论自然历史分析法在工程地质学教学中的作用

李建勇，王新建，吴 琦，杨继红

华北水利水电学院 资源与环境学院，河南 郑州 450011

工程地质学是研究人类工程建设活动与自然环境相互作用和相互影响的一门地质科学，它以地学学科的理论为基础，应用数学、力学的知识与成就和工程学科的技术与方法来解决与工程规划、设计、施工和运营有关的地质问题[1]。工程地质学作为地质学与工程学交叉领域的一门应用学科，经过多年的生产实践、教学和科研探索，已经形成了相对比较完整的学科体系，目前已经成为地质工程、岩土工程、土木工程等专业的核心课程之一。关于工程地质学的教学改革已有学者从工程地质学的思维方法、认知过程等角度进行相关的研究[2-4]，有力推动了工程地质学教学研究的进展，本文拟从工程地质学的教学实践中发现的问题出发，讨论传统的地质学思维方法即自然历史分析法在工程地质学中的地位和作用。

一、目前在工程地质学教学中存在的若干问题

1.知识重复造成学生困惑

在“工程地质学”课程的课时安排中，往往和岩石力学、土力学、水文地质学等专业基础课程同时或者稍晚一点进行，同时又都包含边坡、洞室和地基三大应用，致使学生会感觉知识重复，从而产生困惑、厌倦。产生这种现象的主要原因就是学生没有正确理解工程地质学与岩土力学等学科的区别与联系。

工程地质学又包含有工程岩土学、工程动力地质学、工程地质勘察、区域工程地质学以及环境工程地质学等多个分支学科，因此属于应用地质科学的范畴，与许多学科有密切联系，其中与岩石力学、土力学和水文地质学的关系特别密切。从某种意义上讲，岩土力学属于“战术”型学科，重点分析某种岩土工程类型的强度、变形和稳定性问题，着眼于力学分析，注重纵向深度分析和解决问题的能力；而工程地质学则是从工程项目的整体出发，关注勘察、设计、施工、监测等各个阶段可能存在的地质问题，着眼于地质学分析，注重横向广度分析和提出问题的能力，属于多学科知识的综合运用，是培养地质、岩土、土木等专业人才宏观、系统、整体思维的“战略”学。如果学生能够理解各门专业课程之间的主要区别与联系，并且能够在工程地质学的学习过程中综合运用其他学科知识，就会引起学习工程地质学的主动性和成就感。

2.重视定量分析，轻视定性分析

相对于岩土力学等课程有明确的数学力学基础作支撑，工程地质学更强调运筹、方法和思维。在地质工程、岩土工程等专业学生的认知心理中有一种倾向就是有大量数学推导和力学原理的专业课程一定是非常重要的，而定性分析、经验论断比较多，乃至文字论述比较多的课程难度较低，往往放在次要的认知地位上，因为他们觉得只要死记硬背一些概念和论述即可，而往往忽视了文字论述背后的思想和思维方法，也正因为如此，不少学生对工程地质学产生枯燥无味的印象。

因此，除了加强引导学生认识“工程地质学”这门课程的特点及其在专业课程体系中的地位以外，不断推进教材改革也是工程地质学任课教师下一阶段需要做的工作之一。

3.基础地质学知识遗忘

一般而言，地质工程专业的课程体系往往是普通地质学、构造地质学、矿物岩石学等基础地质课程在大一或大二开设的，而工程地质学作为专业课或专业基础课到大三才开设，这样在学习工程地质学的时候，学生就会对以前学习的基础地质知识产生遗忘，再加上这一时期又缺少足够的野外实践，对基础地质的思维方法更感陌生。

如上所述，工程地质学的特点是多种学科知识的综合运用，而且本质上讲它是属于地质学范畴的，因此，在讲授工程地质学的时候，适时引导学生复习回顾基础地质的有关知识，强调地质学的传统思维方法，从而培养学生能够用地质学的眼光来分析和解决有关的工程问题非常必要。

二、加强自然历史分析法的教学和引导

1.自然历史分析方法及其在地质学中的地位与作用

自然历史分析方法，即地质学方法，就是要运用地质学的知识和原理去分析和解决问题，它是地质学的传统思维方法。“将今论古”和“以古论今，论未来”是地质学思维的两大方法论。“将今论古”的基本思想是现在是过去的钥匙，即用现在正在发生的地质作用去推测过去，类比过去，认识过去。地质学的现有成果很大程度上是建立在这一方法论之上的。“以古论今，论未来”的主要思想是因为人们今天能够直接加以观察的地质作用往往只是漫长的地质作用中的一个片段，而在过去的地质记录中却往往保留了地质作用的全部过程。因此，认识了过去就能够帮助我们更好地了解现在并且预测未来[5]。

2.用自然历史分析方法分析工程地质学

工程地质学作为地质学范畴的一门应用科学，自然历史分析方法是贯穿整个工程地质学的基础性思维方法。

比如在讲授工程岩土学中的软土部分时，首先阐述软土的各种物理力学性质，如软土的天然孔隙比大于或等于1.0，天然含水量大于液限，压缩系数一般大于0.5MPa-1，不排水强度一般小于30kPa等等，即让学生认识到在工程实践中如果遇到具有此类特征的土，就可以判为软土，这就要掌握软土的现状特征；然后就要引导学生发问：在什么样的条件下才会产生具有上述特征的软土？同时举例提示：在山区洪水过后往往会在地势低洼处形成一层淤泥，从而引导学生对软土的成因类型进行思考，即进行“将今论古”的思维实践；在认识到软土的地质特征和成因类型以后，就要把地质和工程结合起来，即如果在软土地基上进行工程建设，可能会产生哪些工程地质问题？如地基的不均匀沉降或沉降量过大导致上部结构开裂等问题，从而进行“以古论今，论未来”的思维实践。

又如在工程动力地质学中根据自然历史分析方法分析边坡的稳定性时，可以根据边坡的地貌形态、地质条件和边坡变形破坏的基本规律，追溯边坡演变的全过程，预测边坡稳定性发展的总趋势和边坡变形破坏方式，从而对边坡的稳定性作出定性评价。

工程地质学的就是研究地质环境与人类工程活动的相互关系问题，其中一个主要的任务就是在工程建设的前期阶段，在查明现有地质条件的基础上，预测施加人类工程活动以后可能出现的工程地质问题，如图1所示，从而为工程建设的安全稳定提供可靠的依据和合理的建议，因此，“以古论今，论未来”的地质学思维方法在工程地质学中有着特别的意义和作用。每一个学习工程地质学的人都应该掌握这种思维方法，用自然历史的观点去提出问题、分析问题和解决问题。

图1 工程地质学的自然历史分析法

三、结语

综上所述，“将今论古”和“以古论今，论未来”的自然历史分析方法，作为地质学传统思维方法论在工程地质学中有着特别的意义和作用。在工程地质学的教学中，加强引导学生了解地质体的条件特征，分析地质体的成因类型和演变过程，预测在加入人类工程活动因素后可能出现的工程地质问题，从而培养学生综合运用岩土力学等多学科的知识进行宏观、系统的战略思维能力以及提出问题、分析问题和解决问题的能力。

[1]陆兆溱.工程地质学[M].北京：中国水利水电出版社，2001.

[2]胡江春.浅析工程地质学教学改革[J].中国电力教育，2010，(36)：108-109.

[3]曹丽文.工程地质学思维方法培养的教学研究[J].中国地质教育，2002，(4)：54-55.

[4]孙强，杨继红，朱术云.从认知过程探讨工程地质学教学[J].中国地质教育，2010，(3)：100-102.

[5]夏邦栋.普通地质学[M].北京：地质出版社，1995.