“新工科”背景下上好地球化學(xué)課程探索與實(shí)踐

張展適 鄔斌 鄧軻

[摘 要]在“新工科”背景下，如何抓住機(jī)遇建設(shè)好傳統(tǒng)地質(zhì)院校的優(yōu)勢(shì)學(xué)科及其支撐專(zhuān)業(yè)是我們的使命和任務(wù)。文章以東華理工大學(xué)校級(jí)精品課程地球化學(xué)為例，探討和總結(jié)了在“新工科”背景下，上好理論性很強(qiáng)的地球化學(xué)課程的舉措和實(shí)踐。

[關(guān)鍵詞]地球化學(xué);特色教學(xué);教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法

[基金項(xiàng)目]2018年?yáng)|華理工大學(xué)研究生核心課程建設(shè)項(xiàng)目“高等地球化學(xué)”（2311100241）;2018年國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“丹鳳地區(qū)晶質(zhì)鈾礦及其他含鈾礦物輻射蝕變暈圈特征及意義”（41862008）

[作者簡(jiǎn)介]張展適（1965—），女，江西南昌人，博士，東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院教授，主要從事地球化學(xué)、礦床地球化學(xué)教學(xué)與研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.3[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）47-0-02[收稿日期] 2020-05-26

一、“新工科”建設(shè)背景

教育部高等教育司發(fā)布的教高司函〔2017〕6號(hào)《關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》及教育部辦公廳頒布的教高廳函〔2017〕33號(hào)《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》開(kāi)啟了高校“新工科”建設(shè)的步伐。“新工科”是我國(guó)高等教育為適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，在“卓越工程師”培養(yǎng)基礎(chǔ)上提出的一個(gè)全新概念。“新工科”建設(shè)需要在課程體系、教材和教學(xué)內(nèi)容、在線(xiàn)開(kāi)放課程、工程教育師資隊(duì)伍和實(shí)踐基地等方面實(shí)現(xiàn)突破。東華理工大學(xué)是我國(guó)核工業(yè)系統(tǒng)的第一所高校，被譽(yù)為核地學(xué)人才培養(yǎng)的搖籃，也是國(guó)內(nèi)著名傳統(tǒng)地質(zhì)院校，資源勘查工程集國(guó)家一流專(zhuān)業(yè)、國(guó)家級(jí)特色專(zhuān)業(yè)、教育部卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃專(zhuān)業(yè)于一身，且于2018年通過(guò)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證。

二、上好地球化學(xué)課程的幾個(gè)環(huán)節(jié)

地球化學(xué)是研究地球（包括部分天體）的化學(xué)組成、化學(xué)作用和化學(xué)演化的科學(xué)，與地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)一起并列為地球科學(xué)的二級(jí)學(xué)科，是地球科學(xué)的三大支柱學(xué)科之一，其研究思路、方法及應(yīng)用已經(jīng)滲透到地球科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。無(wú)論是在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域還是在應(yīng)用領(lǐng)域，許多缺乏地球化學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)的科學(xué)論文都得不到認(rèn)同[1]。地球化學(xué)課程是資源勘查工程專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，在“新工科”建設(shè)的大背景下，把握“新工科”建設(shè)內(nèi)涵，按照“工科新要求”，通過(guò)教什么和怎么教這兩個(gè)環(huán)節(jié)，上好理論性較強(qiáng)的地球化學(xué)課程。

（一）精心設(shè)計(jì)和組織課程教學(xué)內(nèi)容—教什么

我們將“新工科”建設(shè)的內(nèi)涵重點(diǎn)放在“工科的新要求”上，展現(xiàn)新工科背景下“教什么”，總體方針是“針對(duì)學(xué)情，體現(xiàn)特色”，教學(xué)內(nèi)容是“基于教材，高于教材”。

1.針對(duì)學(xué)情，體現(xiàn)特色。教學(xué)過(guò)程中，充分體現(xiàn)我校核特色方面的教學(xué)內(nèi)容，盡管沒(méi)有單獨(dú)開(kāi)設(shè)鈾地球化學(xué)課程，但在教學(xué)過(guò)程中始終關(guān)注U元素！元素對(duì)比值知識(shí)點(diǎn)講述Th/U比值，元素的遷移和地球化學(xué)障知識(shí)點(diǎn)重點(diǎn)分析鈾元素及其還原障行為，在同位素地質(zhì)年代學(xué)部分也重點(diǎn)介紹U-Th-Pb法，強(qiáng)調(diào)其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì);水—巖化學(xué)作用或氫—氧同位素地球化學(xué)時(shí)則介紹學(xué)校分析測(cè)試中心當(dāng)年獲得“IAEA Reference Lab”稱(chēng)號(hào)的“故事”。

2.教學(xué)內(nèi)容基于教材，高于教材。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該是可以用作發(fā)展知識(shí)的基礎(chǔ)、發(fā)展學(xué)習(xí)的技巧及提升學(xué)習(xí)者自我學(xué)習(xí)的意識(shí)[2]。在講授地殼豐度時(shí)，先講授克拉克和戈?duì)柕率┟芴氐冉?jīng)典地球化學(xué)家的研究思路和研究方法，指出其不足，讓同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)他們的思想精華的同時(shí)不要產(chǎn)生盲目地崇拜，鼓勵(lì)同學(xué)們?cè)谇叭嘶A(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)代地殼模型，設(shè)計(jì)計(jì)算地殼豐度的方案。

在教學(xué)過(guò)程中，講授教師自身的學(xué)習(xí)和科研感悟，在分析不同教材和不同學(xué)者對(duì)某個(gè)問(wèn)題的觀(guān)點(diǎn)時(shí)采用：“我對(duì)這個(gè)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)是……”及“我傾向于……”來(lái)跟學(xué)生分享教師的學(xué)習(xí)感悟;課堂教學(xué)中注重結(jié)合自身科研成果，分享研究實(shí)例，做到教學(xué)內(nèi)容“基于教材，高于教材”。

3.體現(xiàn)新工科的學(xué)科融合。針對(duì)地球化學(xué)課程的特點(diǎn)，在講清講透理論的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)講述應(yīng)用，且應(yīng)用不僅僅局限于傳統(tǒng)的找礦，而是更多地向環(huán)境和農(nóng)業(yè)地質(zhì)等流域滲透。如在講述稀土元素地球化學(xué)和風(fēng)化作用地球化學(xué)時(shí)，通常跟南豐的蜜橘（蜜橘中富含Ce、La和Nd等稀土元素，并且與土壤中相應(yīng)的稀土元素含量成正相關(guān)關(guān)系[3]）和煙臺(tái)的蘋(píng)果（黑云母片麻巖風(fēng)化形成的土壤中種植的蘋(píng)果優(yōu)于碳酸巖類(lèi)巖石風(fēng)化形成的土壤）等相聯(lián)系，體現(xiàn)新工科學(xué)科融合中的“理學(xué)+工學(xué)+農(nóng)業(yè)+環(huán)境”。

（二） 優(yōu)化教學(xué)方法和手段—怎么教

體現(xiàn)新工科背景下學(xué)生為主體的教學(xué)方法和手段很多，如探究式、合作式、關(guān)聯(lián)式等，總體原則是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，逐步養(yǎng)成終生學(xué)習(xí)的技能。我們的做法是：

1.激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)思維方式。在教學(xué)過(guò)程中，重點(diǎn)激發(fā)學(xué)生對(duì)地球化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生見(jiàn)微知著的地球化學(xué)思維方式，如結(jié)合學(xué)生在地質(zhì)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和區(qū)域地質(zhì)調(diào)查實(shí)習(xí)中觀(guān)察到的宏觀(guān)地質(zhì)現(xiàn)象（如杭州水樂(lè)洞中的縫合線(xiàn)、南高峰灰?guī)r中的各種生物化石），將上述宏觀(guān)地質(zhì)現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成地球化學(xué)問(wèn)題（富硅和富二氧化碳流體的熱液充填作用、化石中的微量元素和同位素指示生物生存時(shí)的水質(zhì)條件等），做到“學(xué)會(huì)（地球化學(xué)）思維”“生成（地球化學(xué)）智慧”。通過(guò)知識(shí)和方法的傳授，來(lái)實(shí)現(xiàn)技能的傳授，結(jié)合開(kāi)放性的課外作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，逐步養(yǎng)成終生學(xué)習(xí)的技能。

2.教學(xué)過(guò)程的雙邊互動(dòng)。“新工科”背景下以學(xué)習(xí)者為主體的課堂教學(xué)，是以學(xué)生為中心的主動(dòng)參與式學(xué)習(xí)，教師的主要作用是引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)，引領(lǐng)和指導(dǎo)學(xué)生思考、分析和探究，解釋、批評(píng)和鼓勵(lì)并用。因此在教學(xué)過(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生參與到教學(xué)活動(dòng)中來(lái)，啟發(fā)學(xué)生提問(wèn)，鼓勵(lì)學(xué)生課堂上隨時(shí)提問(wèn);鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表自己的觀(guān)點(diǎn)和看法，哪怕是不成熟的觀(guān)點(diǎn)都可以發(fā)表，幫助分析其合理的核心和需要改進(jìn)的方向。同時(shí)課堂教學(xué)中掌握“留白”的藝術(shù)，如在微量元素地球化學(xué)教學(xué)中，通過(guò)“K/Pg界面銥異常”事件，講述20世紀(jì)70年代末撞擊理論的提出和由此引發(fā)的20世紀(jì)80年代撞擊坑較多發(fā)現(xiàn)和研究熱潮，我國(guó)楚雄—蘭坪盆地K/Pg界面銥異常的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)，一直是延續(xù)小行星撞擊造成恐龍滅絕學(xué)術(shù)觀(guān)點(diǎn)[4]。2017年趙資奎等提出了新的證據(jù)和解釋?zhuān)J(rèn)為南雄盆地K/Pg界面是一個(gè)以多個(gè)銥異常為標(biāo)志的地球化學(xué)環(huán)境變化事件，銥含量異常來(lái)源于德干火山噴發(fā)[5]，形成德干暗色巖的熱點(diǎn)火山（現(xiàn)在位于印度洋的留尼旺島）仍在釋放出銥[6]，因此并不能因?yàn)榇嬖阢灝惓＃驼J(rèn)為恐龍的滅絕是由隕石撞擊造成的[7]。通過(guò)這一典型實(shí)例分析，留給學(xué)生思考的空間、未來(lái)努力的方向和前進(jìn)的動(dòng)力。

3.線(xiàn)上線(xiàn)下相結(jié)合的混合式教學(xué)。混合式教學(xué)與學(xué)習(xí)是不同教學(xué)要素和學(xué)習(xí)方式的相互結(jié)合，現(xiàn)階段我們主要是通過(guò)課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)，也就是將線(xiàn)下與線(xiàn)上這兩種學(xué)習(xí)模式的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，將教學(xué)理念、教學(xué)模式和教學(xué)組織方式綜合在一起，組織教學(xué)資源、實(shí)施學(xué)習(xí)活動(dòng)，以達(dá)到提高教學(xué)效率的目標(biāo)。具體的實(shí)施過(guò)程符合現(xiàn)今“翻轉(zhuǎn)課堂”的概念，在“角色”和“課堂內(nèi)外”同時(shí)翻轉(zhuǎn)：在角色上，將傳統(tǒng)課堂中老師和學(xué)生分別是知識(shí)的“傳授者”與被動(dòng)的“接受者”，翻轉(zhuǎn)為“指導(dǎo)者”和主動(dòng)的“研究者”;課堂內(nèi)外的翻轉(zhuǎn)，大量的基本知識(shí)點(diǎn)不再占用課堂的時(shí)間來(lái)講授，在課堂有限的時(shí)間里，讓學(xué)生更專(zhuān)注于主動(dòng)的基于項(xiàng)目和問(wèn)題的學(xué)習(xí)，主動(dòng)考慮項(xiàng)目的“地質(zhì)地球化學(xué)意義”，更多地與教師之間進(jìn)行提問(wèn)答疑、討論交流，共同研究和解決學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，從而獲得對(duì)教學(xué)內(nèi)容更深層次的理解。

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Abstract： Under the background of "emerging engineering education" construction， how to seize the opportunity to build the superior disciplines and supporting specialties is the mission and task of traditional geological colleges and universities. Taking the excellent course of Geochemistry of East China University of Technology as an example， this paper discusses and summarizes the measures and practices to improve the teaching of Geochemistry which is very theoretical under the background of "emerging engineering education" construction.

Key words： Geochemistry; characteristic teaching; teaching content; teaching method