引言

野外地质实习作为地球科学连接理论与实践的核心环节，长期沿用“一讲二看三记录”的单向被动教学范式，导致学生缺乏宏观认知、现场观察碎片化且批判性思维受限，难以适应现代地球系统科学的发展需求。旨在颠倒知识传授与内化过程、促进学生高阶认知能力（分析、评价、创造）培养的“翻转课堂”理念为破解此困境提供了新思路，但由于传统二维地质图文资料专业门槛过高，难以激发学生的课前探究欲，导致野外实习的翻转教学往往因缺乏高质量的“前置数字教材”而流于形式。此时，由中国科学家倡议主导、国际地质科学联合会（IUGS）认可的“深时数字地球（Deep-time Digital Earth, DDE）”国际大科学计划平台，凭借其集成的高精度深时古地理重建模型、全球地层与古生物数据库及海量三维数字露头等可视化资源，完美填补了这一空白——DDE平台不仅为学生提供了世界级、科研级的课前自学素材，更大幅降低了理解宏观地质演化的认知负荷，使得 “基于大数据的地质学翻转课堂”真正成为可能，为新时代野外实践教学的创新重构提供了理想载体，也构成了本文研究的出发点与核心依据。

一、 DDE平台的教学资源分析

要实现基于DDE平台的翻转课堂，首先需要厘清该平台中哪些核心模块能够与现行的野外实习内容深度对接。

（一）DDE平台核心功能模块介绍

目前，DDE平台中对本科教学最具支撑价值的模块主要包括：

1. 深时古地理重建模块（Deep-time Paleogeography）：该模块集成了GPlates等板块运动重建技术，用户可通过拖动时间轴，直观查看从前寒武纪至今任意地质历史时期，全球板块的位置、海陆分布格局以及古气候带特征。
2. 知识图谱与地层/古生物数据库（Knowledge Graph & Stratigraphy/Paleontology DB）：无缝链接了全球古生物数据库（PBDB）和宏观地层学数据，支持按空间坐标或地质时代检索特定区域的生物群落面貌和沉积相演化序列。
3. 数字露头与岩石学大数据库（Digital Outcrops & Petrology DB）：平台逐步收录了全球典型地质遗迹的三维模型及相关的岩石地球化学分析数据（如锆石U-Pb年龄、同位素丰度等）。

（二）与野外实习课程内容的对接分析

以我国常见的造山带边缘或盆山耦合带野外实习基地为例，DDE平台资源可与核心地质问题形成完美映射：

1. 针对“沉积环境演化”路线：学生可调取DDE的古地理模块，查看实习区在某特定时代（如晚古生代）处于赤道附近的浅海陆棚环境，从而为实地观察碳酸盐岩台地相提供宏观背景。
2. 针对“区域构造变形”路线：学生可通过检索DDE中相邻板块的汇聚时间与俯冲方向历史，建立区域主应力场的时间序列，进而指导在野外对具体褶皱轴面和断层运动学标志的寻找。

（三）DDE平台在教学应用中的优势与挑战

在教学应用中，DDE平台展现出无可比拟的优势：其数据具有高度的权威性和科研级可引用性；其强大的三维可视化表达将枯燥的数据转化为直观的地球演化电影，极大地提升了学生的学习沉浸感。

与此同时，挑战也客观存在：DDE作为一个面向全球科学家的科研工具，其全英文界面和复杂的检索逻辑对本科生具有一定的门槛；这要求教师必须充当“脚手架（Scaffolding）”，预先设计结构化、有梯度的前置学习任务，引导学生循序渐进地使用平台。

二、 基于DDE的翻转课堂野外实习设计框架

基于上述分析，本研究打破传统以“路线坐标”为串联的线性实习模式，重新构建了以“地质问题探究”为驱动核心的“三段式”翻转教学设计框架。

（一）整体设计理念

该框架的核心在于“宏观与微观的翻转”以及“假设与验证的闭环”。传统教学是“在野外看微观露头，回学校听老师讲宏观背景”；翻转课堂则是“课前在DDE上看全球宏观演化并提出假设，野外到实体露头寻找微观证据进行验证”。整体教学流程分为翻转前（课前）、翻转中（野外现场）、翻转后（课后）三个无缝衔接的阶段。

（二）翻转前——“DDE平台自主探索与假设生成”

在此阶段，学生以4-5人学习小组为单位，在校园网络环境下登录DDE平台完成教师发布的“探究任务单”。

具体任务设计举例：

1. 任务A（古环境重建）：利用DDE深时古地理模块，重建实习区在早古生代奥陶纪的古地理经纬度及海陆位置，推测该时期可能的古气候条件与沉积相类型，并列出你在野外期望找到的岩性或化石证据。
2. 任务B（数据比对分析）：检索DDE数据库中关于该区域中生代构造热事件的同位素测年数据，结合板块拼合动画，推断该区经历的主要构造挤压方向。

成果输出：各小组在前往野外前，必须提交一份简明扼要的《野外探究假设书》。该报告应清晰列出：“我们通过DDE数据发现什么倾向（What）”、“我们提出了什么地质假设（Hypothesis）”以及“我们计划在明天的野外路线中重点观察哪些要素来验证假设（How）”。此时，学生在布鲁姆认知模型中已自主完成了记忆、理解与初步分析。

（三）翻转中——“野外实地验证与协作讨论”

进入野外实习现场后，教学模式发生根本性反转。

教师角色转变：带队教师从站在队伍最前方的“主讲人”，退居到队伍一侧成为“引导者”和“学术裁判”。教师不再直接宣布该露头是何种现象，而是抛出引子：“第一小组，这里就是你们在《假设书》中提到的石炭系地层剖面，请依据你们的假设，上前向全班展示你们寻找证据的过程。”

学生活动与关键环节：学生依据前期的假设，实地敲击岩石、测量产状、观察沉积构造或构造伴生裂隙。最核心的环节在于引导学生进行“吻合度评估（Fit Assessment）”——现实的野外露头证据与DDE的宏观大数据模型是否完全吻合？

如果吻合，学生需论述微观证据是如何支撑宏观模型的；如果不吻合（这在实际地质工作中非常常见，如宏观被动大陆边缘模型中出现了野外的凝灰岩夹层），教师则鼓励小组间开展现场辩论。这种“模型偏离”往往能极大激发学生的探究欲，促使他们在现场调动全部地学知识进行多重假说（Multiple Working Hypotheses）的推演，真正触碰布鲁姆认知模型中“评价与创造”的高阶思维。

（四）翻转后——“数据整合与结构化报告”

晚间的室内总结或实习结束后的报告撰写阶段是知识内化的最后一环。

传统实习报告往往沦为“路线流水账”的抄写。在翻转模式下，教师要求学生提交具有科研论文初稿雏形的结构化报告。报告必须包含“基于DDE平台的区域宏观背景论述”、“野外实地观测数据与影像记录”、“宏微观数据交叉验证讨论”以及“最终结论与地质演化模型修正”四大核心板块。这种训练提前让本科生适应了现代地球科学“将局部现象置于全球背景下审视（Think Globally, Act Locally）”的科研范式。

三、教学实践案例：大巴山弧形构造带的形成机制探究

为检验该教学设计的可行性，研究团队在重庆科技大学地质学类专业一年级核心课程《地质认知实习》中开展了教学实践，选取了重庆城口大巴山实习基地进行试点。

（一）课程背景与实施班级

参训班级共140名学生，分为8个学习小组。所选取的案例路线为“钟亭乡—岔溪口”，该路线横切大巴山弧形构造带的核心区域，发育密集的高角度逆冲断层与不对称紧闭褶皱，其运动学机制复杂，是传统教学中学生普遍感到难以理解的“硬骨头”。

（二）核心教学案例实施过程

翻转前（DDE平台建构）

教师发布任务，要求学生探究大巴山前陆冲断带的动力学来源。各小组在DDE平台上调取了晚三叠世至中侏罗世（印支期—燕山期）的华南板块与华北板块拼合过程的动力学演化动画及应力场张量数据。通过对大数据的可视化分析，多数小组得出初始假设：大巴山构造带是受扬子板块向北深俯冲至秦岭微板块之下产生的强烈由东北向西南方向的区域性逆冲推覆作用形成的，因此野外应发育大量倾向北东的逆断层。

野外验证过程

到达实地后，教师选取了3个关键露头点（断层泥发育带、断层角砾岩带及牵引褶皱核部）。学生作为主角上场，携带罗盘与地质锤，以小组为单位寻找滑动面上的擦痕、阶步以及不对称褶皱的倒向。

在第二个露头点，第三小组通过实测断层擦痕，利用赤平投影恢复的主压应力方向为“北东—南西”向，完美验证了他们在DDE上的假设，现场爆发出热烈的欢呼。而在第三个露头点，另一小组却发现了一组倾向南西的反冲断层（Back-thrust），这与单纯的DDE区域应力模型相悖。教师适时介入，引导大家结合山体地形，探讨“构造推覆前锋带的局部应力调节与重力滑脱作用”，成功将思维引向深处。

翻转后（报告质量）

在最终提交的实习报告中，学生不仅绘制了高水平的野外地质剖面图，还主动截取DDE平台的板块演化时序图，构建了“宏观板块拼合引力—中观区域主应力传导—微观断层破裂”的跨尺度论述逻辑链条，报告质量呈现出显著的“学术论文化”特征。

四、教学效果评估

为了客观评估基于DDE平台的翻转课堂教学效果，本研究从报告评分量化、问卷调查以及对照组比较三个维度进行了系统分析。

（一）高阶思维能力评价

依据布鲁姆认知目标分类学，研究团队开发了《地质实习报告高阶思维评分量规（Rubric）》。对实验班提交的140份报告进行双盲评分结果显示：85%的报告在“分析（如能够剖析多期次构造的叠加关系）”维度达到优秀；72.5%的报告在“评价（如能够批判性地讨论DDE宏观模型在微观局部的适用性界限）”维度得分优良；更有30%的报告在“创造（提出了具有一定创新性的区域局部演化微演化模型）”维度展现出科研潜力。

（二）学生科研兴趣与自主探究意愿

实习结束后下发的5级李克特量表匿名问卷（有效回收率100%）显示：95%的学生同意“DDE平台让我在去野外之前就对该地区产生了强烈的好奇心”；92%的学生认为“野外由我们自己去寻找证据验证假设的模式，比单纯听老师讲解有巨大的成就感”；88%的学生表示“本次实习极大地提升了我未来从事地球科学研究的意愿”。

（三）与传统实习对照班的比较

将本次采用翻转课堂的实验班（2025级）与未采用该模式的上一届对照班（2024级，同批授课教师，同等生源质量）的期末实习总评成绩进行独立样本T检验。结果表明，实验班平均分为87.4分，显著高于对照班的81.2分（p<0.05）。特别是在开放性论述题与现场综合辨识考核环节，实验班学生的应答逻辑性、视角的宏大性与证据链的完整性均展现出压倒性优势。

五、结论与展望

本文系统探讨了将Deep-time Digital Earth（DDE）国际大科学平台与翻转课堂理念相融合的地质学野外实践教学新模式。研究结论如下：

依托DDE平台海量、权威、可视化的数字资源，彻底解决了传统野外实习中“课前无优质材料可翻转”的瓶颈，使高阶翻转课堂在野外实践教学中的落地具备了现实可行性。

“DDE宏观建构假设—野外微观实地验证”的三段式教学设计，成功将课堂的重心从教师的“教”转移到了学生的“探究”，显著促进了地学类大学生复杂工程思维与高阶科研思维的养成。

这种将国际前沿大科学计划直接服务于本科生基础教学的尝试，是深化“科教融通、学研融合”的生动案例。

展望未来，随着DDE平台的不断迭代与底层数据的日益丰富，基于全球地球科学大数据的“数字赋能+实地探究”混合式实践教学，必将成为我国甚至全球高校地球科学拔尖创新人才培养的强力引擎。建议未来更多的地学院校加入数字平台教学资源的二次开发，共同构建具有中国特色的世界一流地学实践教学体系。

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