为让地球变“透明” 这所高校掀起一场育人模式变革

东华理工大学将科研成果搬上讲台的同时,还将其运用到了区域地质调查实习中,首创了三维地质调查与建模实践教学模式。

上个世纪末,“玻璃地球”计划开始在澳大利亚实施,目的是应用地质、物探和三维可视化信息技术,使大陆表层“像玻璃一样透明”,以便研究地球深部构造及演化、探明矿产资源储存及对地质灾害预警等。随之各国掀起了新一轮地球深部探测的热潮。

2010年,学校先后主持中国地质调查局相山盆地区域地质调查和三维地质调查项目,后者是全国14个三维地质调查试点项目之一。历时5年的野外调查和3年室内数据处理分析,不同单位、多学科联合攻关,揭示了相山盆地3000米深度的地质结构特征,建立了该区三维结构模型,指导深部找矿取得重大突破。

“它具有二维平面图无法比拟的优势,其立体可视化表达方式使我们对地质深部构造一览无余。”说到三维地质模型时,江西省核工业地质局261大队能源矿产院副院长姚亦安异常兴奋。该队因为在开展找矿项目探测至基底界面时,发现含矿条件并不好,曾一度失去信心。

为高效完成项目,克服学科之间交叉融合难题,东华理工大学涌现出许多不怕吃苦的师生。林子瑜教授跨越地质专业,啃下了物探信息解译这块硬骨头,融合多学科知识与物探人员一起对深部地质构造做出合理判断。吴志春博士为熟练应用三维地质建模软件,自学掌握计算机相关领域知识,如今已是一名响当当的三维地质建模专家。当时的本科生邓福理现已是内蒙古核工业243大队的骨干。当年无论是肩抗重物、包揽重活,还是通宵达旦整理数据,他始终乐此不疲。

“头脑风暴”创新教育教学模式

“简直太神奇了!亮丽多彩的颜色、透明动态化的立体显示……地质体由表及里的构造一目了然。不仅如此,模型可以被任意切割,也可以动态漫游,真正达到了随时看、随处看、随意看的效果。”邓达振是该校资源勘查工程专业大三的学生,他对老师首次在课堂上展示相山三维地质模型的场景记忆犹新。除此之外,三维地质模型还具有分析、计算、快速成图和输出打印等功能。

你只有往前冲,没有后退的余地。

这个病起病很隐匿,病人根本不知道自己得这个病。

近两年,该校相继获批全国首批新工科研究与实践项目和全国首个旅游地学与规划工程新工科专业,自此新工科建设在东华理工大学轰轰烈烈展开。“我们要始终高举核、地两杆大旗,打通核、地学人才满足社会需求的‘最后一公里’,为服务国防建设和江西发展提供人才与科技的强大‘核动力’。”东华理工大学党委书记柳和生表示。

虽然教学效果显著,但新问题随之而来。学校在实习之前未开设三维地质建模相关课程,学生缺乏多学科融合的综合知识,且对建模软件熟悉程度不够,学生的实习难度和工作量大大增加。此外,在原有学时计划之上新增实习内容,一定程度上增加了学生学习负担,还可能会影响其他课程的学习时间。面对种种难题,怎样才能在有限的时间内培养出适合社会需要的复合型地学人才?一场育人的“头脑风暴”正在东华理工大学展开。

不怕是不可能的,人之常情。他们已经累到忘记了怕。

不过是一群普通人,白衣执甲,化身战士。

多学科联合揭示深部地质构造

就在举步维艰之际,东华理工三维地质调查与建模科技创新团队为他们带去了希望。依据地球物理探测数据和多年钻孔资料,该团队利用三维地质调查与建模技术建立了三维地质模型,发现在基底更深处,构造交汇部位矿化比较集中,甚至成群成组出现,且矿化品位比较好。同时,更为精准的矿化预测有效降低了“盲目”钻探而产生的巨额成本。依据上述模型,261大队仅在二十一号矿带的铀矿开采量就比原来的100多吨提升了10倍,经济价值达数亿元。这项技术还相继被中国地质调查局发展研究中心、武警黄金部队十支队等20多家单位应用。

中国也不例外。作为老牌地质院校,东华理工大学吹响了“向地球深部进军”的号角。该校探索出三维地质调查与建模技术,用于剖析地下地质结构与铀矿勘查,在精度和应用效果方面走在了国际前沿。

我们是从12月底到现在没有一天休息的。

地壳中的地质体是从地表连续延伸到地下的。但由于目前的地质类专业分得过细,地面地质调查与深部地质结构解译由不同专业人员各管一段,地质体整体结构探索面临困难,因此人才培养模式改革势在必行。东华理工大学校长孙占学表示,“学校要把新工科建设作为综合改革的‘催化剂’,主动布局战略性新兴产业相关专业,推动学科交叉融合和跨界整合,培育新的交叉学科增长点,以实现学校人才培养和服务经济社会发展的同频共振。”

师生协力克服交叉融合难题

逆行,一场争分夺秒的生死战“疫”。

地质体和地质现象具有复杂性和多变性,无形之中增加了授课难度。模型的运用不仅提高了课堂教学效率和效果,而且更容易激发学生对课堂学习的兴趣。三维地质调查团队还开发了基于PDF、AR平台的三维地质模型展示平台,其成本低、实用性强、功能全、操作简单,受到广泛欢迎并被普及应用。

上山背馒头,下山背“石头”,这是每一位地质人野外工作的标配。靠双脚去记录和丈量每一寸山川,对毅力是一种极大的考验。上山的路可谓步步艰辛,要在一两米高的荆棘中砍出前行的路是极其艰难的,即使高薪聘请的当地农民也常常因困难而罢工。“山路崎岖陡峭,丛林危险重重,能布置好探测仪器、采集到典型岩石样品便是一件令人欣喜若狂的事。”三维地质调查团队野外调查负责人周万蓬副教授感慨道。

该校多管齐下,计划采用“4+3”本硕连读培养方式,融合“地质学+地球物理勘探+信息技术”构建新的教育模式,在资源勘查工程专业之下设立“三维地质调查与建模”新工科方向的同时,强化地球信息科学与技术专业建设,培养多学科交叉融合的新型深部地质调查和找矿勘探人才。

该校将科研成果搬上讲台的同时,还将其运用到了区域地质调查实习中,首创了三维地质调查与建模实践教学模式。这不仅让学生掌握了先进技术和方法,还培养了实践能力、综合运用知识的能力和创新能力。

2018年,在中国地质学会组织的成果鉴定会上,“相山火山盆地三维地质调查”项目成果被评价为“总体上达到国际先进水平,三维地质调查与建模技术等方面达到国际领先水平”。该成果获得2017年度中国地质调查局地质科技一等奖、2018年度江西省科学技术进步一等奖。

正是他们一步一个脚印、一批接一批攻克难关,为最终的三维地质调查项目成果奠定了坚实的基础。项目组培养了一大批优秀学生,包括博士后7名、博士10名,硕士和本科生200多名。发表学术论文百余篇,出版专著5部,获发明专利3项、软件著作权2项。参与项目工作的本科生,在全国地质技能大赛中分别获得一等奖3项、二等奖9项、三等奖3项。