水利系推出三维在线信息平台助力线上地质实习
2020-09-30

一、教学背景


2020年突如其来的新冠疫情,给全球各行各业带来了巨大的影响。也促使着教育工作者不但探索,以适应疫情下的教育教学。地质实践教学是各高校地学相关专业、水利土木工程、道路工程、矿山工程等专业学生重要的教学环节。然而由于受当前疫情影响,本应暑期野外实践的教学环节,无法实现野外实地教学。


2017年350vip葡京集团水利系推出了国际上第一个以地质教学、科普教育为主题的三维在线信息平台“地学云”及其微信公众平台“地学云堂”,为高校地质学教学、实习提供共享的资源信息,为学生提供一个三维地质信息实景平台。平台很好地解决了目前高校地质实习面临的实习基地的区域性明显、学校(甚至同一学校不同院系)资源共享性差、效果不好、野外带队老师缺乏等难题。平台自2017年2月推来,用户已经遍布全球各大洲,并有高校将其应用于地质实习。


无心插柳,柳成荫。目前自主开发的“地学云”、“地学云堂”及“水利云”为此次疫情期地质实习提供了重要的工具,同时也为推动线上、线下融合的教学改革提供了技术支撑。从而保证了地质实习教学过程的从容、有序及有组织的进行。


二、教学方法


在教学方法上主要是采用“混合式教学”的方式开展,学生分小组进行,共11个小组,每小组5个人;教学环节包括“教师引导”→“学生自主学习”→“小组讨论”→“小组汇报”,最终形成地质实习报告并进行最终答辩(每小组10分钟);教学工具为自主研发的两大云平台(“地学云”+“水利云”)及1个微信公众号(“地学云堂”),采用腾讯会议组织线上视频汇报。


2.1 教学工具


1)地学云+地学云堂


地学云(图1)网址:


http://meggs-thu.com/MainPage,提供了一个功能齐全、信息丰富的地质实习信息平台;“地学云堂”微信公众号(图2),为用户提供了一个强大的实时、实地信息采集功能,并与地学云实现无缝集成。有关地学云及地学云堂的相关功能及信息可登录地学云网站或参考公众号中之前的信息进行了解。


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图1 地学云平台主界面


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图2 “地学云堂”微信公众号二维码


2)水利云(THC)


水利云计算平台(THC,http://thc.meggs-thu.com)致力于为广大的水利、土木及地质行业从业者和科研人员提供便捷的计算分析平台,同时也可为课程教学、学生实践提供良好的计算分析工具,并为学生步入工程设计奠定良好的基础,为推进相关课程新工科教学改革提供了支撑。THC目前岩体结构分析(免费)、土工试验(免费)、边坡稳定性分析(免费)、洪水演进(收费)四模块(图3)。


岩体结构面统计和分析是地质实习的一个重要内容,在实际的工程地质工作中也有着广泛的应用。本次实习中将基于THC中的“岩体结构分析”模块,让学生实现岩体结构统计、分析的实战训练。


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图3 水利云平台主界面


2.2 教学过程


整个教学过程通过腾讯视频会议的方式开展,在教学过程中全面贯彻“三位一体”的育人理念,在“知识传授”的过程中实现“价值塑造”和“能力培养”。


2020年是一个不平凡的一年,全球疫情、美国的软件及科技封锁、自然灾害等不同程度地影响着每一位同学。在本次实习教学过程中,克服疫情带来的学习困难,全部使用自主开发的软件平台,充分体现清华人“自强不息,厚德载物”之精神;同时引导学生要追求自主创新、勇于挑战,做有担当的时代新人!耐得住寂寞,做创新研究!


教学环节包括“教师引导”→“学生自主学习”→“小组讨论”→“小组汇报”,最终形成地质实习报告并进行最终答辩。


(1)教师引导


“教师引导”是混合式教学的重要环节。在这个过程中,要将每节课程的“教学目标”、“主要教学内容”等进行概述,从而让学生在“自主学习”环节有一定的“边界”而不过度“发散”。但是,为了发挥学生的主动思考及创新思维意识和能力,在这个环节中教师不能“限制”学生的学习及思维。


授课老师经常鼓励学生:创新过程中,不要怕犯错,即使错了也是有收获的。其目的就是鼓励学生们去“脑洞大开”,克服同学们从幼儿园→小学→中学长期以来形成的“被动学习”、“被动思考”的壁垒。


(2)学生自主学习


运用地学云实习线路信息(视、听及文字等)对实习线路的地质现象、地质问题及岩石岩性等进行认识实践,从而巩固课堂理论知识。在这一个过程中,充分利用地学云的优势,教师要引导学生从“点”→“线”→“面”的思维和探索。


由于地质实习是一个实践性很强的课程。地学云虽然提供了一个丰富的“数字地质信息”,但是学生们难以有“实感”。在通常情况下,是带领学生进行野外实地踏勘,然后对地学云上的实习信息“落地”以更好的掌握。但是由于疫情,无法野外实战。


我们知道,地质无时无刻不在我们的身边(这是教师在《工程地质》课程上一直贯穿的思想)。因此,本次实习过程发动同学们,利用自己家乡、周围的地质环境(如,山、河流、湖泊、博物馆、景点、人文地理等)去主动的探索和发现其中的地质构造、地层岩性、地形、地貌、内外动力地质作用及人文地理(如大型工程建设、古建筑等),并通过“地学云堂”上传至地学云平台,教师及助教通过地学云对学生们上传的信息进行检查、评阅。并通过“红包”的方式,对学生们的“实战成果”进行鼓励。在这个过程中,极大地促进了学生们的主动探索和发现的能力,很多同学都“发现”了之前从未意识到的周边的地质,体会到其中的收货、欣喜和乐趣。


(3)小组讨论


各个小组根据小组成员所学、所见及所思,通过腾讯视频会议的方式进行讨论,对其中的难点、问题进行争辩,若有疑问可以寻求教师和助教的帮助。在这个过程中,鼓励学生们在激烈的争辩中迸发灵感和火花。


根据小组讨论内容,选择每次教学内容中的一个感兴趣的点,进行深度的思考和挖掘(本部分内容可以超出课程教学内容),从而以激发学生们的学习智趣、探索能力和创新意识。最终整理PPT进行汇报。


(4)小组汇报


每个小组汇报10分钟(严格控制时间,让学生养成良好的习惯),教师、助教及其他小组同学对汇报内容进行评价和讨论。这个过程中,学生即是知识的学习者(汇报者),又是知识的使用者(评价者)。


教师在这个过程中,一方面考察学生们对知识的掌握;另一方面要考察学生们在学习过程中的创新思维和逻辑分析能力。学生们的汇报不能是知识的罗列,要有自己的思想。


三、教学成效


在上述教学环节过程中,教师的工作强度、学生的学习强度等都较一般的课程教学增加很多,但是学生们的收获是传统教学环节无法达到的,学生们是“痛并快乐着”。


1)通过在教学过程中对教学方法的探索,老师及助教的严格要求,认真负责,言传身教,同学们有很多感受:


“遇见工程地质混合式课堂就是一件幸运的事。”,“体会到了地质工作者的精神——吃苦耐劳、永不放弃的精神”,“老师和助教全程认真的听、看、分析、思考,这种精神真的感染了我,并令我反思。”


“在2020这样一个特殊的年份,很多的不幸发生在了我们的国家和世界之中,但也有很多的幸运和美好在这一年被更多的人发现和珍重,对我来说,在这里,我遇到了严格教学、为同学们计以深远的徐老师,耐心辅导、不厌其烦地为我们答疑解惑的两位助教,结识了一众善于思考并不断进取、力求突破自我的优秀伙伴,更在这个不同寻常却一样美丽的春夏里,遇见了一个更有独立思考意识、更善于发现和解决问题的自己。”


 “地质实习已然告一段落,但地质之路却刚刚铺开。曾经,电视上地质学家的艰苦一度使我畏缩不前,但,当我真正了解这些地质知识后,当我真正接触这些地质人后,我逐渐理解了他们,或许,这就是一份责任,一份奋斗与荒野、植根于险滩的责任,一种以天下为己任的勇气。我想,这种精神也是工程地质留给我的宝贵财富。”


2)通过混合式教学、小组协作等教学环节,鼓励和培养同学们主动创新、主动思考,同学们也收获满满:


“两周的地质实习飞逝而过,在这个硬核的实习中,我们每个人都有付出,都有奋斗,都有一份酸甜苦辣,但在我看来,我们的收获也是巨大的。”


 “也成为了一种“留白”的手法,给我们在小组讨论中提供了更多自由开脑洞,寻找创新点、提出自己的观点和猜想的空间”,“不是当一个地学云的‘复读机’,更要注意不能当一个文献的‘搬运工’”;


 “在这个过程中,我们小组的成员经常会进行头脑风暴,将自己大胆的想法提出来和大家进行分享,并探究一些想法的可行性。正如萧伯纳所说:‘你有一个苹果,我有一个苹果,我们交换一下,一人还是一个苹果;你有一个思想,我有一个思想,我们交换一下,一人就有两个思想。’在我们小组七个人的齐心合作之下,每一次的路线学习我们都收获颇丰。”


 “徐老师不断强调的发现问题、思考问题、探究问题和解决问题的能力,是这次地质实习带给我们的宝贵财富,将在我们未来的人生旅途中发挥出重要作用。”


 “思想层面上,很多时候我们都习惯了去找别人的东西,无条件相信资料而不愿意提出自己的看法,而这次的实习渐渐使我认识到,自己思考出来的东西很多时候比网络资料更有价值,它是我们自我探索的重要一步。我相信从工程地质和地质实习中学到的这种思想方法以后会让我在学习中受益。”


3)通过鼓励同学们在家乡自主探索地质实习,同学们走出家门探索地质知识:


“一开始的时候我是抱着完成任务,顺便出去走走的心态去的,但是实际上当我来到离家较近的一个景区时,我很快就感受到了自己不一样的心态。会很高兴地把那些有着独特地质现象的图片拍下来,再把自己的分析告诉父母,我会感受到很骄傲也很兴奋。这样的我十分清楚地感受到了和课堂上学习知识不一样的体会,也更能感受到大自然的‘秘密’以及解开这些‘秘密’的欣喜。”


“在寻找地质现象的过程中,我收获了知识,也锻炼了体魄,磨炼了意志。自主实习让我开始主动通过各种途径了解家乡的地质特色。通过自主实习,我惊讶地发现我们小县城竟然有亚洲唯一的太古宙科马提岩保护区。…… 非常感谢老师给出了这个契机,让我们自己去探寻家乡,也让我们认识到,只要细心观察,用心留意,大自然中的风景也可以转化为专业的知识。”


“另外一个体会是‘生活中处处有地质’,这是在来学校之前的云实习中体会到的。以前我路过那些地方的时候,只会想这里泉水还挺好喝,路边坡上的混凝格构还挺整齐,而不会去想为什么地势高的地方为什么会有泉水,那些混凝土格构对边坡有什么用处。带着老师布置的任务和红包的诱惑仔细观察后,居然也能发现这么多工程地质现象。”


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(摘自学生们的PPT汇报)


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学生通过课堂自主研发的“清华地质景观打卡”小程序

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