国际化大地学综合野外实习课程建设与实践.pdf

65中国大学教学 2023年第8期进入 21 世纪以来，地质学的发展已经进入地球系统科学时代，地质学人才培养的目标和任务发生了重大改变。在地球系统科学时代，新型地质学人才需具有全球化视野，具备解决全球性基础科学问题的能力，能够应对人类可持续发展面临的能源危机、资源短缺、气候环境恶化等复杂挑战。南京大学“三三制”本科人才培养模式的提出和实践，为解决传统“三基”教学模式（即注重对学生基础知识、基本原理和基本技能的培养）所遇到的问题发挥了很好的作用，“大类专业多元”三阶段和“学术就业复合”三条路径的培养过程，有效拓宽了学生的知识面，也为学生个性化成长创造了机会1-3。然而，随着信息技术的迅猛发展和经济社会的快速进步，地球系统科学的发展已步入快车道，国家对地质学人才的培养也提出了更高的标准和要求。以专业为特色的地质学教育仍无法适应这种新形势，难以满足新时代地质学人才的新需求4-6，因而亟须在培养学生全球化视野和解决实际问题的综合能力方面加大改革力度。南京大学自 2006 年起，以培养具备全球性视野，能够解决综合性复杂地球系统科学问题的未来领军人才为宗旨，以大地学联合野外教学实习为抓手，开启了新型地质学拔尖创新人才培养体系的探索与实践，先后与法国奥尔良大学、俄罗斯伊尔库茨克大学、美国戴顿大学等开展长期稳定合作，建设了多个境内外国际化联合实习基地。本文在分析传统地质学野外教学在地球系统科学时代所面临挑战的基础上，明确了国际化大地学联合野外教学的目标，并以中法阿尔卑斯和中美新西兰大地学联合实习为例，介绍了基于地球系统科学理念的大地学联合实习的内容设计和教学实践，旨在与国内地质教育同行交流，共同探究地球系统科学时代新型地质学拔尖人才培养的模式。一、传统地质学野外实习面临的问题和挑战1学生视野不开阔，思维不完整传统的地质学野外实习，其教学素材通常受限于特定的区域地质资源，内容和教学目的总体上围绕区域性地质问题而设计，缺乏跨越时空界限的全球性对比，对具有全球普遍性的经国际化大地学综合野外实习课程建设与实践王 博 胡文瑄 舒良树摘 要：进入 21 世纪以来，随着地球系统科学的迅速发展，新时代地质学人才培养需尽快适应地球系统科学的学术前沿和满足经济社会发展的重大需求，开展针对性的课程优化和教学模式改革。本文基于地球系统科学理念，以地质学人才培养中关键的野外教学为视角，分析了传统地质学野外教学存在的问题和面临的挑战，提出了国际化大地学综合野外实习的教学目标，以南京大学中法阿尔卑斯和中美新西兰联合野外教学实习为例，介绍了国际化大地学综合野外实习的内容设计和教学方式，旨在探索和实践地球系统科学时代新型地质学拔尖人才培养的新模式。关键词：地球系统科学；大地学综合野外实习；国际化实习基地；课程建设王 博，南京大学地球科学与工程学院教授。11王博.indd 6511王博.indd 652023/8/25 13:122023/8/25 13:1266典地质问题、地球内外圈层相互作用的系统科学问题，以及不同时间和空间尺度地质过程的演变性地质现象涉猎不够，导致学生的学术视野不够开阔，对全球变化、生物多样性演变、地球动力系统演化过程的时空差异性等基础科学问题，缺乏全局性和完整性思维的训练，难以适应地球系统科学背景下的地质学发展和社会需要7。研究型和综合性大学培养的地质学本科生，要符合国家对新时代地质学人才的更高标准，成长为领军型拔尖人才1,8，就必然需要打开其全球化和前瞻性学术视野，培养其主动思考全球性基本科学问题的思维习惯，使其能够始终站在地质学发展的学术前沿，面向地球系统科学的未来发展方向，这是当前地质学实践教学所面临的难题和重点改革方向。2知识应用能力不足，问题意识不强以往的地质学专业教育以培养专业技术型人才为目标，野外实践通常采用灌输式教学，注重知识的单向传授，立足于学生认识典型的地质现象，掌握野外工作技能和工作方法，但在熟练运用专业知识解决实际问题方面，缺乏科学的逻辑思维，这一问题至今没能得到完全解决9-10。一方面，这不利于学生确立明确的学习目的和自己未来的发展方向，大大影响了自主学习的积极性，也限制了学生分析复杂问题并运用专业知识解决问题的综合能力；另一方面，学生对专业知识“知其然不知其所以然”，不了解知识的形成过程和来源，不善于在野外实践中捕捉和发现新问题，缺乏提出新问题的意识和创造新知识的动力。新时代的地球科学面临许多重大挑战，诸如能源危机、战略矿产资源的安全供应、地质灾害和环境恶化等问题，都需要以问题为导向，培养具有发现问题和解决问题能力的创新性人才，应对人类可持续发展所面临的复杂地学问题和重大挑战。二、国际化大地学综合野外实习的目标地质学是一门实践性非常强的基础学科，很多经典的地学理论和基本概念都产生于人们对野外地质现象的认知，野外实践教学不仅是巩固地质学专业基础知识、加深理解地质学基本原理、掌握地质学基本技能的重要途径，更是发现和解决新问题、推动学科不断发展的关键所在11-12。为了解决地球系统科学时代地质学野外教学中存在的上述问题和挑战，需要对传统的实践教学模式进行系统性的改革。开展国际化大地学综合野外实习，是南京大学基于地球系统学科理念的新型地质学拔尖人才培养模式中一项重要的创新举措，其目的是让学生在学术视野和思维习惯上突破圈层、区域和时域界限，在知识体系和专业背景方面实现大地学专业的深度融合，引导学生认识经典问题、把握前沿问题、学会解决问题，培养学生的科学素养和学术交流能力，从而全面提升学生的综合素质。1形成开阔的全球性视野和牢固的整体性思维全球性视野本身就是地球系统科学的基本特征，特别是当前面临的全球变化、生物多样性、板块构造驱动力等前沿性问题，都需要从跨区域、跨国界、跨圈层的全球性视野和整体性思维去认识、去解决。当今科学发展早已进入全球化时代，特别是信息化、数字化等现代技术（如大数据和数字地球等）的发展，正在改变传统的思维和研究范式，从整体性认识地球成为未来的趋势。因此，建立全球性视野和整体性思维既是地球系统科学发展的需要，也是新时代高素质地质学人才的基本素养，是培养地质学未来领军人才的必然要求。2构筑宽广的大地学知识体系和扎实的通识背景大地学充分融合的通识教育是建立地球系统科学知识框架的前提条件。一方面，在知识结构上，除扎实的数理化基础学科知识外，还需包括跨越岩石圈、水圈、生物圈、大气圈和深空领域的多学科专业知识，将这些知识融会贯11王博.indd 6611王博.indd 662023/8/25 13:122023/8/25 13:1267通，是新型地质学人才应具备的知识体系和专业背景，也是综合运用多学科专业知识解决复杂地学问题能力的基本要求。另一方面，在教学内容和素材上，能够在全球经典综合性案例的深度剖析中，深刻理解地球不同圈层相互作用及其在不同时空尺度的表现形式，加深理解大地学不同专业之间的有机联系，达到多学科知识的深度融合与综合运用的目的，这是成为面向未来，培养具备解决复杂性全球问题能力的高水平复合型人才的必由之路。3树立敏锐的问题观和持续的创新意识知识总是在解决客观实际问题过程中形成和积累起来的，对问题的发现即是创造新知识的开始，因此对专业知识和基本原理的来龙去脉和认知演变过程的介绍和启迪，是“授人以渔”的主要方式。以全球经典地质问题的提出、认识和解决为引导，以解决人类当前和未来所面临的全球性、前沿性地学问题为目标，以学会分析问题和解决问题的思路和方法为宗旨，将知识传授与知识创造有机地结合起来，让知识不断延伸和发展，进而形成新的知识体系，使“能够创新，善于创新”成为新型地质学拔尖人才的重要特质。4培养全面的人文素养，提高学术交流能力在进行知识传承的同时，一方面注重对学生优秀品德与高尚人格的塑造，在贴近野外大自然、追寻大师科学足迹的过程中培养学生不畏艰辛的坚韧品质和追求真理的科学精神。另一方面，通过与跨专业和国外师生的交流与配合，共同完成实习任务，提高学术交流能力，增强团队合作意识。将知识技能传授与健康人格、人文情怀和科学素养的培养密切结合，实现从学会学习到学会做人的跨越，成长为全方位发展的复合型高素质人才，落实“立德树人”根本任务。三、国际化大地学综合野外实习的内容设计为了实现上述目标，选择国际上最典型的研究地区作为实践教学基地，根据不同实习基地的特色和共性，精心设计教学内容（见表 1），达到大地学不同专业知识的深度融合、拓宽学生专业知识面、启迪系统科学思维的目的。中法（奥尔良大学）联合开展野外教学的阿尔卑斯山是板块碰撞和大陆深俯冲研究的圣地，是“推覆构造”“构造窗”“飞来峰”“前陆盆地”和“侏罗式褶皱”等基本概念提出和确立的源头，出露有超高压榴辉岩、闪光片岩、复理石、磨拉石、深海软泥和放射虫硅质岩、枕状熔岩、地幔橄榄岩等典型岩石构造单元。在西阿尔卑斯山，沿南北两条近东西向的往返考察路线，通过分析对比不同岩石构造单元的表 1 阿尔卑斯和新西兰国际化大地学综合实习内容简表学科方向中法（奥尔良大学）阿尔卑斯大陆碰撞造山教学基地中美（戴顿大学）新西兰圈层相互作用教学基地固体地球科学（地质）大陆碰撞造山与地球动力学大洋俯冲与陆陆碰撞动力学新特提斯洋板块残片（蛇绿岩）、板块碰撞地质记录（变质岩）、洋盆海沟前陆盆地沉积作用、大型推覆构造（飞来峰构 造窗）俯冲带大陆弧岩浆作用（活火山、火成岩）、弧前盆地沉积记录、弧后裂谷带构造岩浆活动、板块斜向碰撞与南阿尔卑斯断裂表生地球科学（地质地理大气 生物）地貌气候构造生态相互作用陆海气相互作用与生态环境北半球中纬度现代山岳冰川、冰川地貌、冰水沉积、冰川退缩与全球气候变化、河流侵蚀与地貌演化南半球中纬度山岳冰川、全球气候变暖与冰川后退、南阿尔卑斯山雨影效应与生态类型、西风带形成机制与气候、海岸地貌与海水侵蚀、湖泊成因经济社会与人文历史地球资源与社会发展人类活动与地质环境雪崩滑坡灾害及其危害、岩石建材与欧洲建筑、榴辉岩与古罗马车道、欧洲民风民俗及文化火山地震灾害的监测和民防工程、地热资源及其开发利用、毛利人文化与新西兰历史11王博.indd 6711王博.indd 672023/8/25 13:122023/8/25 13:1268岩性、时代和构造特征，恢复欧洲和非洲大陆碰撞前的洋陆古地理格局，重建陆陆碰撞过程中岩石变形变质历史，观察碰撞造山形成的巨型山脉地貌及其对气候、河流水系、生物分布和人类活动的影响（见表 1）。在理解这些内容的基础上，学会根据观测的地质记录，运用“将今论古”的地质思维和基本地学原理，确定地质作用的性质，学习恢复地球演化历史的方法，体会地球内部动力学过程与地表作用的相互反馈特征，并了解其内在机理，进而建立地球系统科学的知识体系和思维习惯。中美（戴顿大学）新西兰联合野外教学基地是南半球多板块和地球内外圈层之间相互作用最为活跃的区域，是理解和研究现今地球系统运行过程的天然试验场13。新西兰北岛主要以发育近代火山和活火山而闻名于世，受太平洋板块向西俯冲作用的影响，在汤加里罗世界火山地质公园形成了不同时期、各种类型的火山和大量火成岩，塑造了北岛现今的地形地貌和生态特征；火山弧的东西两侧分别发育弧前盆地和弧后盆地，形成一系列教科书般的伸展构造与沉积地质现象；弧后岩浆热液活动给新西兰带来了丰富的清洁地热能源，大量温泉还是壮丽的地质景观和旅游资源。澳大利亚板块向东的俯冲以及与太平洋板块的斜向碰撞形成了新西兰南岛的岩浆弧和南阿尔卑斯山脉，后者是南半球中纬度山岳冰川和雨影效应的主要原因，南阿尔卑斯大型活动断裂带还是地球上已知少有的转换型板块边界；受南半球西风带和海岛地形共同影响，新西兰的气候变化也具有独特性；强烈的洋流和潮汐作用造就了鬼斧神工的海岸地貌。西南太平洋区域快速的板块汇聚作用在南、北岛均产生了频繁的地震活动，特别是灾害性强震，促使新西兰在建筑和民防工程技术方面领先全球。这些内容都是极为难得的野外教学活素材，直观而印象深刻。此外，境外联合实习不仅是大地学专业融合的野外课堂，在紧张的学习之余，还能够入乡随俗，了解和亲身感受当地的风土人情和历史文化，培养包容性的人文素养，深刻领会和实践“人类命运共同体”理念，增强“四个自信”，提高科教强国的责任感和使命感，充分挖掘“课程思政”教育素材，落实“立德树人”根本任务，培养有情怀、有担当的新时代地质学高素质人才。四、国际化大地学综合野外实习的教学模式通过地质、地理、大气和生物等专业师生共同开展联合实践活动，深入了解和体会岩石圈、水圈、大气圈和生物圈之间的相互作用过程，树立牢固的地球系统科学理念。在国内与国外师生不同教学理念的相互交流、融合过程中，体验教学理念和文化传统的多样性，提高学生的全球化认知。在多个国际化实习基地，与不同国家、不同高校师生的长期稳定合作和实践过程中，形成了国际化大地学综合野外实习的“三三三”教学模式，即“三共同”“三部曲”和“三结合”。“三共同”是指：（1）由中外教师共同制订实习计划，共同选择实习路线和教学内容，共同编写野外考察指导书，共同建立实习基地。中法阿尔卑斯实习是本教学团队于 20062008年多次与法国合作者共同野外踏勘后精心选定的路线和实习内容；中美新西兰实习基地是由中方与美方教师在前期确定总体路线和内容后，在野外边实习边踏勘，经过双方多次共同实践后最终确定的。除了实习中精选的教学路线和内容以外，还有更多备用的路线和内容，每次实习会根据学生的专业背景、学习阶段和其他客观因素进行适度调整。（2）野外实习期间由中外教师共同授课，共同辅导，共同考核。根据实习基地教学内容，遴选相应专业的中外教师带队实习，在不同的野外教学点，由中外教师根据专业特长共同授课，专业互补，相互交流，相互促进。每日总结时共同点评辅导，实习结束后共同考核学生的表现和实习汇报。（3）中外学生混合编组，共同完成每天的实习任务，共同汇报实习成果。在中美新西兰实习中，将学生分为若干小组，每个小组由 2 名中国学生和 2 名美国学生组成，他们根据带队教师布11王博.indd 6811王博.indd 682023/8/25 13:122023/8/25 13:1269置的实习任务，自主完成野外观察、现场测量和记录总结，一起讨论，分工汇报。在这一过程中，学生能够实质地交流，促进相互了解，并能够取长补短，互通有无，还能建立跨国友谊，增进文化交流。“三部曲”是指从实习前的准备，到野外实习过程，再到实习后的总结三个阶段，师生都带着特定的问题，对实习区的教学内容和科学素材进行充分的调研和讨论，选择感兴趣的课题进行重点观察和研究，并根据实际情况开展采样和室内分析（见图 1）。首先，在实习前的准备阶段，带队教师组织集中授课，介绍实习总体安排和教学内容，并提出一些预设的研究主题，供学生根据兴趣选择并组成调研小组，分组时根据地球系统科学和大地学联合实习的要求，对不同专业的学生进行混合编组，确保每个选题都是多学科综合性的主题。在学生自主调研之后，通过翻转课堂和小组讨论的形式，对实习区的主要科学问题进行深入探讨，确定野外实习重点关注的内容和采样方案等。其次，在野外实习阶段，学生分组观察和讨论，并与国外同学交流，带队教师根据学生每天的总结汇报，对研究课题进一步明确或做适当的调整，分组成员也可以根据课题方向与内容的调整而做动态的调换，经过多次讨论和调整后，最终确定课题的任务和研究计划，汇总相关素材，为下一步工作做好准备。最后，在实习结束后，各小组先后在实习队、返校后在院系和学校层面分别进行实习汇报，提交实习报告。对于研究课题，根据学科方向在院系选择相应的辅导教师，由带队教师、辅导教师组成联合指导小组，制订专门的研究计划和方案，开展室内分析测试，让学生亲身参与创新科研实践。在完成相应的研究课题后，组织研究成果汇报会，并在国内外期刊发表相关研究成果。“三结合”则是在上述的野外实践和室内研究过程中，坚持教学与科研相结合、学术交流与人文交流相结合、学术能力与自理能力提升相结合的原则。（1）教学与科研相结合。国际化大地学联合实习的本质仍然是本科生野外教学，其根本是要巩固学生的专业知识，拓宽知识面，加深学生对基本地学原理的理解，加强学生的野外工作技能。但与此同时，国际化大地学联合实习又超越了传统的本科教学和野外实践，是在“三基”教育的基础上进一步提升，训练学生的地球系统科学思维和全球化视野，培养学生的问题意识和提高学生运用专业知识解决复杂地学问题的综合能力，因此需要让学生亲身参与创新科研过程，从实习基地建设、教学内容设计到教学过程，都要贯穿教学与科研相结合的思路。（2）学术交流与人文交流相结合。在大地学联合实习中，不仅强调不同专业师生之间的专业交叉交流与学术思想碰撞，还要注重中外不同文化历史的交流互鉴，提高学生的自我表达能力，增进了解包容和建立友谊，提升学生的人文素养和道德品质，做到全方位成长成才。（3）学术能力与自理能力提升相结合。通过学生自我组织，分工合作，在大地学联合实习过程中，充分调动学生的主观能动性和主人翁意识，不仅在专业学术方面取得进步，同时在自我管理能力、互助意识、公共服务能力方面得到实质训练和提升。基于该“三三三”模式的国际化大地学综合野外实习，促使学生不断扩展全球化视野、拓宽专业知识面、活跃学术思维、增强问题意识、提高解决问题能力（见图 1），为学生快速成长为新时代地质学拔尖创新人才奠定了坚实基础。五、成效和结语经过 10 多年的课程建设和教学实践，国际化大地学综合野外实习的教学内容和教学条件业已完备，教学模式日趋成熟。通过这种教学模式培养的地质学本科人才表现出更广阔的国际视野，解决全球性复杂科学问题的能力明显提高，出国深造和就业竞争力也显著提升，毕业生成才速度快、成材率高。近 10 年毕业的学生中，有“刘东生优秀青年奖”等奖项的获得者，还有成为地质学最年轻的国家杰青入选者等，均为国际化实践教学改革的受益者。11王博.indd 6911王博.indd 692023/8/25 13:122023/8/25 13:1270南京大学国际化大地学综合野外实习是国内高校较早在境外开展的地学实习项目，在全国高校起到引领示范作用。北京大学和中国科学院大学等高校师生先后前往中法阿尔卑斯野外实习基地开展实习。受此模式启发，北京大学、中国地质大学（武汉）、中国科学技术大学以及C9 高校联盟等也都相继开展了类似的国际化联合实习。此外，该模式在国外也引起了很大反响，美国加州理工学院、戴顿大学、爱荷华大学和俄罗斯伊尔库茨克大学等先后派师生来华合作，共同在天山和南京周边开展联合野外教学。近年来，大地学综合实习模式还延伸到南京大学其他学科，受到广泛关注。由此可见，国际化大地学综合实习在地球系统科学时代新型地质学人才培养过程中发挥了重要作用，得到了实践检验。参考文献：1 陈骏.地球系统科学跨学科专业建设与拔尖创新人才培养 J.中国大学教学，2017（3）：4-7，55.2 王宝军，茆雅凤.“双一流”建设与大类招生改革背景下南京大学地学人才培养思考J.中国地质教育，2018（4）：1-4.3 王博，舒良树，解国爱，等.教改新形势下如何提高普通地质学野外教学质量的思考 J.教育教学论坛，2013（8）：99-101.4 舒良树，王博，茆雅凤.新形势下教师的新使命“普通地质学”课程思政建设体会 J.教育教学论坛，2021（1）：13-16.5 舒良树，王博，茆雅凤.培养德识双馨的国家栋梁之才普通地质学课程教学有感 J.高校地质学报，2022（3）：294-301.6 王宝军，陈骏，胡文瑄.基于地球系统科学理念的新型地质学人才培养改革 J.中国大学教学，2022（8）：27-30.7 陈骏，胡文瑄，李成.地质学实践教学现状分析与对策 J.中国地质教育，2007（1）：133-139.8 周新民.中国地质教学之我见 J中国地质大学学报（社会科学版），2002（2）：51-52.9 赵曦，刘耀林，刘艳芳，等.综合性大学野外实践教学模式初探：以武汉大学庐山地理野外综合实习为例 J.高等理科教育，2008（3）：121-124.10 王建，白世彪，赵业思，等.以问题为导向的野外实践教学：以中奥地理学联合实习为例 J.中国大学教学，2014（3）：85-88.11 王颖，鹿化煜，胡文瑄，等.加强地球系统科学教育 培养一流地学人才 J.中国大学教学，2009（8）：11-12，85.12 王颖.关于地球科学教育发展的建议 J.中国大学教学，2010（12）：17-18，70.13 柯长青，王博，郭维栋，等.新西兰地球科学国际化野外实习探究 J.高等理科教育，2020（154）：120-123.责任编辑：余大品实习前：预设主题教师专题授课学生分组选题翻转课堂研讨确定科考方案实习任务分工实习中：确立课题中外混合编组每日分组总结按兴趣定课题动态调整分组收集野外素材制订后续计划实习后：完成课题分组汇报认识提交实习报告按计划定方案开展室内分析发布科训成果国际化大地学联合地球系统科学理念新时代地质学拔尖人才扩视野宽基础活思维提能力强意识图 1 国际化大地学综合野外实习教学方式示意图11王博.indd 7011王博.indd 702023/8/25 13:122023/8/25 13:12