(1)实验方案设计思路:
以提高学生精准实验能力为目标,以学生全过程主动参与为前提,以理论-实验-实践一体化流程为路径,以虚拟实验系统、App教学软件为载体,建立具备宏观地学背景、系统概念、生动、高效传递知识、提升综合能力的实验课程。
本虚拟实验的设计思想体现在“三个转变”:
[1] 从传统的教师讲授、学生同步鉴定的“教师”-“学生”单向知识传递理念,转向“虚拟实验系统”-“教师”-“学生”-“教师”-“学生”的多向反馈、知识反复传递。
[2] 从传统的“课堂教学”、“实验教学”、“实习教学”分别实施,转向“课堂教学-实验教学-实习教学”虚拟一体化实施。
[3] 从单纯考核实验能力(鉴定标本)转向敬业精神、综合知识、工作能力、动手能力多层面考核。
(2)教学方法:
[1] 参与式、课题式教学方法:在实验实施前,先通过课堂教学,简述该类岩石的成因机制和结构构造特征,让学生了解此类岩石成生的大的地质背景。接下来,针对典型实验布置任务,将不同的岩石分配给不同的同学,请其利用课余时间,通过搜集资料,仔细研究其在手标本和现场尺度下的特征和辨别方法,并在实验课上分别发言,讲述自己的认识。教师在同学们讲述完成后,进行总结,总结各种浅成岩和喷出岩的鉴定方法。然后,请同学们自行组织课题小组,讨论各种标本和理想标本的异同,辨认和识别标本的矿物、结构和构造。
[2] 将3D扫描和3D数字重建技术引入基础地质教学,建立可用于3D展示的矿物晶体、矿物、岩石数字模型,对于提高教学效率、实现参与式教学具有重要意义。
[3] 将3D打印技术引入基础地质教学,将虚拟模型转化为三维实体,将教师展示的笨重模型转化为每个同学手中使用的轻巧的小比尺模型,大大提高同学的直观认识。
[4] 基于Android平台开发了“地质学+”虚拟竞技教学App软件,有效地调动学生自主学习的积极性,使其成为课堂教学之外的辅助课程学习的重要环节。
[5] 基于微信平台推出了“地质学+”学习公众号,用于发布课外学习材料,网上答疑,重要知识点解析,学生学习情况网上投票与调查等。
[6] 基于互联网平台构建的“虚拟岩矿实验教学系统”中,集成了3D扫描、3D重建技术,将原来的实验室岩矿图片标本转化为教学系统内的三维数字仿真模型,有效解决了实验室开放时间不足,同学们观察标本时间不够的问题。
[7] App与野外三维全景浏览:利用无人机平台,携带Geo Pro运动摄像系统,在苏州、杭州、巢湖等地,对岩浆岩的野外露头进行航拍。对野外采集的试样和标本进行3D扫描。开发App系统,将野外全景和岩石标本用App软件形式展现,让学生在课外碎片时间进行浏览和学习。
(3)评价体系:
多层级考核体系:在虚拟教学中引入多层级考核体系,建立包括:参与度、积极性、动手能力、基础知识、组织能力、小组贡献度、创新性等在内的多指标综合评分体系,以矿物标本的双盲鉴定与理论基础论述为基础,综合给定评定成绩。
(4)传统教学的延伸与拓展:
利用教学视频和教学标准网页,让学生可与传统课堂教学相结合,复习和预习相关知识。同时,还引入翻转课堂的教学理念,让学生在课下利用虚拟教学系统学习相关知识,然后到课堂完成鉴定作业,而教师由传授知识改为现场答疑。