基于数字感知技术的“古生物学”教育教学改革研究
张宝文姚肖永
［摘要］“古生物学”是结合了生命科学、地球科学相关专业知识的重要专业基础课，是研究地质历史时期的生物及其环境的一门学科，然而课程概念较为抽象，知识点精深庞杂，学生无法很好地理解和掌握。结合教学实际，对该课程当前存在的灌输式教育、实验实习成本高等难点问题进行分析，并有针对性地将数字感知技术融入教育教学过程中，从传统课堂教学方式、校内实验课与野外实习教育等方面开展了一系列教学改革。课程近两年取得了显著的教学成果。本课程的教育教学改革为高校其他地质类专业课程的教学改革提供了重要的借鉴经验和参考价值。
［关键词］古生物学；数字感知；教学改革；实践探索
［基金项目］2021年度长安大学实验教学改革研究项目“基于虚拟现实技术的地质实验教学资源建设和模式转型”
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1674-9324（2023）25-0075-04［收稿日期］2022-09-15
古生物学是以古生物化石为主要研究载体的学科，是地質学的重要分支学科，亦是研究进化理论、生物地层学、生态地层学、古生物地理学及生物矿物学等多种学科的基础。因此，“古生物学”已经成为结合了生命科学、地球科学等相关专业知识的重要专业基础课程［1］。基于本课程的重要程度，我校对课程提出了较高的教学要求：通过课程学习，要求学生掌握扎实的古生物学基本知识，并能够熟练运用、分析和研究具体化石标本。
古生物学不同于现代生物学，相关文献资料和实物数量稀少，部分形态奇异的生物化石甚至违背常识，导致教师课程讲解过程中难以提供大量具象化、系统化的资料。同时，学习古生物学不仅要求学生熟记理论知识，而且需要学生通过实验课程与野外实习勘探，鉴别大量的化石及围岩标本，积累实践经验。本课程对于学习者在理论知识学习和实验、实践方面均具有相当的难度。目前已有部分高校在古生物方面进行了教学改革研究：重庆科技学院建立了古生物化石标本库，并采用科研教学相结合、双语教学的方式［2］；中国石油大学更新了宏观知识理论体系，增加了国内教材缺失门类［3］；河南理工大学因材施教，紧跟地学研究前沿［4］；等等。改革主要在理论教学方面进行，而实践教育改革方面还鲜有提及。如今，数字感知技术（digitalperceptiontechnology）已成功运用于智慧交通、手术诊疗、文化遗产保护等多个领域，以突破性的感官体验获得了人们广泛的接受与好评，若将之扩展到古生物教育教学中，将带给师生更新、更全面的认知学习体验。本文基于任课教师多年教学经验，对“古生物学”教育教学中暴露的难点问题积极采用数字感知技术对教学方式进行改革优化，取得了较好的教学成果。
一、古生物实验教学中的难点问题
根据任课教师多年的授课经验分析，目前古生物实验教学中主要存在以下难点问题。
1.单方向灌输式课堂教育，缺乏教学辅助资料。“古生物学”课程覆盖范围广，知识体系庞杂，知识点较为碎片化、抽象，且缺乏具有整体性、具象化特征的辅助教学资料。传统课堂教学中绝大多数教师采用单向灌输式教学方式，这种被动式的、单调枯燥的教学模式缺少对学生的吸引力，学生在学习过程中参与度不够，学习效率较低。
2.实验、实习课程成本高昂。校内实验课程基本依托实验室收藏的化石系列典型标本在实验室进行，然而，其中大部分化石由于年代久远、风化剥蚀及挖掘过程产生过损伤，且实验过程中的接触会产生不可避免的磨损，变得不易辨认。为了保证教学质量，实验室会定期淘汰大量废弃标本，定期收集、采购新的化石标本，经济成本高昂。野外实习实践课程通常由教师带领学生赴野外基地进行实地勘察。由于单个基地的标本往往存在同一性，因此需赴不同地区的地质基地实习，对于师生均是体力、耐力的巨大消耗和考验，时间成本和人力成本高昂。
3.学生自主学习能力不足。“古生物学”课程开设在大三学年，本科生入学前两年的公共基础课程较为简单轻松，通常平时上课与考前复习相结合就能轻松通过考试，因此课前预习、课后复习的积极性不高，自学次数较少，养成日益依赖教师授课的学习习惯。线上学习时，学生容易受周边环境影响而走神，不利于培养良好的自主学习能力。骤然开始“古生物学”课程的学习，学生会由于自主学习、思考能力锻炼少，容易陷入难以适应学习强度、不能融会贯通前后知识体系的困境。
二、数字感知技术引入古生物教学实验的可行性
针对以上难点问题，为探索出更适合“古生物学”课程的教育教学方式，结合线上教学带来的影响和“古生物学”课程教学中总结的经验，同时调研数字化技术手段的发展，对数字感知技术引入“古生物学”课程教学的可行性进行了如下分析。
1.线上教学影响教学效果。近三年来，线下课堂时常通过慕课、雨课堂等线上课程平台进行，师生互动率降低，集