转课堂实践教学体系,以期达到以下三个层次的课程目标:(1)学生能掌握环境地质学方面的基础理论知识,建立完整系统的知识体系;(2)积极主动参与课程互动,具有发散思维,用环境地质眼光看问题;(3)认识中国的环境地质问题以及在实践中出现的实际环境地质问题,提高环保意识,树立人与环境协调发展的观念,加深对学科专业研究方向的认识.结合翻转课堂的教学要素,笔者提出基于超星学习通的翻转课堂教学模式[10],如图2所示.
  2.5 实践教学法
   环境地质学是淮北师范大学的专业基础课,实践性较强.但目前尚未开设地质学类课程,学生地质学基础知识薄弱,较难将理论知识与实际现象联系起来.因此,根据课程安排时间,合理在教学中穿插野外实践教学.淮北师范大学按照每年每生将实践教学经费纳入常规投入,保障了基本实践教学活动的开展.本课程教学对象是环境专业学生,地质作用引发的环境问题是本课程的主要讲授内容,因此,野外实践侧重于调查人类工程活动带来的环境地质问题或修复治理工程或防治措施等,如矿产开采引发的地面沉降与塌陷、区域土壤污染和水污染、不合理开采地下水引起的地表沉降及典型的环境生态工程修复案例.例如,结合区域淮北煤炭型城市的地理优势,组织学生参观淮北濉溪县境内多处因煤矿开采而引发的大面积地面塌陷问题;带领学生参观煤炭塌陷地修复的典型案例—淮北南湖湿地公园,这个在煤炭塌陷地上建立起来的皖北地区规划面积最大的水上娱乐、旅游、休闲度假景区;组织学生调查淮河支流奎河安徽段水质污染状况,让学生思考奎河流域多发“癌症村”的地质环境原因.安徽黄山猴谷也是本校的环境专业的常规专业实习基地,在这里学生可以观察到典型原始地形地貌,帮助学生熟悉野外基本的工作手段,如看地质图,使用罗盘、GPS等定位工具等.此外,通过实践还可培养学生相关数据处理和绘图能力,如野外实践结束后,分组可以给学生布置一个开放性课题:通过野外实践区相关资料及实地考察所见,绘制综合环境地质图(比例尺1:5000),完成后每组派代表上台演示实践地环境图的制作过程,分析其存在的主要环境问题.实践教学将理论知识与实际紧密联系,可提高学生动手能力、实践应用能力、分析和解决实际问题的能力.   3 建立科学考核指标体系
   传统课堂考核体系主要考察学生的记忆力,较难判断学生对知识的掌握和运用程度.借鉴国外相关专业的考核经验和本学科培养目标和教学模式的改革趋势,新环境地质学考核将弱化期末卷面考核权重,注重过程性考核,考核内容将从学生对知识的理解、综合应用及能力提升等方面考虑.授课过程中笔者借助超星学习通APP签到功能进行课堂考勤,课程结束前发布在线测试题,检验学生的掌握情况.每章内容结束后设置相关专题讨论,让学生参与讨论,并发布课后作业,督促学生完成作业.其中还可将课程资源浏览率作为考核指标之一.在这种考核方式中,学生成绩由翻转课堂成绩和期末考试成绩构成(表1),评价公式为A=70%*B+30%*C(A表示课程总成绩,B表示翻转课堂成绩,C表示期末考试成绩).其中B可描述为:B=20%*D+15%*E+10%*F+40%G+15%*H(D表示出勤率,E表示在线测试,F表示在线学习时长,G表示课后作业与专题讨论,H表示课程资源浏览情况).这种考核方式可有效弥补“期末一张纸”的不足,调动学生学习的主动性和积极性,减少学生死记硬背、照搬套用的呆板学习方式,且学完课程后能让学生运用所学知识分析和解决实际中的环境地质问题.
  4 结语
   综上,环境地质学是一门综合性较强的课程,可为环境类学生提供基础地质环境知识.环境地质学教学改革不能操之过急.授课教师在授课过程应结合专业特点、自身知识结构、区域地点等优化教学内容,把握好难易程度,做到将理论知识与实践案例相结合,同时应强化与科研知识融合,突出教学过程的专业性和趣味性,提高学生学生积极性和主动性.
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