教育教學(xué)中創(chuàng)新思維的旅游地質(zhì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用實(shí)踐

摘要：本科生課程的適應(yīng)性、新工科背景下的交叉融合性和專業(yè)傳導(dǎo)性等特點(diǎn)，結(jié)合社會(huì)發(fā)展實(shí)際進(jìn)行分析。科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，大學(xué)生教學(xué)的改革創(chuàng)新需要不斷改革和實(shí)踐。強(qiáng)化學(xué)習(xí)本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)人與自然資源利用的和諧發(fā)展，通過創(chuàng)新思維的應(yīng)用，培養(yǎng)出更多具備創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的旅游地質(zhì)人才，創(chuàng)建文明旅游城市。探討關(guān)于教學(xué)師生之間互相提問的重要性，指出在教學(xué)中應(yīng)注重培養(yǎng)和提高的學(xué)生的感悟能力，增進(jìn)師生之間的學(xué)術(shù)知識(shí)與情感交流，提出相關(guān)教學(xué)科研中關(guān)于創(chuàng)新思維培養(yǎng)的重要性及主要措施。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新思維；思政元素；虛擬仿真；旅游地質(zhì)；水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)

中圖分類號(hào)：G4"""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""""" doi：10.19311/j.cnki.16723198.2025.22.071

1 概述

當(dāng)今，一個(gè)國家的創(chuàng)新能力及人工智能技術(shù)飛速發(fā)展，已經(jīng)成為核心競(jìng)爭(zhēng)力，傳統(tǒng)的教學(xué)方式往往難以激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)造力。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，將創(chuàng)新思維融入新時(shí)代教學(xué)已成為必然趨勢(shì)[12]。同時(shí)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)途徑方法也影響到學(xué)生思維能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。隨著人類活動(dòng)范圍的擴(kuò)大、活動(dòng)工具的科技化、知識(shí)體系的交叉協(xié)同化，理性行動(dòng)者的公共空間和保障國家安全的戰(zhàn)略支撐等諸多學(xué)科專業(yè)，在人類需要檢視現(xiàn)代的技術(shù)理性同時(shí)，也面臨著一定的挑戰(zhàn)。人類需要檢視現(xiàn)代的技術(shù)理性，以理性行動(dòng)者的公共空間，保障國家安全的戰(zhàn)略支撐。如各種各樣環(huán)境正負(fù)作用和現(xiàn)象的廣泛分布，有必要提出保護(hù)人類的生產(chǎn)生活以及快速預(yù)測(cè)的必要性[34]。

由于地質(zhì)條件脆弱，地質(zhì)災(zāi)害受地表及氣候氣象作用干擾程度較大，因此水文地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)因子也就非常復(fù)雜。掌握其產(chǎn)生的基本規(guī)律，便于找出應(yīng)采取的預(yù)防方法。需要從開放性的角度看待當(dāng)前水文地質(zhì)災(zāi)害事件、水質(zhì)污染所面臨的問題，防治污染場(chǎng)地及污染源連鎖性發(fā)生，而有時(shí)甚至是災(zāi)難性地出現(xiàn)，這也是各個(gè)學(xué)科專業(yè)中最復(fù)雜的一部分，制定控制水文地質(zhì)作用和合理利用地下水環(huán)境的科學(xué)方法。為城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉及工業(yè)用水等提供地下水資源。從知識(shí)灌輸轉(zhuǎn)向能力培養(yǎng)，不再局限于傳授知識(shí)，更注重培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、解決問題能力和創(chuàng)新意識(shí)[57]。

2 教師與學(xué)生需要?jiǎng)?chuàng)新思維

2.1 跨學(xué)科融合

將水文地質(zhì)學(xué)、旅游地質(zhì)學(xué)與其他學(xué)科（如環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)、信息技術(shù)等）結(jié)合，拓寬學(xué)生的視野，培養(yǎng)復(fù)合型人才。教學(xué)和科研一樣都是需要有創(chuàng)新性的內(nèi)容的活動(dòng)，一旦失去了去創(chuàng)新性，就很難進(jìn)一步發(fā)展提升，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)流于考試前死記硬背模式，學(xué)生最終僅僅為了獲取學(xué)分而已。在教學(xué)過程中，教師和學(xué)生成了相互獨(dú)立的個(gè)體，浪費(fèi)教學(xué)資源，師生之間缺乏技術(shù)知識(shí)交流。一些教學(xué)內(nèi)容已不能滿足學(xué)生求知的需要，傳統(tǒng)的教學(xué)模式影響到學(xué)生思維能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，有必要對(duì)課程的建設(shè)與教學(xué)改革進(jìn)行探索。

為了改變消極狀態(tài)，隨著現(xiàn)代信息化的發(fā)展，需要在教學(xué)活動(dòng)中引入實(shí)際地下水污染問題，通過真實(shí)案例教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生分析復(fù)雜的水文地質(zhì)問題，并提出解決方案。鼓勵(lì)本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)價(jià)值塑造和能力培養(yǎng)。有新內(nèi)容、新形式，教師教的有技巧，學(xué)生學(xué)得有激情，將學(xué)會(huì)教學(xué)與學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)結(jié)合起來，努力提升教學(xué)實(shí)踐合理性。學(xué)生參加實(shí)踐野外實(shí)習(xí)教學(xué)[8]，如安徽巢北鳳凰山地區(qū)地質(zhì)實(shí)習(xí)及水文地質(zhì)測(cè)繪生產(chǎn)實(shí)習(xí)，重視水文地質(zhì)專業(yè)課程的教學(xué)，提升學(xué)生的整體素質(zhì)。根據(jù)世界各國都重視環(huán)境水文地質(zhì)的研究，添加有關(guān)問題的內(nèi)容，提高地下水資源可持續(xù)利用效率。

2.2 以學(xué)生為中心

強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動(dòng)參與先進(jìn)科學(xué)技術(shù)探究，在科學(xué)幫助下，現(xiàn)代技術(shù)成了一種控制方法，不僅被運(yùn)用于生產(chǎn)領(lǐng)域，而且廣泛運(yùn)用于政治、經(jīng)濟(jì)、商業(yè)等以效率為準(zhǔn)則的領(lǐng)域。鼓勵(lì)學(xué)生分析問題和解決問題。如通過水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生增加對(duì)地下水賦存、運(yùn)移特征的感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)達(dá)西滲透定律、毛細(xì)運(yùn)動(dòng)等基本理論的理解。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展，已將地下水運(yùn)動(dòng)數(shù)值計(jì)算獨(dú)立成水文地質(zhì)數(shù)值法一門課程。在學(xué)習(xí)地下水含水系統(tǒng)與流動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，重點(diǎn)是地下水含水系統(tǒng)的特性及其控制因素和控制作用。根據(jù)人類開發(fā)利用地下水資源的實(shí)踐過程中出現(xiàn)的問題及對(duì)地下水資源認(rèn)識(shí)的不斷深化，引出介紹地下水流動(dòng)系統(tǒng)概念的產(chǎn)生過程。

2.3 虛擬仿真技術(shù)

當(dāng)今科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，利用虛擬仿真、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，模擬水文地質(zhì)及水質(zhì)污染過程，通過虛擬仿真模型提出保護(hù)地下水資源措施，增強(qiáng)學(xué)生的直觀理解。教師成為學(xué)者型教師，學(xué)生成為會(huì)學(xué)習(xí)型學(xué)生[9]。教師和學(xué)生雙方在教學(xué)科研活動(dòng)中進(jìn)行有虛擬仿真的教授與學(xué)習(xí)，技術(shù)研究的理論家都意識(shí)到了技術(shù)可以多種形式進(jìn)行解釋和適用，研究方法具有多元性，從而有效服務(wù)于學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)及未來工作就業(yè)。把書本教材的講授內(nèi)容做成教學(xué)課件，上課講授過程中穿插一些視頻短片，應(yīng)用于課堂教學(xué)，學(xué)生將書本所學(xué)的知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，有利于提高綜合能力。如水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)課程適時(shí)播放5分鐘動(dòng)畫片，強(qiáng)化教學(xué)效果與學(xué)生主動(dòng)抬頭率，學(xué)生思考保護(hù)地下水資源措施。優(yōu)質(zhì)在線教育平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)資源共享，促進(jìn)教育公平。

3 教學(xué)中創(chuàng)新思維的鍛煉

在課堂上，師生的交流集中體現(xiàn)為3個(gè)方面：（1）教師的知識(shí)傳授與學(xué)生的信息吸收；（2）教師提問與學(xué)生回答；（3）學(xué)生質(zhì)疑與教師釋疑。在當(dāng)前的教學(xué)中，亦包含了這3方面的內(nèi)容，尤其是前兩個(gè)方面。通過課堂上講授，把水文地質(zhì)學(xué)與旅游地質(zhì)知識(shí)的課程信息、知識(shí)經(jīng)驗(yàn)傳遞給學(xué)生，同時(shí)通過提問檢驗(yàn)和鞏固學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶。

3.1 教問生答

教師提問，學(xué)生回答。教師的課堂提問可以表現(xiàn)為兩個(gè)方面，其一是通過提問回答檢驗(yàn)和鞏固學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解；其二是啟發(fā)交流式問答，開啟學(xué)生分析理解問題的思路。涉及大量的旅游地質(zhì)自然景觀及人為景觀、地質(zhì)遺跡和地質(zhì)災(zāi)害，這些內(nèi)容本身就蘊(yùn)含著豐富的思政元素。如地質(zhì)景觀的形成過程可以體現(xiàn)自然界的偉大力量，地質(zhì)遺跡的保護(hù)可以體現(xiàn)現(xiàn)代人類的責(zé)任感，地質(zhì)災(zāi)害的防治可以體現(xiàn)科學(xué)的力量。

3.2 生問師答

為了適應(yīng)新時(shí)代智能交通系統(tǒng)對(duì)高素質(zhì)科技創(chuàng)新人才的需求，學(xué)生由疑而問，教師釋疑解惑。學(xué)生通過積極的思考提出有價(jià)值的問題，教師通過回答問題進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行啟發(fā)，形成良性的問答模式。通過案例實(shí)踐教學(xué)，可以組織學(xué)生實(shí)地考察，親身體驗(yàn)地質(zhì)景觀的魅力，增強(qiáng)他們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)；結(jié)合具體的地質(zhì)景觀或地質(zhì)遺跡，講解其科學(xué)價(jià)值和保護(hù)意義，強(qiáng)大學(xué)生愛情精神。

師生互動(dòng)有效提升教學(xué)效果。通過小組討論、角色扮演、辯論賽等形式，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)思考和參與熱情。師生進(jìn)行積極交流的表現(xiàn)形式，雙方心靈敞亮、相互走近。課堂問答天然地具有溝通與交流的教學(xué)意蘊(yùn)，同時(shí)通過信息互換、情感互惠而使雙方智慧增長。提升教學(xué)和研究效率，推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量的全面提升。如可以組織學(xué)生就“旅游地質(zhì)資源的調(diào)查、開發(fā)與保護(hù)平衡”等話題進(jìn)行分組辯論，引導(dǎo)他們深入思考專業(yè)問題背后的價(jià)值取向。

3.3 游戲化學(xué)習(xí)

選課學(xué)生來自不同的學(xué)院和專業(yè)，年級(jí)從大一到大四不等。將游戲元素融入教學(xué)，如開發(fā)水文地質(zhì)及旅游地質(zhì)主題的游戲，提升學(xué)習(xí)的趣味性和參與度。利用游戲向?qū)W生傳遞特定知識(shí)和信息。將互動(dòng)元素引入到溝通環(huán)節(jié)中，讓學(xué)習(xí)者輕松，有利于培養(yǎng)學(xué)生的多元智力素質(zhì)。在完成教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，教師與學(xué)生之間也通過問題增進(jìn)了情感溝通，這也使得師生之間的提問會(huì)表現(xiàn)為無疑而問和有疑而問兩種形式。無疑而問更多地表現(xiàn)為通過提問而獲取溝通交流，獲得交流的時(shí)機(jī)和空間；有疑而問則表現(xiàn)為對(duì)知識(shí)理解與探尋的需要，通過提問來尋求解答疑難問題的方式方法。運(yùn)用形式多樣的教學(xué)模式與教學(xué)方法，不斷加強(qiáng)多媒體教學(xué)的比重。會(huì)使枯燥的學(xué)習(xí)過程更加生動(dòng)、形象，便于吸引學(xué)生的注意力，有助于學(xué)生對(duì)講授內(nèi)容的理解和掌握，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

師生之間的課堂交流除了語言之外，還可通過神情、目光、體態(tài)、動(dòng)作、環(huán)境和空間等來體現(xiàn)。教師提問時(shí)的神情直接影響學(xué)生的應(yīng)答反應(yīng)與態(tài)度、知識(shí)掌握方面。課上當(dāng)學(xué)生提出問題時(shí)，教師自然地向提出問題的學(xué)生前傾，表明教師對(duì)學(xué)生的問題有興趣值得探討。通過課堂交流還能發(fā)現(xiàn)新的問題，進(jìn)一步激發(fā)教師的責(zé)任感和學(xué)生的求知欲，教師在教學(xué)不斷提高、學(xué)生創(chuàng)新能力全面提高的過程中，逐步將自己的教學(xué)實(shí)踐高度提升。應(yīng)對(duì)復(fù)雜教育情境的實(shí)際能力，形成深刻的教育理解力和反思能力。

課堂交流的目的是使學(xué)生更好地領(lǐng)悟水文地質(zhì)學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，拓展知識(shí)體系，合理地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決水文地質(zhì)普查、勘察與勘探問題。而影響學(xué)生解決實(shí)際問題的主要因素包括：（1）問題表征方式，即學(xué)生對(duì)問題的理解方式和理解程度；（2）情緒狀態(tài)，積極地思考和學(xué)習(xí)態(tài)度有利于對(duì)問題的深入思考；（3）動(dòng)力強(qiáng)度，適度的動(dòng)機(jī)強(qiáng)度有利于問題的解決；（4）思維定勢(shì)，慣性的思考問題方式對(duì)問題的解答有著重要的影響。因此，通過課堂交流，提高學(xué)生對(duì)問題的表征能力，合理地確定問題的表現(xiàn)形式、問題的范圍、相互關(guān)系及約束條件，以積極主動(dòng)地在較為愉快的心態(tài)下思考和學(xué)習(xí)，同時(shí)也有利于突破慣性思維的影響。

4 實(shí)踐教學(xué)的強(qiáng)化

4.1 加強(qiáng)野外實(shí)習(xí)

增加野外實(shí)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生在實(shí)踐中鞏固知識(shí)，提升技能。建立校企合作平臺(tái)，與相關(guān)企業(yè)合作，為學(xué)生提供就業(yè)機(jī)會(huì)，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。如安徽巢北鳳凰山地質(zhì)測(cè)繪實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，利用課堂學(xué)習(xí)的基本知識(shí)解決野外復(fù)雜地質(zhì)及水文地質(zhì)測(cè)繪問題。對(duì)提升人才的綜合素質(zhì)實(shí)踐能力與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神有重要意義。通過組織學(xué)生進(jìn)行地質(zhì)考察、資源調(diào)查等實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)地質(zhì)遺跡的魅力，感受自然與人文的和諧統(tǒng)一。在實(shí)踐中，可以設(shè)計(jì)一些具有思政教育意義的任務(wù)，調(diào)查當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)地質(zhì)公園建設(shè)的看法、評(píng)估旅游開發(fā)對(duì)環(huán)境的影響等。

4.2 鼓勵(lì)科研創(chuàng)新

支持大學(xué)生參與科研項(xiàng)目，培養(yǎng)個(gè)性化學(xué)習(xí)和精準(zhǔn)訓(xùn)練。實(shí)現(xiàn)教學(xué)向科研成果的轉(zhuǎn)換，讓學(xué)生學(xué)習(xí)有抓手、有場(chǎng)景、有目標(biāo)及資源。同時(shí)，教師結(jié)合課題讓大學(xué)生參加科研創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃，利用課余時(shí)間進(jìn)行復(fù)雜任務(wù)探索，為畢業(yè)工作方向打下基礎(chǔ)，形成更好的思想碰撞，對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力具有重要作用。教師在完成教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，積極參與科學(xué)研究項(xiàng)目。一方面通過深入的調(diào)查研究和閱讀大量文獻(xiàn)資料，了解本學(xué)科最新研究動(dòng)態(tài)，更新知識(shí)，擴(kuò)大知識(shí)面；另一方面在教學(xué)內(nèi)容中不斷更新和補(bǔ)充先進(jìn)的學(xué)科科研成果，為深化教學(xué)改革打下基礎(chǔ)。具體科研實(shí)驗(yàn)時(shí)間依據(jù)內(nèi)容而定，如環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)的水質(zhì)彌散實(shí)驗(yàn)，地下水同位素實(shí)驗(yàn)等，學(xué)生了解并掌握最新實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

4.3 人工智能的應(yīng)用

利用現(xiàn)代技術(shù)開發(fā)智能教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)科研能力和創(chuàng)新精神。人類過度開采地下水或過度補(bǔ)充地下水資源量所引起環(huán)境的劇變已危及人類的健康和生存，其中區(qū)域地下水位下降為重中之重。涉及大量的地質(zhì)景觀、地質(zhì)遺跡和地質(zhì)災(zāi)害，旅游地質(zhì)自然資源及人為資源破壞現(xiàn)象嚴(yán)重，這些內(nèi)容本身就蘊(yùn)含著豐富的思政元素。

4.4 大數(shù)據(jù)分析

通過分析學(xué)生的平時(shí)作業(yè)和期末考試學(xué)習(xí)成績數(shù)據(jù)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和方式。案例教學(xué)法是旅游地質(zhì)課程的有效方法之一。通過精心選擇具有思政教育價(jià)值的案例，如世界級(jí)國家地質(zhì)公園建設(shè)成就、地質(zhì)災(zāi)害防治成功案例等，通過融入思政教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生課程認(rèn)同感，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，將專業(yè)知識(shí)與思政元素有機(jī)結(jié)合。在案例分析過程中，引導(dǎo)學(xué)生思考專業(yè)問題背后的價(jià)值取向和社會(huì)責(zé)任，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)相統(tǒng)一。如在講解地質(zhì)災(zāi)害防治時(shí)，可以引入汶川地震后地質(zhì)工作者的救援事跡，既傳授專業(yè)知識(shí)，又培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)使命感和社會(huì)責(zé)任感。

5 結(jié)束語

科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，各個(gè)學(xué)科專業(yè)與時(shí)俱進(jìn)，學(xué)生教學(xué)的改革創(chuàng)新需要不斷探索和實(shí)踐。強(qiáng)化學(xué)習(xí)本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)人與資源利用的和諧發(fā)展。通過創(chuàng)新思維的應(yīng)用，可以培養(yǎng)出更多具備創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的地質(zhì)及水文地質(zhì)人才，創(chuàng)建文明旅游地質(zhì)城市。思政元素有機(jī)融入課程教學(xué)，不僅能夠提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，還能培養(yǎng)其愛國情懷、生態(tài)意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。未來，需要進(jìn)一步探索虛擬仿真創(chuàng)新課程的實(shí)踐路徑，不斷完善課程體系和教學(xué)方法，為旅游地質(zhì)資源及水資源管理保護(hù)作出貢獻(xiàn)。

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