“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程實驗教學(xué)改革探討

湯濟廣

摘 要： 通過實驗加深對理論知識的理解、提高解決實際問題的能力和幫助建立時空思維是“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程實驗教學(xué)的主要目的。為了更好地通過實驗促進課程教學(xué)，作者總結(jié)出目前實驗教學(xué)課程存在的問題：學(xué)生實驗過程缺乏主動性、現(xiàn)有課程考核方式不利于實驗教學(xué)、實驗教學(xué)投入不足、實驗教學(xué)未與實際有效結(jié)合，提出實驗教學(xué)改革方法：重視實驗課，加強構(gòu)造地質(zhì)學(xué)基本技能培養(yǎng)、讓學(xué)生參與實驗教學(xué)過程、實驗內(nèi)容貼近實際地質(zhì)問題、改進實驗的考核方式、傳統(tǒng)和現(xiàn)代的實驗教學(xué)方式綜合運用、進一步完善實驗教學(xué)設(shè)施。

關(guān)鍵詞： “構(gòu)造地質(zhì)學(xué)” 實驗教學(xué) 地質(zhì)構(gòu)造時空思維

實驗教學(xué)是加深對理論的理解和鞏固理論知識的有效途徑，是提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要教學(xué)組成部分[1]?！皹?gòu)造地質(zhì)學(xué)”以地質(zhì)構(gòu)造為研究對象，具空間尺度變化大，時間跨度長，而時間與空間思維的建立是“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程的核心特色和關(guān)鍵任務(wù)，因而實驗教學(xué)在地質(zhì)構(gòu)造時空思維建立的培養(yǎng)中起著重要作用[2]-[4]。

在資源勘查工程和地質(zhì)學(xué)專業(yè)“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”教學(xué)任務(wù)中，實驗學(xué)時超過總學(xué)時的三分之一，體現(xiàn)了“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”實驗教學(xué)在地質(zhì)學(xué)類人才培養(yǎng)中的重要地位。如何通過“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”實驗加深學(xué)生對理論知識的理解和幫助時空思維的建立是每個老師最為關(guān)心的教學(xué)問題[5]-[9]。因此，基于構(gòu)造地質(zhì)學(xué)理論知識的特點，并結(jié)合學(xué)科的發(fā)展，探索“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”實驗的教學(xué)方法，是不斷增強“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”教學(xué)效果，實現(xiàn)理論在實踐的體現(xiàn)，建立時空觀的核心，也是在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)由板塊構(gòu)造向超越板塊構(gòu)造發(fā)展過程中進行構(gòu)造地質(zhì)學(xué)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵[10]。

1.“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程特點及實驗重要性

“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程以地質(zhì)構(gòu)造為研究對象，主要研究內(nèi)動力地質(zhì)作用所形成的各種構(gòu)造地質(zhì)的形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模、形成條件、形成機制、分布和組合規(guī)律及演化史，并進一步探討產(chǎn)生地質(zhì)構(gòu)造的地殼運動的方式，規(guī)律及動力來源。該課程的豐富構(gòu)造地質(zhì)類型多以剖面圖和地質(zhì)圖展示，因此，閱讀、分析和編制地質(zhì)圖是“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”教學(xué)重要內(nèi)容之一，也是幫助學(xué)生建立構(gòu)造地質(zhì)時空思維的關(guān)鍵。

地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的系列變形與變位為地質(zhì)體空間上的動態(tài)演化及變形之結(jié)果，只有通過三維甚至四維才能有效展示演化過程。而目前教學(xué)過程中展示的地質(zhì)圖和剖面圖均為二維，對于剛開始學(xué)習(xí)“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”的學(xué)生而言，在初始閱讀這些二維的地質(zhì)圖和剖面圖時，難以很快建立起地質(zhì)構(gòu)造的時間與空間思維，如《讀傾斜巖層和不整合接觸地質(zhì)圖并作剖面圖》實驗中，平面圖顯示剖面線南東段和北西地表出露為水平巖層白堊系，而白堊系之下地層在作剖面過程中需基于該區(qū)地層的發(fā)育、分布特征進行補全，但是在實驗過程中，由于學(xué)生難以建立起構(gòu)造形態(tài)三維空間的產(chǎn)出狀態(tài)，對白堊系之下的地層難以確立。因此，“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程教學(xué)過程中，須加強實驗教學(xué)，采用“正”“反”相結(jié)合的教學(xué)方式?！罢奔礊閺娜S到二維的分析模式，通過構(gòu)造立體模型，建立地質(zhì)構(gòu)造的空間結(jié)構(gòu)，以理解地質(zhì)圖和剖面圖，而“反”為通過對地質(zhì)圖和剖面圖的讀圖，建立起三維空間模型，恢復(fù)空間立體結(jié)構(gòu)[11]。

地質(zhì)構(gòu)造的空間構(gòu)造和時間演化特征決定了“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程需重視實驗教學(xué)，只有將理論教學(xué)與實驗教學(xué)有機緊密結(jié)合，重視實驗教學(xué)，才能進一步促進理論教學(xué)，真正達到課程教學(xué)目的，才能培養(yǎng)出理論基礎(chǔ)扎實、實踐能力強的學(xué)生，只有這樣才能使教學(xué)真正符合新的專業(yè)培養(yǎng)計劃要求，培養(yǎng)出具創(chuàng)新精神與較強解決實際問題能力的學(xué)生。

2.“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”實驗教學(xué)中存在的問題

由板塊構(gòu)造向超越板塊構(gòu)造的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)理論發(fā)展的過程中，地質(zhì)構(gòu)造幾何學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)的揭示都是其重要的基礎(chǔ)。實驗教學(xué)作為“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程教學(xué)計劃的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生地質(zhì)構(gòu)造分析技能、幫助學(xué)生建立地質(zhì)構(gòu)造思維的重要方式，但目前在實驗教學(xué)過程中尚存在以下問題：

2.1實驗過程學(xué)生主動性不夠。

“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”實驗多為讀圖和作圖，涉及構(gòu)造現(xiàn)象的時空理解。部分學(xué)生對理論知識尚未完全掌握，難以建立起地質(zhì)概念，導(dǎo)致不會讀圖、不會分析圖，因此在實驗過程中對老師的講解和實驗教材產(chǎn)生依賴性，不愿積極查閱和思考，從而難以達到實驗的教學(xué)目的，即沒有通過實驗培養(yǎng)觀察問題和分析問題的能力。如在小比例尺地形地質(zhì)圖中求取巖層產(chǎn)狀的實驗中，課程上講得很細致而且例題很典型，部分學(xué)生在實驗作業(yè)過程中照搬過程，而未深入理解走向線如何確定，以及走向線相互之間關(guān)系，因此在實際解決問題過程中，部分學(xué)生感覺無處下手。又如在利用赤平投影方法分析斷層滑距的實驗中，要建立斷層三維空間模型才能更好地判別斜向滑動斷層性質(zhì)及兩盤滑動方向的，但是部分學(xué)生對平面和剖面的結(jié)合方式不愿意仔細思考、不愿意構(gòu)建三維空間模型，從而對斷層兩盤滑動方向難于準(zhǔn)確判別。

構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的實驗多為作構(gòu)造剖面圖、構(gòu)造等值線圖等，因此每次實驗課下作圖時間相對較長，部分學(xué)生不愿意多花時間在作圖上，存在一定的抄襲現(xiàn)象。長此以往，將會導(dǎo)致學(xué)生理論與實踐不能融會貫通、專業(yè)動手能力弱，進而可能無法適應(yīng)構(gòu)造地質(zhì)工作的實際需要。

2.2現(xiàn)有課程考核方式不利于實驗教學(xué)。

“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”屬于資源勘查工程和地質(zhì)學(xué)專業(yè)核心課程，學(xué)時較多，分別為56個學(xué)時和64個學(xué)時，其中實驗均為24學(xué)時，因此將構(gòu)造地質(zhì)學(xué)分為兩門獨立課程：“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”理論和“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”實驗。由于理論課學(xué)分多，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中注重理論課程的學(xué)習(xí)，在平時學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)過程中對理論投入時間較多。而對實驗部分重視程度不夠，對各類圖件分析方法和作圖基本原則掌握不甚全面，使得知識不能靈活任用，解決實際問題能力未得到很好的訓(xùn)練和提高。近幾年的理論課程試卷分析顯示，綜合讀圖題的失分比例最高，反映了學(xué)生對知識的靈活掌握程度和解決實際問題的能力不夠。因次，目前這種課程考核方式不利于人才培養(yǎng)和實際動手能力的提高，難以全面達到教學(xué)目的和專業(yè)培養(yǎng)要求。

2.3實驗教學(xué)投入不足。

“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程來源于實踐，為地質(zhì)現(xiàn)象的概括與總結(jié)。如果建設(shè)“構(gòu)造園”，應(yīng)將野外的構(gòu)造現(xiàn)象集中“搬回”實驗室，將對課程教學(xué)有著極大的促進作用[12]-[14]，如將褶皺、斷層、石香腸構(gòu)造、線理等地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的小型手標(biāo)本直接運用至實驗課上，有助于學(xué)生對地質(zhì)結(jié)構(gòu)的幾何學(xué)有更直觀的理解。由于對實驗教學(xué)的認識不足，使得實踐教學(xué)經(jīng)費投入不足，實驗室的建設(shè)尚不能完全滿足教學(xué)的需要。

2.4實驗教學(xué)未與實際有效結(jié)合。

賈承造院士指出：“當(dāng)前的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)具有以技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和社會需求、人才為導(dǎo)向的發(fā)展特點?！薄皩W(xué)科的發(fā)展要求我們把握新技術(shù)、新資料，適應(yīng)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國計民生的需求”[15]。在構(gòu)造地質(zhì)分析領(lǐng)域，計算機被廣泛應(yīng)用，如利用鉆井?dāng)?shù)據(jù)編制相關(guān)構(gòu)造平面圖和剖面圖、通過專業(yè)軟件進行構(gòu)造應(yīng)力計算、玫瑰花圖制作、展示赤平投影過程等。目前的實驗還是基于基本原理，用手工完成相關(guān)圖件的編制，這種手工完成圖件編制最大的好處就是使得學(xué)生明白并掌握編圖的基本原理、編圖的注意事項、圖件所表達的主體內(nèi)容等。但是在手工編圖的過程中，還可以同時借助相關(guān)軟件，再一次在計算機上編圖，使得計算機編圖與手工編圖相結(jié)合。然而在實際教學(xué)中，學(xué)生的實驗還是采用原始的手工作圖，未將相關(guān)地質(zhì)軟件的成圖納入實驗教學(xué)中，使得學(xué)校教學(xué)與單位工作的需要存在一定的脫節(jié)。顯然，當(dāng)前構(gòu)造地質(zhì)學(xué)實驗課程這種教育狀況尚難滿足實際工作的需求。

3.“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程實驗教學(xué)改革探討

為了更好地增強“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程教學(xué)效果和加強對學(xué)生基本技能的培養(yǎng)，對“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程實驗教學(xué)提出以下幾點改革探討，以加強實驗教學(xué)。

3.1重視實驗課，加強構(gòu)造地質(zhì)學(xué)基本技能培養(yǎng)。

實驗課是培養(yǎng)學(xué)生解決實際地質(zhì)問題的關(guān)鍵，在教師和學(xué)生中都要樹立起重視構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的意識。讓學(xué)生明白實驗的目的是通過地質(zhì)圖的讀圖和作圖，培養(yǎng)基本專業(yè)技能，加深對理論知識的理解和掌握，形成解決構(gòu)造地質(zhì)實際問題的能力。

在實驗教學(xué)過程中，從課前預(yù)習(xí)、課題實驗、課后習(xí)題方面對學(xué)生嚴(yán)格要求，從文字語言、符號表達方式、地層與斷層色彩等細節(jié)方面規(guī)范圖件編繪規(guī)范。實驗過程中，注意教授構(gòu)造地質(zhì)工作的一些基本方法和技能，使學(xué)生熟悉和了解地質(zhì)圖件的編繪思想、方法和技巧，并結(jié)合實際問題的分析，鞏固所學(xué)理論知識。如在“繪制褶皺地區(qū)剖面圖”實驗中對于次級褶皺的分析和褶皺轉(zhuǎn)折端深度的確定，“分析褶皺斷層地區(qū)地質(zhì)圖并做剖面圖”實驗飛來峰和構(gòu)造窗與逆沖推覆斷層的關(guān)系及剖面圖的編制，在教學(xué)過程中可以通過地質(zhì)模型構(gòu)建、幫助學(xué)生建立起構(gòu)造空間模式，以提高學(xué)生的空間想象和實際編圖能力。

3.2讓學(xué)生參與實驗教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

興趣是最好的老師，讓學(xué)生參與實驗教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生討論、思考，而不是被動地接受老師“填鴨式”的知識灌輸。部分較為容易的實驗，以及與實驗密切相關(guān)而非實驗習(xí)題內(nèi)容，安排學(xué)生自己當(dāng)老師來講授，促使學(xué)生做到課前認真復(fù)習(xí)，認真思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

近幾年對“用間接豐富確定巖層產(chǎn)狀要素”實驗內(nèi)容均隨機抽點學(xué)生，讓學(xué)生自己講授，而老師只提示走向線的性質(zhì)、走向線之間關(guān)系，以及如何通過走向線確定傾向。在“讀傾斜巖層和不整合接觸地質(zhì)圖并作剖面圖”實驗中，對于白堊系下伏巖層界線的給學(xué)生提供思路，讓學(xué)生自己討論并講解。通過實驗課程的參與，學(xué)生的積極性被調(diào)動起來，真正地思索地質(zhì)問題，逐漸形成構(gòu)造地質(zhì)思維。

3.3實驗內(nèi)容貼近實際地質(zhì)問題，使理論與實際更為有效結(jié)合。

學(xué)習(xí)理論知識的目的是更好地運用，在實驗教學(xué)過程中將實驗問題與生產(chǎn)實際需解決的問題緊密結(jié)合，這樣學(xué)生對實驗在生產(chǎn)實際中的實用性就更為清楚，同時在完成實驗過程中成就感更強烈。

筆者最近接觸到美國賓夕法尼亞大學(xué)本科生“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”實驗習(xí)題，與實際問題結(jié)合緊密，這樣學(xué)生在解決實驗習(xí)題中理論知識的靈活運用能力和基本專業(yè)技能得到很大的提高?！坝贸嗥酵队胺椒ù_定褶皺樞紐和軸面產(chǎn)狀”實驗習(xí)題要求判別鉆遇鐵礦層的鉆孔位置是否合適，但在實際教學(xué)過程中，要求學(xué)生構(gòu)建褶皺三維空間產(chǎn)出狀態(tài)，并結(jié)合鐵礦層在褶皺轉(zhuǎn)折端的分布特征，自己設(shè)計出能鉆遇鐵礦層的鉆孔位置，通過這些問題的解決，理論知識用“活”了，學(xué)習(xí)興趣提高了。

3.4改進實驗的考核方式。

長江大學(xué)資源勘查工程和地質(zhì)學(xué)專業(yè)“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程分別為56個學(xué)時和64個學(xué)時，其中實驗課為24個學(xué)時。在教學(xué)過程中，理論與實驗不分開，作為一門課程，同一教師講授理論課和實驗課，以保證授課過程中實驗課配合理論課進度，并使實驗中集中問題能及時反饋至理論課?？荚囈廊豢梢詫⒗碚摵蛯嶒灧珠_考核，但是這種考核不是分開、孤立的，而是一個整體，即只有同時通過理論和實驗考核，才算“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程通過，若存在一項不通過，均需要補考，甚至重修。這樣將使學(xué)生重視起實驗課程，實現(xiàn)實驗教學(xué)與理論教學(xué)密切結(jié)合，使學(xué)生實現(xiàn)從理論到實踐的跨越，并且進一步深入理解和掌握實踐反作用于理論，有效地提高教學(xué)質(zhì)量。

3.5傳統(tǒng)和現(xiàn)代的實驗教學(xué)方式綜合運用。

實驗習(xí)題大部分為編制系列地質(zhì)圖件，通過實驗的傳統(tǒng)手工編圖主要培養(yǎng)學(xué)生知道“為什么這么編圖”、“編圖的關(guān)鍵點在哪里”等問題，以提高編圖水平和專業(yè)技能。但是生產(chǎn)實際中，則利用相關(guān)計算機軟件完成編圖，如構(gòu)造等值線圖、應(yīng)力計算、玫瑰花圖制作等均可計算機成圖。

為了更好地培養(yǎng)與生產(chǎn)實際相接軌的人才，在實驗教學(xué)課程中采用手工與計算機并行的教學(xué)模式。即在實驗過程中，讓學(xué)生首先用傳統(tǒng)的方法，即完全手工完成赤平投影、節(jié)理走向玫瑰花圖、構(gòu)造等值線圖的編圖，然后再介紹相關(guān)地質(zhì)類小型軟件，進行計算機成圖。這種傳統(tǒng)和現(xiàn)代的實驗教學(xué)方式綜合運用，不僅使得學(xué)生明白并掌握編圖的基本原理、編圖的注意事項、圖件所表達的主體內(nèi)容等，還與現(xiàn)在的礦油企業(yè)科研工作能直接接軌，有利于人才的培養(yǎng)。

3.6進一步完善實驗教學(xué)設(shè)施。

“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”中的斷層和褶皺構(gòu)造類型、斷層效應(yīng)和“V”字形法則等涉及三維空間，而這些用圖片很難全面展示其構(gòu)造特征，因此需借助于三維構(gòu)造模型和小型實物樣品。即建立一個構(gòu)造類型齊全的“構(gòu)造園”，設(shè)置一次“構(gòu)造園”觀察，并對兩三件構(gòu)造模型或樣品進行構(gòu)造幾何學(xué)的描述，并展開運動學(xué)和動力學(xué)的探討實驗，將有利于提升學(xué)生對“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程的興趣，增強地質(zhì)構(gòu)造的時空思維。

4.結(jié)語

從板塊構(gòu)造到大陸動力學(xué)的構(gòu)造理論深入發(fā)展，使得構(gòu)造地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)教育面臨新的挑戰(zhàn)與發(fā)展機遇。加強實驗教學(xué)，注重專業(yè)技能的提高，是實現(xiàn)“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的主體教學(xué)任務(wù)之一，也是培養(yǎng)高水平構(gòu)造地質(zhì)學(xué)人才的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

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