國家一流本科專業學科前沿課的教學思考

摘 要：建設海洋強國，需要培養具有堅實的專業基礎、國際化的視野、很強的創新能力的海洋科學專業高層次后備人才。為此，我們為海洋科學專業高年級本科生開設學科前沿課有孔蟲-古大洋環境重建的重要標志。該課程以引導、自主學習、討論和實驗等方式，鍛煉學生們通過重建有孔蟲及其殼體地球化學特征知識體系，探索其在大洋地層的劃分與對比、古洋流重建、古海水化學、古生產力以及海岸帶演化等方面國際前沿問題的能力。初步實踐表明，對新時代的大學生，這是一種值得推廣的教學方式。

關鍵詞：海洋科學；學科前沿課；有孔蟲；古環境指標；教學思考

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）28-0034-04

Abstract： Building a nation with maritime power， it is necessary to cultivate high-level reserve talents of ocean science with solid professional foundation， international vision and strong innovation ability. For this reason， we set up a cutting-edge course Foraminifera - A Tool for Reconstructing Past Ocean for senior undergraduates of ocean science majors. By means of guidance， independent study， discussion， and experiment， the course exercises students' ability to reconstruct the knowledge system of foraminifera and the geochemical characteristics of their shells， and explore their international frontier issues in the division and correlation of oceanic strata， the reconstruction of paleocurrent， paleo-seawater chemistry， paleo-productivity， and coastal zone evolution. Preliminary practice shows that this is a teaching method worth promoting for college students in the new era.

Keywords： ocean science; frontier course; foraminifera; paleoenvironment index; teaching thinking

海洋占地球表面積的71%，蘊藏著豐富的礦產資源，且對人類的生存環境、經濟發展、交通運輸和國家安全具有重要意義[1-2]。黨的十九大提出“堅持陸海統籌，加快建設海洋強國”的戰略部署[3]。建設海洋強國、實現我國從海洋大國向海洋強國的轉變，培養具有堅實的專業基礎、國際化的視野、很強的創新能力的青年海洋人才是重中之重。各涉海高校都肩負著培育海洋事業接班人，推動海洋事業發展的責任和使命[4]。中國地質大學（北京）是首都七十多所高校中唯一涉海高校，海洋科學專業于2021年入選國家一流本科專業建設點[5]，對該專業本科生的培養提出了更高的要求。在此背景下，在本科生的培養方案中，為高年級學生增設了海洋科學專業相關的學科前沿課，有孔蟲-古大洋環境重建的重要標志就是其中的一門選修課。

一 學科前沿課有孔蟲-古大洋環境重建的重要標志的教學目標

不同于陸地上出露的大面積的沉積剖面，海洋地質學的研究，多依賴于海上科考船在海底鉆取的沉積巖心。國際著名的大洋鉆探計劃，自1968年“格羅瑪·挑戰者號”首航墨西哥灣，歷經深海鉆探（DSDP）、大洋鉆探（ODP）、綜合大洋鉆探（IODP）以及國際大洋發現計劃（IODP）等階段，半個世紀來在世界各大洋深水底下鉆井芯4 000多口，“喬迪斯·決心號（JOIDES Resolution）”（圖1）就是國際大洋鉆探計劃在世界各大洋實施深水鉆探科考的船只之一， 取芯40多萬米，驗證了板塊構造理論，揭示了氣候演變的規律，從根本上改變了人類對地球的認識， 扭轉了地球科學發展的軌跡[6-8]。

圖2為國際大洋鉆探船在海底鉆取巖心的示意圖，大洋鉆探可以鉆取到海底以下2 000多米深處的沉積物樣品，且海底沉積連續、保存好，是地質學研究的絕佳材料，缺陷是鉆孔巖心很細。IODP鉆孔巖心的直徑不到7厘米（圖3），這就使得陸地地質剖面常規的研究對象古生物大化石，以及需要大量樣品的測試分析在海底鉆孔巖心的研究中受到限制。

有孔蟲屬于原生動物門有孔蟲綱，是生活在海洋中、個體微小的單細胞原生動物，具有礦物質形成的硬殼，殼體直徑多不足1毫米[10]（圖4）。有孔蟲化石因其形體微小、數量眾多，在鉆孔巖心和海底取樣中比較容易獲取。有孔蟲的某些類群演化迅速，在地質歷史中存留的時間短，因此常常成為確定地質年代的重要標準化石。其次，有孔蟲由于對環境變化的反應極為靈敏，也是古海洋、古氣候變化的指示生物。另外，有孔蟲生長時，可以將海水的理化性質如水溫、鹽度、含氧量和酸堿度等記錄在殼體中，通過對化石殼體的同位素和微量元素的分析能夠恢復古海水的這些信息。因而，有孔蟲類在大洋地層的劃分、對比，以及海洋地質研究等領域發揮巨大的作用。

隨著近年來海洋科學研究的發展，尤其是可以對微量有孔蟲殼體進行同位素和微量元素分析技術設備的發展，有孔蟲成為海洋地質學研究中不可或缺的一類微體古生物。但在傳統的本科生教學中，有孔蟲僅作為微體古生物學課程的一個門類章節，在有限的幾個學時里，著重介紹它的形態和分類、生態特征及地史分布，很少涉及它在海洋科學前沿領域的重要地位以及創新性研究成果。

為此，我們開設了學科前沿課有孔蟲-古大洋環境重建的重要標志，幫助同學們了解和探索有孔蟲組合及其殼體同位素和微量元素地球化學等的特征，及其在大洋地層劃分，古海水溫度、鹽度、古洋流的重建，大洋碳循環，缺氧沉積，海岸帶環境重建等方面的國際前沿性問題。以引導、自主學習、討論和實驗等方式，鍛煉同學們探索國際前沿科學問題的能力，成為掌握國際前沿知識、具有創新能力的海洋科學專業高層次后備人才。

二 有孔蟲-古大洋環境重建的重要標志的課程構建

學科前沿課的課程教學不同于專業基礎課，更注重引導并激發同學們運用所學專業知識發現問題、解決問題的能力。有孔蟲-古大洋環境重建的重要標志以有孔蟲及其殼體同位素、微量元素地球化學特征為核心，介紹它在大洋地層的劃分與對比、古海洋環流重建、古海水化學、古生產力以及海岸帶的演化過程中的應用。本課程所涉及的知識面很廣，與海洋科學概論、海洋地質學、海洋微體古生物學、海洋地球化學和海洋化學等課程密切相關，這些課程，學生在低年級都已經學過。海洋微體古生物學、海洋地球化學是本課程的基礎，本課程又是海洋地質學、第四紀地質與環境等課程中涉及的大洋地層、古環境替代性指標、化石殼體元素及同位素地球化學分析等方面內容的延伸，也是未來研究生階段高級海洋地質學、古海洋學等課程的準備。

有孔蟲-古大洋環境重建的重要標志的課程共16個學時，我們采取多媒體教學和課堂討論相結合的方式，通過介紹有孔蟲在海洋科學各個領域的應用，引導同學們自主回顧以前學過的專業基礎知識，進一步通過查閱文獻、準備多媒體報告，課堂討論有孔蟲及其殼體同位素、微量元素地球化學的最新研究進展及其在古大洋環境重建中的應用，課后去實驗室實地觀摩并參與相關實驗過程，激發同學們運用所學專業知識發現問題、解決問題的能力。

該課程的主要內容設計如下：第一講為有孔蟲－生存于海洋中的生物，首先引導學生們回顧海洋微體古生物學課程學過的有孔蟲殼體的基本結構構造、重要屬種特征，生態及演化歷史，再深入介紹基于有孔蟲組合及其殼體組成同位素、微量元素地球化學特征的古環境替代性指標；第二講為浮游有孔蟲－大洋地層劃分與對比的重要依據，引導學生們回顧海洋地質學課程學過的大洋地層學的主要類別：巖性與事件地層學、生物地層學、年代地層學、磁性地層學、氣候地層學等，進一步深入介紹浮游有孔蟲生物地層學和有孔蟲殼體放射性同位素測年在年代地層學中的應用，以及有孔蟲殼體氧穩定同位素是氣候地層學中最重要的氧同位素地層的建立依據；第三講為基于有孔蟲指標的古海洋重建，首先引導同學們回顧海洋科學概論課程學過的現代大洋環流的基本特點及分布，海洋地球化學課程中學過的海底沉積物中化石殼體穩定同位素和微量元素知識，再深入介紹基于有孔蟲組合及其殼體穩定同位素和微量元素Mg/Ca比值等指標估算古海水溫度、鹽度和古溫躍層深度變化的方法，據此進一步重建地史時期大洋表層流、深層流和上升流的分布與變化。第四講為古海洋水化學的重建，首先引導同學們回顧海洋化學課程學過的現代海水主、微量元素，營養元素，以及溶解氣體CO2和O2等在大洋中的分布和循環特征，進一步介紹基于有孔蟲指標，如浮游有孔蟲殼體的碎殼率、抗溶指數，底棲有孔蟲組合，有孔蟲殼體硼同位素、微量元素硼鈣比等，重建地史時期大洋碳酸鹽溶解作用，底層水缺氧環境等。第五講為古海洋生產力重建，首先引導同學們回顧海洋科學概論課學過的現代大洋生產力概念和在大洋中分布特征等，進一步介紹古大洋生產力重建對于認識全球氣候變化、洋底沉積機理和沉積礦產分布規律的意義，基于浮游有孔蟲高生產力種、底棲有孔蟲內生種與表生種的比值、有孔蟲沉積通量，以及有孔蟲殼體碳穩定同位素和微量元素Cd/Ca比值等重建古生產力的方法、原理及應用實例。第六講為海岸帶環境的重建，首先引導同學們回顧海洋科學概論課學過現代海岸帶環境及其對人類社會可持續發展的重要意義，再深入介紹海岸帶底棲有孔蟲組合特征，底棲有孔蟲對古水深、古洋流、底層水環境和環境污染等的指示意義，如何基于有孔蟲的海岸帶環境指標重建地史時期海岸帶環境變化及其規律與驅動機制，為預測未來海岸帶環境變化提供科學依據。授課的過程中除了隨堂討論，中間還穿插了兩次討論課。課程的教學體系構建見表1。

授課過程中采用靈活的方式全面地激發同學們的自主學習能力，比如為了使學生掌握“浮游有孔蟲－大洋地層劃分與對比的重要依據”，給出數據和圖讓學生利用有孔蟲組合和殼體氧同位素當堂進行大洋地層的劃分與對比。兩次討論課，分別給出兩個選題：①基于任一有孔蟲古環境替代性指標，論述其原理、應用、實驗方法，及其適用性、關聯性和局限性；②任選一古海洋環境重建目標，選擇合適的基于有孔蟲的古環境替代性指標，理解其在古海洋環境重建中的作用，和在全球變化研究定量化和認識機理方面的新貢獻。讓每一位學生利用課下時間查閱文獻，準備5張PPT，課堂報告3分鐘并討論2分鐘。通過這種方式，充分調動同學們的學習積極性，既夯實學過的海洋科學專業知識，又學會通過文獻調研、制作PPT、課堂報告和討論這一系列模擬科研過程，鍛煉學生運用所學專業知識發現問題、解決問題的能力。

三 教學思考

本課程采用了引導、自主學習、討論和實驗等靈活的方式，使得學習過程不再是機械地聽課，被動地背書，而是教師在課堂上提出問題，引導學生在課堂下主動學習，再把學習成果和問題帶到課堂上共同討論。

特別是課堂討論PPT展示部分，第一次展示時問題特別多，有的學生是首次上講臺作學術報告，緊張得語無倫次，臺下的學生怕露怯也不敢提問題，教師針對每位學生提出指導和修改建議，鼓勵臺下的學生大膽提問；第二次展示時就改進了很多，有的學生甚至表現非常優秀，不僅僅通過查閱資料，深入理解了課堂講授過的內容及其國際上的最新進展，還擴展了課程內容，介紹了一些最新的基于有孔蟲的古環境重建方法，如有孔蟲殼體釹同位素古洋流重建、殼體Mn/Ca比對底層海水氧化還原的指示等。與此同時，課堂上的互動變得很活躍，學生們不僅認識到自身的不足，也在與其他同學的討論中學會了發現問題，激發了主動學習的積極性，既改進了學習方法、擴展了知識面，又鍛煉了表達、提問的能力。學生們非常喜歡這種學習方式，都表示收獲很大，也意識到平時學習時輕基本概念、重所謂的創新，以至于基本知識不扎實，沒有根基的創新，根本經不起考驗。結課時的綜合總結論文也反映出，學生們不是單純地背書，獲取碎片化的知識，而是比較系統地獲得了該課程涉及的科學前沿、研究思路和解決問題的方法。

因為教學方式獨特，該課程從2019年第一次開課只有10名學生，逐年增加到自2022年開始年年選課學生數都達到了30人的滿額。雖然通過幾年的摸索，已經建立了這門課程比較系統的教學體系，但因為是新開課，教學環節還在探索的過程，還有極大的改進空間，所以在課程內容的組成上，還需要通過教與學的互動中篩選出更適合的內容。

四 結束語

海洋科學專業學科前沿課有孔蟲-古大洋環境重建的重要標志， 是新形勢下為培養海洋科學高層次人才開設的課程，課程涉及的內容很多，但它又不是一個需要全部在課堂上講授的課程，重點是引導學生們自主學習，能夠及時獲得該學科發展的最新前沿知識。該授課方式更適合高年級的專業選修課，小班形式的授課，學生不宜多，因為其教與學的方式靈活，學生和教師互動密切，對新時代的大學生，是一種非常好的教學方式，值得推廣。

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