智能技術(shù)支持下地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)多元協(xié)同育人模式的構(gòu)建與實(shí)踐

摘 要：本研究基于智能技術(shù)支持手段，設(shè)計(jì)“五育并舉、雙環(huán)協(xié)同、四級(jí)聯(lián)動(dòng)”教學(xué)過(guò)程，進(jìn)一步構(gòu)建了地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)多元協(xié)同育人的新模式。本研究聚焦地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程，融合智能技術(shù)設(shè)計(jì)新的課程內(nèi)容，利用虛擬平臺(tái)增強(qiáng)師生體驗(yàn)感，結(jié)合學(xué)校特色打造特色專(zhuān)業(yè)品牌。同時(shí)，本研究注重培養(yǎng)地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，通過(guò)智慧課程平臺(tái)創(chuàng)新設(shè)計(jì)“課前預(yù)學(xué)、難點(diǎn)診斷”“課中交互、精準(zhǔn)解惑”和“課后延伸、定向答疑”的鏈?zhǔn)綄W(xué)習(xí)場(chǎng)景，構(gòu)建時(shí)時(shí)處處皆可學(xué)習(xí)的智慧學(xué)習(xí)生態(tài)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與效率，全方位提升了地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：智能技術(shù)；地球物理學(xué)；多元協(xié)同；育人模式

近年來(lái)，隨著人工智能、數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實(shí)等新興科技的不斷發(fā)展，以元地球、大數(shù)據(jù)、ChatGPT等為代表的智能技術(shù)已經(jīng)成為引領(lǐng)全球新一輪產(chǎn)業(yè)變革和科技革命的重要驅(qū)動(dòng)力。智能技術(shù)的飛速發(fā)展不僅改變了人們的生產(chǎn)、生活方式以及認(rèn)知方式，而且引發(fā)了現(xiàn)代高等教育的教學(xué)模式向全新的智慧教育形態(tài)轉(zhuǎn)變［12］。地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)涉及數(shù)學(xué)、物理、地質(zhì)、信息等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，是一門(mén)交叉性極強(qiáng)的基礎(chǔ)學(xué)科［34］。目前，隨著各種智能技術(shù)不斷出現(xiàn)在能源勘探、防災(zāi)減災(zāi)、深部找礦等國(guó)家戰(zhàn)略任務(wù)中，智能技術(shù)支持下地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)新模式應(yīng)運(yùn)而生。然而，現(xiàn)今各相關(guān)高校針對(duì)智能技術(shù)與地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的理解、架構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。

本研究基于智能技術(shù)支持手段，系統(tǒng)梳理地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的課程體系，旨在構(gòu)建一個(gè)以學(xué)生為中心，融合德育、智育、體育、美育和勞育“五育并舉”的育人模式?；谥悄芙虒W(xué)平臺(tái)，設(shè)計(jì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)任務(wù)，通過(guò)方案設(shè)計(jì)、過(guò)程操作與實(shí)現(xiàn)、結(jié)果分析與推斷等手段，構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)體系。基于智能技術(shù)設(shè)計(jì)混合式“雙環(huán)協(xié)同”教學(xué)模式，通過(guò)校內(nèi)—校外實(shí)踐以及線(xiàn)上—線(xiàn)下學(xué)習(xí)相結(jié)合等交叉方法，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐、知識(shí)與能力、學(xué)習(xí)與創(chuàng)新等學(xué)生綜合能力培養(yǎng)過(guò)程的智能化管理。此外，基于學(xué)?！昂塑姽ぁ碧厣O(shè)計(jì)“四級(jí)聯(lián)動(dòng)”反饋機(jī)制，通過(guò)文化交融、思政建設(shè)以及動(dòng)態(tài)反饋等多元方式，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和職業(yè)素養(yǎng)，建立一個(gè)以智能技術(shù)為核心、“核軍工”思想為引領(lǐng)的地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)多元協(xié)同育人體系，解決傳統(tǒng)地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的“痛點(diǎn)”問(wèn)題。

一、智能技術(shù)支持下的“五育并舉”課程設(shè)計(jì)對(duì)接行業(yè)需求

（一）課程內(nèi)容與行業(yè)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)更新

在當(dāng)今信息化時(shí)代，智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是大數(shù)據(jù)分析和人工智能的廣泛應(yīng)用，極大地豐富了教育手段，為教育者提供了前所未有的機(jī)遇。在地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)課堂教學(xué)過(guò)程中，本研究運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)礦產(chǎn)勘探實(shí)例和專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)論文進(jìn)行數(shù)據(jù)融合分析，精準(zhǔn)匹配行業(yè)最新動(dòng)態(tài)和專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)點(diǎn)?；谛袠I(yè)最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，常態(tài)化更新重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探等專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)點(diǎn)，使課程內(nèi)容更加貼合地球物理學(xué)行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用需求，增強(qiáng)專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)用性和前瞻性。這種基于智能數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式有助于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力，為他們將來(lái)在地球物理學(xué)領(lǐng)域的職業(yè)生涯打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，這種教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變使教師團(tuán)隊(duì)的教學(xué)目標(biāo)不僅僅是單純的知識(shí)傳授，更注重培養(yǎng)學(xué)生將課程知識(shí)內(nèi)化為行業(yè)需求的應(yīng)用性技能。

（二）智慧課堂與學(xué)習(xí)路徑的個(gè)性設(shè)計(jì)

目前，通過(guò)人工智能技術(shù)深度輔助課堂教學(xué)，傳統(tǒng)課堂的時(shí)空壁壘已逐漸被智慧課堂打破，進(jìn)而改變了傳統(tǒng)課堂的生態(tài)、場(chǎng)景以及學(xué)習(xí)環(huán)境和空間。本研究通過(guò)智慧學(xué)習(xí)管理平臺(tái)對(duì)每位學(xué)生量身定制個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑，充分考慮學(xué)生個(gè)體的學(xué)習(xí)進(jìn)度，將傳統(tǒng)課堂教學(xué)過(guò)程中相對(duì)獨(dú)立的課前、課中和課后環(huán)節(jié)有效整合為“課前預(yù)學(xué)，難點(diǎn)診斷”“課中交互，精準(zhǔn)解惑”和“課后延伸，定向答疑”的鏈?zhǔn)綄W(xué)習(xí)場(chǎng)景，構(gòu)建時(shí)時(shí)處處皆可學(xué)習(xí)的智慧學(xué)習(xí)生態(tài)。同時(shí)考慮學(xué)生個(gè)體的興趣偏好和長(zhǎng)遠(yuǎn)職業(yè)規(guī)劃，使學(xué)生在專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中兼顧自己感興趣的領(lǐng)域，確保學(xué)生的全面發(fā)展。例如，對(duì)于那些立志于未來(lái)在地震預(yù)測(cè)領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)的學(xué)生，智慧學(xué)習(xí)管理平臺(tái)能夠精準(zhǔn)推薦相應(yīng)的高級(jí)數(shù)據(jù)分析課程，這些課程涵蓋了從地震數(shù)據(jù)分析到預(yù)測(cè)模型構(gòu)建的全方位技能。智慧式教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)熱情，更能夠讓學(xué)生有機(jī)會(huì)將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題解決中，增強(qiáng)他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。

（三）專(zhuān)業(yè)知識(shí)與綜合素養(yǎng)的全面發(fā)展

“五育并舉”教育理念倡導(dǎo)學(xué)生在德育、智育、體育、美育、勞育各方面都得到均衡發(fā)展，是新時(shí)代地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)，而智能技術(shù)的應(yīng)用為這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的支持。本研究基于智慧課堂管理平臺(tái)，融合線(xiàn)上與線(xiàn)下、集體與個(gè)別等方式，形成自由、開(kāi)放的教學(xué)方式。在課堂教學(xué)過(guò)程中，設(shè)計(jì)數(shù)字化積分激勵(lì)措施促進(jìn)德育的養(yǎng)成，幫助學(xué)生更好地理解道德和社會(huì)價(jià)值觀，增強(qiáng)他們的社會(huì)責(zé)任感和公民意識(shí)；設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)技能虛擬學(xué)習(xí)平臺(tái)促進(jìn)智育的養(yǎng)成，讓學(xué)生不再受環(huán)境場(chǎng)地的限制，擁有了更多了解智能地球物理勘探的機(jī)會(huì)；設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和評(píng)估管理系統(tǒng)促進(jìn)體育的養(yǎng)成，幫助學(xué)生更好地了解自己的身體狀況和運(yùn)動(dòng)能力，給學(xué)生個(gè)體提供個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)建議和反饋；設(shè)計(jì)地球科學(xué)視頻庫(kù)促進(jìn)美育的養(yǎng)成，幫助學(xué)生了解固體地球系統(tǒng)演化過(guò)程，同時(shí)學(xué)生還能實(shí)時(shí)上傳自己的視頻作品，相互啟發(fā)，提高自身的欣賞水平；設(shè)計(jì)地球物理儀器維護(hù)使用制度促進(jìn)勞育的養(yǎng)成，幫助學(xué)生提高動(dòng)手實(shí)踐能力，領(lǐng)悟“勞育”的真諦。這種智能技術(shù)支持下的“五育并舉”教學(xué)模式貫穿地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的全過(guò)程，在豐富學(xué)生知識(shí)層面的同時(shí)，又能夠起到以智固本，提智育人的教學(xué)目標(biāo)。

二、虛實(shí)結(jié)合下的“雙環(huán)協(xié)同”教學(xué)相融提升師生體驗(yàn)感

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）的交叉應(yīng)用

在地球物理學(xué)這一高度技術(shù)密集型的學(xué)科中，傳統(tǒng)的教學(xué)手段往往難以將復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象和抽象的物理過(guò)程形象化。虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)的應(yīng)用，為突破這一教學(xué)瓶頸提供了創(chuàng)新的解決方案。通過(guò)VR技術(shù)，我們可以構(gòu)建出全景式的虛擬地質(zhì)環(huán)境，讓學(xué)生仿佛置身于真實(shí)的地質(zhì)考察現(xiàn)場(chǎng)，安全地進(jìn)行虛擬實(shí)地考察。學(xué)生不僅能夠細(xì)致觀察巖石的紋理、斷層的形態(tài)，還能體驗(yàn)地震發(fā)生時(shí)的震撼場(chǎng)景，這種沉浸式體驗(yàn)極大地提升了學(xué)習(xí)的互動(dòng)性和趣味性。此外，AR技術(shù)的應(yīng)用使得學(xué)生能夠在現(xiàn)實(shí)世界的背景下，疊加虛擬的地質(zhì)數(shù)據(jù)和模型，進(jìn)行更為直觀的學(xué)習(xí)和分析。這種技術(shù)的應(yīng)用不僅增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐技能，更重要的是，它激發(fā)了學(xué)生對(duì)地球物理學(xué)深層次探索的渴望，培養(yǎng)了他們的探索精神和創(chuàng)新能力。通過(guò)這種高度仿真的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)生能夠在享受學(xué)習(xí)樂(lè)趣的同時(shí)，深入理解地球物理學(xué)的復(fù)雜概念，為未來(lái)的學(xué)術(shù)研究或職業(yè)生涯打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）物理模擬與數(shù)值模擬的仿真實(shí)踐

通過(guò)實(shí)施物理模擬及數(shù)值模擬，地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)教師團(tuán)隊(duì)能夠?yàn)閷W(xué)生提供一個(gè)沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境。這些仿真實(shí)踐不僅能夠模擬自然界的現(xiàn)象，還能讓學(xué)生在操作過(guò)程中，通過(guò)交互式學(xué)習(xí)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解。更重要的是，這種實(shí)踐操作能夠有效提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和實(shí)踐技能，從而在知識(shí)與能力之間形成良性互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)教育的全面發(fā)展。在設(shè)計(jì)仿真實(shí)踐項(xiàng)目時(shí)，為確保實(shí)現(xiàn)其教育價(jià)值，本課題充分考慮仿真訓(xùn)練與教學(xué)大綱和學(xué)習(xí)目標(biāo)緊密結(jié)合，確保模擬活動(dòng)能夠支持和加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，并提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，仿真實(shí)踐項(xiàng)目提供了高度交互式的學(xué)習(xí)環(huán)境，并盡可能準(zhǔn)確地模擬現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜過(guò)程，如地震波的傳播或地殼運(yùn)動(dòng)，以便學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中獲得與實(shí)際操作相似的體驗(yàn)。

三、多元體系下的“四級(jí)聯(lián)動(dòng)”模式打造特色型專(zhuān)業(yè)品牌

（一）多元互通，“雙環(huán)協(xié)同”，跨學(xué)科設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)課程體系

本課題通過(guò)確立清晰的教育目標(biāo)，確保每個(gè)學(xué)科的貢獻(xiàn)都與這些目標(biāo)對(duì)齊，以實(shí)現(xiàn)“五育并舉”的教育愿景。選擇能夠自然融合多個(gè)學(xué)科的主題，如“環(huán)境保護(hù)”可能涉及科學(xué)、社會(huì)學(xué)、藝術(shù)和文學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。鼓勵(lì)不同學(xué)科的教師共同規(guī)劃和實(shí)施課程，通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作實(shí)現(xiàn)資源和視角的整合。以學(xué)生的需求和興趣為中心，設(shè)計(jì)能夠激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與和探索的學(xué)習(xí)活動(dòng)。運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘和自然語(yǔ)言處理技術(shù)，整合不同學(xué)科的資源，為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。建立包含形成性和總結(jié)性評(píng)價(jià)的機(jī)制，確保學(xué)生能夠及時(shí)獲得反饋，調(diào)整學(xué)習(xí)策略。

（二）“四級(jí)聯(lián)動(dòng)”，思政引領(lǐng)，多維度評(píng)估教學(xué)育人目標(biāo)

在融合“五育并舉、雙環(huán)協(xié)同”的主題下，智能技術(shù)的應(yīng)用不僅限于單一學(xué)科的教學(xué)輔助，更在于構(gòu)建一個(gè)社會(huì)、學(xué)校、學(xué)院、系部等“四級(jí)聯(lián)動(dòng)”的全面評(píng)估和反饋機(jī)制，以促進(jìn)學(xué)生在德育、智育、體育、美育、勞育各方面都得到均衡發(fā)展。通過(guò)“四級(jí)聯(lián)動(dòng)”評(píng)估反饋機(jī)制，教師能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，這不僅包括知識(shí)的掌握程度，還涵蓋學(xué)生的情感態(tài)度、學(xué)習(xí)習(xí)慣和創(chuàng)新能力等多維度表現(xiàn)。這樣的系統(tǒng)能夠及時(shí)捕捉學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，為教師提供數(shù)據(jù)支持，從而更精準(zhǔn)地調(diào)整教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。同時(shí)，學(xué)生的反饋也通過(guò)智能系統(tǒng)得到有效收集與分析，這些反饋不僅涉及學(xué)習(xí)內(nèi)容的難易程度，還包括教學(xué)方法的適宜性、學(xué)習(xí)環(huán)境的舒適度等，為課程內(nèi)容和教學(xué)方法的改進(jìn)提供依據(jù)。這種基于數(shù)據(jù)的雙向互動(dòng)，不僅提升了教學(xué)的針對(duì)性和有效性，也促進(jìn)了學(xué)生的主動(dòng)參與和自我反思，是實(shí)現(xiàn)“五育并舉、雙環(huán)協(xié)同”教育目標(biāo)的重要手段。

（三）“五育并舉”，特色鮮明，全方位打造智慧課程品牌

本研究所涉及的智能技術(shù)還能幫助地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教學(xué)過(guò)程中更好地實(shí)現(xiàn)德育、智育、體育、美育和勞育的有機(jī)融合。例如，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)，學(xué)生可以在模擬環(huán)境中體驗(yàn)勞動(dòng)教育；通過(guò)數(shù)據(jù)分析工具，教師可以評(píng)估學(xué)生在體育活動(dòng)中的表現(xiàn)，從而有針對(duì)性地指導(dǎo)學(xué)生提高身體素質(zhì)。在美育方面，智能工具可以輔助學(xué)生創(chuàng)作藝術(shù)作品，并提供個(gè)性化的創(chuàng)作建議。

綜上所述，智能技術(shù)在地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用，不僅改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，更為實(shí)現(xiàn)“五育并舉、雙環(huán)協(xié)同”的教育目標(biāo)提供了強(qiáng)有力的支持（見(jiàn)下圖）。通過(guò)構(gòu)建持續(xù)評(píng)估和反饋機(jī)制，智能技術(shù)使教育更加個(gè)性化、精準(zhǔn)化，有助于培養(yǎng)全面發(fā)展的人才，全方位打造地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)智慧課程品牌。

結(jié)語(yǔ)

隨著智能技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)與教育的深度融合不僅是國(guó)家新技術(shù)、新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要，也是高校地球科學(xué)教育改革發(fā)展的重要途徑。本研究所設(shè)計(jì)的智能技術(shù)支持下地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)多元的育人模式將最新的智能技術(shù)融入地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)教學(xué)活動(dòng)與人才培養(yǎng)全過(guò)程，更加注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，能夠?yàn)槠渌咝５厍蛭锢韺W(xué)專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)提供理論借鑒和參考，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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基金項(xiàng)目：2024年度東華理工大學(xué)校級(jí)教育科學(xué)規(guī)劃課題“智能技術(shù)支持下地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)‘五育并舉、雙環(huán)協(xié)同’育人模式構(gòu)建與實(shí)踐”（24XYB07）；2024年度東華理工大學(xué)實(shí)踐教學(xué)類(lèi)建設(shè)項(xiàng)目“地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)地學(xué)大數(shù)據(jù)及人工智能綜合教學(xué)實(shí)踐基地”（HDJD202402）；2022年度東華理工大學(xué)校級(jí)教學(xué)改革研究課題“以算法思維和實(shí)踐能力提高為目標(biāo)的《計(jì)算方法》課程教學(xué)方法研究”（DHJG2219）；2023年度江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究省級(jí)課題“面向地球物理勘探類(lèi)課程的‘對(duì)分課堂+PBL’教學(xué)模式的實(shí)現(xiàn)途徑研究”（JXJG23618）

作者簡(jiǎn)介：趙斐宇（1988— ），男，漢族，甘肅武威人，博士研究生，講師，主要從事地球物理學(xué)專(zhuān)業(yè)方向的教學(xué)與研究。