付偉 馮佐海

摘 要：強(qiáng)調(diào)知識(shí)傳授過(guò)程中的模型化，探索將模型教學(xué)思維應(yīng)用于高等教育課程教學(xué)實(shí)踐。以普通高校資源勘查工程專(zhuān)業(yè)的“礦床礦相學(xué)”課程為教學(xué)研究和實(shí)踐對(duì)象，設(shè)計(jì)了“理論概念模型—實(shí)驗(yàn)標(biāo)本模型—生產(chǎn)實(shí)景模型—素質(zhì)擴(kuò)展模型”的鏈接式模型教學(xué)策略，利用模型解構(gòu)、建構(gòu)與躍遷，讓學(xué)生在課堂、實(shí)驗(yàn)室和實(shí)訓(xùn)基地等不同教學(xué)環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的有序性銜接與層次性強(qiáng)化，改變本科教學(xué)中常見(jiàn)的基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢和理論與實(shí)踐脫鉤等現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：模型教學(xué)；教學(xué)質(zhì)量；地球科學(xué)教育；礦床礦相學(xué)；課程建設(shè)；人才培養(yǎng)

一、教學(xué)中的模型思維

模型思維作為一種先進(jìn)的現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識(shí)手段[1]，使認(rèn)知對(duì)象抽象化。我們可以從原型出發(fā)，抓住原型的本質(zhì)特征，對(duì)原型進(jìn)行抽象、簡(jiǎn)化和純化，建構(gòu)一個(gè)能反映原型本質(zhì)聯(lián)系的模型[2]。

這種高度抽象化的模型反過(guò)來(lái)又具有一定的指導(dǎo)實(shí)踐的作用。錢(qián)學(xué)森先生曾經(jīng)指出：“模型就是通過(guò)我們對(duì)問(wèn)題現(xiàn)象的分解，利用我們考究得來(lái)的機(jī)理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所創(chuàng)造出來(lái)的一幅圖畫(huà)?！?/p>

所謂模型思維，就是利用模型達(dá)到特定認(rèn)識(shí)目的的思維方式。將這種思維應(yīng)用于教學(xué)活動(dòng)，不僅有助于學(xué)生盡快構(gòu)建知識(shí)體系，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，同時(shí)對(duì)學(xué)生形成優(yōu)良的科學(xué)素養(yǎng)具有重要作用[3]。歐美國(guó)家早先就認(rèn)識(shí)到模型在科學(xué)教育方面的重要性。美國(guó)《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中明確把模型和科學(xué)事實(shí)、科學(xué)概念、科學(xué)理論列為科學(xué)主題的重點(diǎn)。針對(duì)模型在教學(xué)中的應(yīng)用，不少教師在講授抽象知識(shí)或者肉眼無(wú)法觀(guān)察到的物體時(shí)會(huì)有意或無(wú)意地采用這種方法。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，電腦模擬在教學(xué)中的應(yīng)用也越來(lái)越為大家所熟知。一個(gè)比較普遍的共識(shí)是，建構(gòu)課堂教學(xué)知識(shí)的傳播模型對(duì)于提升教學(xué)質(zhì)量非常關(guān)鍵[4]，尤其是具有層次結(jié)構(gòu)的教學(xué)模型能將課程主要內(nèi)容系統(tǒng)全面地傳遞給學(xué)生[5]。教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的老教師在課堂教學(xué)中常應(yīng)用模型教學(xué)思維闡述一些復(fù)雜抽象的知識(shí)點(diǎn)，而新手教師在這方面的經(jīng)驗(yàn)則有不同程度的欠缺。同時(shí)我們注意到，盡管眾多高校教師在教學(xué)實(shí)踐中自覺(jué)或不自覺(jué)地在應(yīng)用模型教學(xué)思維，但對(duì)它的教學(xué)研究卻開(kāi)展甚少，也存在不少誤區(qū)和難題。如對(duì)模型思維的系統(tǒng)化應(yīng)用缺乏有效方法，過(guò)于依賴(lài)陳舊模型導(dǎo)致思維僵化和認(rèn)識(shí)停滯，以及理論模型脫離實(shí)際，等等。因此，有必要結(jié)合課程教學(xué)實(shí)踐，探索在高等教育教學(xué)中如何有效采用模型教學(xué)思維提升教學(xué)質(zhì)量。

二、案例課程研究與實(shí)踐

1.課程背景與教學(xué)研究現(xiàn)狀

“礦床礦相學(xué)”是地球科學(xué)教育體系的重要組成部分。它以對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和地質(zhì)科學(xué)發(fā)展有重要意義的礦床為對(duì)象，研究各類(lèi)礦床的特征、成因、時(shí)空分布及其經(jīng)濟(jì)意義，是人類(lèi)對(duì)各類(lèi)礦床實(shí)踐和認(rèn)知的經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)總結(jié)，為人類(lèi)經(jīng)濟(jì)合理地勘探和開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)資源發(fā)揮了重要作用[6]。因此，這門(mén)課程對(duì)于培養(yǎng)高素質(zhì)的地礦類(lèi)人才和保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

國(guó)內(nèi)地學(xué)類(lèi)高?；旧隙奸_(kāi)設(shè)“礦床礦相學(xué)”課程，一般都被列為資源勘查工程和地質(zhì)學(xué)專(zhuān)業(yè)的核心基礎(chǔ)課程。該課程不僅基礎(chǔ)理論豐富，而且實(shí)踐性非常強(qiáng)，在地學(xué)專(zhuān)業(yè)教育中很受重視。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)地學(xué)教育的背景和形勢(shì)都發(fā)生了新的變化，如：礦業(yè)開(kāi)發(fā)全球化，資源勘查和環(huán)境保護(hù)一體化，地勘行業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量的要求持續(xù)提升，學(xué)科領(lǐng)域的新知識(shí)和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，地學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的就業(yè)面日益多元化，招生規(guī)模擴(kuò)大，學(xué)科專(zhuān)業(yè)進(jìn)行了調(diào)整，等等。這些新變化對(duì)“礦床礦相學(xué)”的課程建設(shè)提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

對(duì)于如何提升“礦床礦相學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量，一些高校和學(xué)者從不同教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等方面做了一些教學(xué)研究工作，成功經(jīng)驗(yàn)值得參考。彭潤(rùn)民強(qiáng)調(diào)應(yīng)充分重視多媒體教學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，在課堂教學(xué)中進(jìn)行直觀(guān)、形象的教學(xué)活動(dòng)[7]。曹毅認(rèn)為在礦床學(xué)的課程教學(xué)中要善于利用比較教學(xué)法，通過(guò)空間、時(shí)間、地質(zhì)體、礦床類(lèi)型、相同與不同礦種等進(jìn)行比較，提高學(xué)生的知識(shí)接收效率，進(jìn)一步培養(yǎng)創(chuàng)新能力[8]。王長(zhǎng)明等學(xué)者提出利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，在繼承改造傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上，拓展野外實(shí)驗(yàn)教學(xué)，延伸項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)教學(xué)，探索網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[9]。薛春紀(jì)等學(xué)者重視礦床學(xué)課間野外教學(xué)實(shí)習(xí)及基地建設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生自覺(jué)運(yùn)用專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)，綜合、靈活認(rèn)識(shí)礦床學(xué)問(wèn)題，以及樹(shù)立正確資源環(huán)境觀(guān)等方面發(fā)揮積極作用[10]。

2.課程改革指導(dǎo)思想和突破方向

除吸收校外經(jīng)驗(yàn)外，推進(jìn)專(zhuān)業(yè)課程改革需要立足校情實(shí)際，圍繞人才培養(yǎng)的目標(biāo)和特色來(lái)展開(kāi)。培養(yǎng)“創(chuàng)新型應(yīng)用人才”是桂林理工大學(xué)資源勘查工程專(zhuān)業(yè)的明確定位，它是依據(jù)我校資源勘查工程專(zhuān)業(yè)長(zhǎng)期辦學(xué)所形成的特色，主動(dòng)適應(yīng)行業(yè)發(fā)展和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求提出的。在人才培養(yǎng)過(guò)程中，我們明確將專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、實(shí)踐技能優(yōu)秀、創(chuàng)新素質(zhì)突出作為培養(yǎng)優(yōu)秀地學(xué)工程科技人才的核心目標(biāo)，構(gòu)建了將專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)教育、工程技能教育和創(chuàng)新素質(zhì)教育并行交叉的創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)模式。由于“礦床礦相學(xué)”課程改革是資源勘查工程專(zhuān)業(yè)建設(shè)的核心課程之一，因此這門(mén)課程的教學(xué)改革應(yīng)該與專(zhuān)業(yè)建設(shè)的總思路相符合，將“創(chuàng)新型應(yīng)用人才”的教育理念滲透進(jìn)入教學(xué)全過(guò)程，這是開(kāi)展課程改革的指導(dǎo)思想。

建立面向創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)的“礦床礦相學(xué)”課程教學(xué)改革，需要充分考慮課程的自身特點(diǎn)。礦床學(xué)權(quán)威專(zhuān)家連長(zhǎng)云和冉清昌就提出，礦床作為自然界中的一類(lèi)特殊客體，在認(rèn)知意義上存在著一些顯著特點(diǎn)，包括：觀(guān)察的不可直視性、成礦過(guò)程的不可逆性和認(rèn)識(shí)的多歧性[11]。換句話(huà)說(shuō)，就是礦床的地質(zhì)構(gòu)造空間尺度變化大，時(shí)間跨度長(zhǎng)，形成過(guò)程不可逆，理論假說(shuō)多種多樣，這導(dǎo)致了許多礦床地質(zhì)現(xiàn)象和成因觀(guān)點(diǎn)難以在課堂中重現(xiàn)和復(fù)制，使得學(xué)生在知識(shí)理解上存在較強(qiáng)的抽象性。尤其是對(duì)于剛開(kāi)始學(xué)習(xí)“礦床礦相學(xué)”的學(xué)生而言，礦床作為一個(gè)“黑箱”而存在，它在自然界究竟是一種什么屬性，對(duì)于它的外部形態(tài)和內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構(gòu)，完全缺乏認(rèn)知。因此，除了在教學(xué)過(guò)程中落實(shí)常規(guī)的教學(xué)措施之外，我們還應(yīng)該尋找切實(shí)有效的教學(xué)手段，在課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和生產(chǎn)實(shí)踐三個(gè)環(huán)節(jié)上投入連環(huán)工夫，啟發(fā)學(xué)生盡早消除因知識(shí)黑箱而產(chǎn)生的求知壁壘和畏難情緒，加快學(xué)生融入專(zhuān)業(yè)課程體系的進(jìn)度，并在教學(xué)進(jìn)程中激發(fā)學(xué)生探究“黑箱奧秘”的積極性和創(chuàng)造性，這是我們進(jìn)行課程改革的突破方向。

3.模型教學(xué)思維的建構(gòu)

積極地把專(zhuān)業(yè)研究領(lǐng)域的主流思維方法和最新研究進(jìn)展引入教學(xué)，是推動(dòng)課程教學(xué)改革常見(jiàn)的舉措之一。采用模型思維來(lái)認(rèn)識(shí)和研究礦床近年來(lái)非常活躍。學(xué)術(shù)界常把一組相似礦床的基本屬性（包括地質(zhì)環(huán)境、內(nèi)外部特征、控礦因素、礦化的時(shí)空演化規(guī)律、礦化標(biāo)志、成礦物質(zhì)來(lái)源和找礦標(biāo)志等）進(jìn)行高度總結(jié)概括，并稱(chēng)之為礦床模型，它不僅可以綜合成礦理論，而且在找礦實(shí)踐中由此而獲得了豐碩的成果。如卡拉馬組斑巖銅礦，享德遜和埃勞山銅礦的發(fā)現(xiàn)，都是模型找礦的典型事例。

基于不同的目的和用途，學(xué)術(shù)界已將礦床模型進(jìn)行了眾多分類(lèi)。如：按照研究方法分出來(lái)的地質(zhì)模型、地球物理模型、地球化學(xué)模型以及綜合性模型，按照定量分析角度分出來(lái)的品位-噸位模型、產(chǎn)出概率模型、定量生成過(guò)程模型、數(shù)字化模型，以及按照研究?jī)?nèi)容分出來(lái)的描述性模型、成因模型、找礦模型和地質(zhì)經(jīng)濟(jì)模型等。這些模型各具特色，類(lèi)型不一，能從不同的側(cè)面增進(jìn)對(duì)成礦現(xiàn)象的理解和開(kāi)發(fā)利用的指導(dǎo)。

因此，基于模型思維在學(xué)習(xí)和研究礦床方面的重要作用，有必要在礦床礦相學(xué)的教學(xué)過(guò)程中強(qiáng)化這種思維方式的應(yīng)用。但考慮到學(xué)生在本科階段的接受能力，不能把現(xiàn)有的關(guān)于礦床模型的科研進(jìn)展囫圇吞棗式地直接教授給學(xué)生，而有必要在教學(xué)規(guī)律的指導(dǎo)下，分層次、循序漸進(jìn)地開(kāi)展教學(xué)方案編排。為此，我們提出了“理論概念模型—實(shí)驗(yàn)標(biāo)本模型—生產(chǎn)實(shí)景模型—素質(zhì)擴(kuò)展模型”的鏈接式模型教學(xué)策略。

（1）理論概念模型。從課堂出發(fā)，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入“礦床礦相學(xué)”相關(guān)概念與知識(shí)體系。教師通過(guò)現(xiàn)代多媒體手段，展示概念模型的內(nèi)容，它可以是文字、表格或圖片等多種形式的結(jié)合，重要的是讓從沒(méi)見(jiàn)過(guò)礦床的學(xué)生，在腦海中初步建立起“礦床是由賦存在地殼一定深度和范圍內(nèi)的一個(gè)或者多個(gè)礦體組成；礦體具有一定形態(tài)和產(chǎn)狀；不同類(lèi)型礦床，其礦體的形態(tài)和產(chǎn)狀及其變化性不同，礦石的組成及結(jié)構(gòu)與構(gòu)造亦有差異”等概念。針對(duì)具體礦床類(lèi)型，如接觸交代型、熱液型、斑巖型礦床等，重點(diǎn)開(kāi)展對(duì)礦床概念模型的要素解構(gòu)。一是闡明地質(zhì)環(huán)境，即講解此類(lèi)礦床發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境；二是進(jìn)行礦床特征描述，即明確此類(lèi)礦床的主要鑒別特征。此外，這個(gè)階段的教學(xué)還需要讓學(xué)生明確，教科書(shū)上的礦床模型都是在大量礦床類(lèi)型實(shí)例對(duì)比之基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，是科學(xué)類(lèi)比、簡(jiǎn)化、抽象和融合的產(chǎn)物，代表了某一類(lèi)礦床的共性特征，具有普遍指導(dǎo)意義。

（2）實(shí)驗(yàn)標(biāo)本模型。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，從礦石尺度強(qiáng)化對(duì)“礦床礦相學(xué)”專(zhuān)業(yè)知識(shí)的認(rèn)知。在實(shí)驗(yàn)課中，通過(guò)近距離觀(guān)察礦石標(biāo)本，以及礦相顯微鏡觀(guān)察，能對(duì)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物、礦石品位、礦石類(lèi)型等相關(guān)概念有更直接和感性的認(rèn)識(shí)。更重要的是，將礦床的完整標(biāo)本系列（包括礦石標(biāo)本、蝕變巖標(biāo)本、賦礦圍巖標(biāo)本和成礦地質(zhì)體標(biāo)本等）與文字資料、掛圖等教學(xué)素材配合，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)礦床的原有形態(tài)進(jìn)行還原。即在實(shí)驗(yàn)桌上，學(xué)生可以通過(guò)自己動(dòng)手和參考資料，建構(gòu)一個(gè)融合自己想象力的標(biāo)本拼圖模型。比如，在進(jìn)行斑巖型銅礦床內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生回憶理論課堂學(xué)習(xí)的“環(huán)狀蝕變分帶”模型，將江西德興銅礦床的標(biāo)本構(gòu)建為新鮮巖體—鉀化帶—石英絹云母化帶—水云母伊利石泥化帶—青磐巖化帶—千枚巖（板巖）的標(biāo)本模型；再如，對(duì)于高溫?zé)嵋盒玩u礦床“五層樓+地下室”，可以引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合課堂和教材知識(shí)，將標(biāo)本恢復(fù)成薄脈帶—細(xì)脈帶—中脈帶—大脈帶—根部帶—地下室的模型。這些模型能幫助學(xué)生聯(lián)想和模擬礦床在野外的空間結(jié)構(gòu)、演化序列及其與周?chē)刭|(zhì)體的關(guān)系，將看似彼此孤立的礦石標(biāo)本與礦床的理論模型深度聯(lián)系起來(lái)。

（3）生產(chǎn)實(shí)景模型。深入野外，從礦體尺度強(qiáng)化對(duì)“礦床礦相學(xué)”專(zhuān)業(yè)知識(shí)的認(rèn)知。在礦山生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，學(xué)生不僅能親眼觀(guān)測(cè)單個(gè)礦體的賦存位置、產(chǎn)狀、規(guī)模、形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且還能結(jié)合礦床平面地質(zhì)圖、礦床勘探線(xiàn)剖面圖、縱剖面圖、水平斷面圖等圖件，獲得礦床的整體性認(rèn)識(shí)。教師引導(dǎo)學(xué)生將礦山現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察到的現(xiàn)象綜合起來(lái)，建構(gòu)一個(gè)比理論概念模型和實(shí)驗(yàn)標(biāo)本模型更豐富、更直觀(guān)和更形象的空間實(shí)景模型，這個(gè)模型會(huì)幫助學(xué)生把礦體、構(gòu)造、蝕變和圍巖等相關(guān)理論概念鮮活起來(lái)，并且在野外能得到真實(shí)驗(yàn)證。同時(shí)，建立實(shí)景模型能拉近學(xué)生在課堂知識(shí)與實(shí)踐知識(shí)之間的距離，了解野外礦床現(xiàn)象遠(yuǎn)比課堂知識(shí)更復(fù)雜和多變。比如，礦床會(huì)隨構(gòu)造、圍巖、古成礦環(huán)境等因素的變化而變化，出現(xiàn)礦體厚度變化，礦體形態(tài)變化，礦體沿走向和傾向突然尖滅、分枝復(fù)合和膨縮等眾多料想不到的現(xiàn)象。到了這一步，學(xué)生會(huì)逐漸認(rèn)識(shí)到，礦床模型不再是一個(gè)固定的一成不變的模式，也并非放之四海而皆準(zhǔn)，它是一個(gè)隨著找礦實(shí)踐的不斷發(fā)展而逐步豐富自身的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，不能因?yàn)橐恍┕潭ǖ牡V床模式，束縛了新的找礦思路。

（4）素質(zhì)擴(kuò)展模型?；貧w課堂，讓學(xué)生前三個(gè)階段建立起來(lái)的礦床模型再次進(jìn)行深加工和外圍延伸。這個(gè)階段可以依據(jù)學(xué)生的個(gè)性特長(zhǎng)和學(xué)習(xí)興趣進(jìn)行分類(lèi)指導(dǎo)。例如，對(duì)礦床成因研究感興趣的同學(xué)，啟發(fā)學(xué)生從成礦過(guò)程和成礦系統(tǒng)的角度全面考慮問(wèn)題[12]，對(duì)觀(guān)察到的礦床地質(zhì)現(xiàn)象做出合理的成因解釋?zhuān)绶从车V質(zhì)和成礦流體的來(lái)源，礦質(zhì)的遷移、聚集及沉淀機(jī)制等。尤其是面對(duì)一個(gè)復(fù)雜礦床的時(shí)候，如何通過(guò)必要的取樣分析和儀器測(cè)定，建構(gòu)它的礦床成因模型；若對(duì)礦床勘查感興趣的同學(xué)，啟發(fā)學(xué)生聯(lián)系勘查實(shí)踐工作需要，思考如何選擇礦床模型可以使野外找礦少走一些彎路，探討如何利用礦床模型的理論知識(shí)指導(dǎo)勘查工作部署，確定地質(zhì)、物化探和遙感等勘查技術(shù)手段的運(yùn)用，進(jìn)而構(gòu)建礦床勘查模型；對(duì)礦床開(kāi)發(fā)感興趣的學(xué)生，啟發(fā)學(xué)生專(zhuān)研三維可視化技術(shù)，構(gòu)建礦床數(shù)字模型。

4.教學(xué)實(shí)踐與效果

實(shí)踐證明，通過(guò)鏈接式模型教學(xué)的應(yīng)用，使得“礦床礦相學(xué)”中不容易理解的問(wèn)題變得容易理解，難于記憶的概念變得容易記憶，繁雜的知識(shí)點(diǎn)得到系統(tǒng)歸納。教學(xué)模型的設(shè)計(jì)能幫助學(xué)生更加準(zhǔn)確理解、掌握相關(guān)的“礦床礦相學(xué)”基本原理，而且能夠幫助學(xué)生有效地建構(gòu)完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)。學(xué)生普遍反映，“理論概念模型”利于專(zhuān)業(yè)知識(shí)固化，方便記憶；“實(shí)驗(yàn)標(biāo)本模型”和“生產(chǎn)實(shí)景模型”利于專(zhuān)業(yè)知識(shí)活化，聯(lián)系實(shí)際；而“素質(zhì)擴(kuò)展模型”利于專(zhuān)業(yè)知識(shí)轉(zhuǎn)化，強(qiáng)化應(yīng)用。此外，模型教學(xué)將創(chuàng)新教育和工程教育滲透到日常的教學(xué)活動(dòng)，提高了學(xué)生思辨能力和理論聯(lián)系實(shí)踐的專(zhuān)業(yè)敏感度，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)和研究興趣，利于引導(dǎo)大學(xué)生在本科階段就涉足科學(xué)探究和工程應(yīng)用領(lǐng)域，使他們的創(chuàng)新思維能力和工程技能素養(yǎng)都得到提升。

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[本文為廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項(xiàng)目：基于應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的“礦床礦相學(xué)”課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐（項(xiàng)目編號(hào)：2015JGA239）和資源勘查工程國(guó)家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目資助成果]

[責(zé)任編輯：余大品]