地质教学实习中定量思维的初步培养—以北京周口店实习为例

赵江南

中国地质大学（武汉）资源学院，湖北 武汉 430074

实践教学

地质教学实习中定量思维的初步培养—以北京周口店实习为例

赵江南

中国地质大学（武汉）资源学院，湖北 武汉 430074

野外地质实践教学是培养新型地学人才的关键环节，对于提高本科生观察及分析地质现象具有不可替代的作用。在地质教学中初步培养学生从定量的角度认识地质现象，能够加深对地质现象与地质规律的认识，从而启发学生的创新思维。本文以周口店实践教学为例，从定量描述地质现象、定量刻画地质规律以及地质工作方法的定量化数字填图等方面探讨了教学过程中对定量地学思维的初步培养，以达到提高学生学习积极性的目的。

定量思维；地质实践教学；周口店

野外实践教学是培养学生野外地质工作能力非常重要的手段。为培养地质类专业本科生实践能力，中国地质大学（武汉）前三学年先后需进行北戴河地质认识实习、周口店地质教学实习以及结合毕业论文的地质生产实习[1]。其中周口店地质教学实习是大学本科二年级学生在完成矿物学、岩石学、地层学、构造地质学等地质基础理论课程的基础上，所进行的一次全面系统的野外基础地质教学实践活动[2]。通过多学科、多方法的综合运用，不仅能够培养学生认识地质现象及了解野外工作程序和方法，而且能够在教学中培养学生的地质思维，进而引导和提高学生认识地质问题、分析地质问题和解决地质问题能力。前人也探讨了如何在教学中培养如“地质时空观”、“现象与本质”等地学思维的实践教学经验[2-3]。论文以笔者自身带班实践为基础，结合本学科资源勘查工程专业特点，以周口店地质现象分析为例，对实习中如何初步培养学生的定量地学思维进行探讨。

一、定量地学思维

地质学一般认为属于定性的、推理的、历史的科学。比如描述一块岩石手标本，我们主要从岩石的颜色、结构、构造、主要矿物组成等方面进行描述，并获得准确的岩石定名，这些描述多属于定性的描述。又比如我们认识一个鞘褶皱构造，我们可以通过三维空间不同截面的构造特征（XY面为舌状、YZ面圆形及椭圆形、XZ面不对称褶皱）来认识，并根据鞘褶皱以及线理方向对形成的韧性剪切环境及剪切方向进行推断，属于定性与推理的描述。我们现在所观测的地质现象是经过漫长地质历史而缓慢进行的地质作用的最终产物,正因为这种复杂性，造成不易于通过简单的数字来定量表述。

从宏观构造到微观矿物都需要直接观察，首先在脑子里形成的第一印象就是直觉，但是直觉不等于认识，只有通过逻辑思维, 直觉才能够成为认识。然而逻辑思维加工生产认识产品，地质学家不但要善于获得原料, 还要精于加工制作，定量思维有助于原材料的精细加工，把直觉搜集来的情报进行仔细加工，判别其主次，提取其内在联系规律。因此笔者认为，定量思维实际上是将具体事物转化和提取客观数据，然后筛选并分析数据加工转化为有用信息的思维方式，虽然不能用简单的数字完整地表达整个地质事物及现象，但是我们可以对他们的某些特征进行定量表达，同时地质现象的产生也常常可以通过概率来定量表征。

在定量思维指导下，运用一定的数学方法，主要能够解决地学以下几个方面的问题[4]：首先，查明地质体数学特征，建立地质产物的数学模型。

例如地质体厚度、品位等标志变化的数量规律性，按其属性可划分为几何特征、空间特征、统计特征和结构特征等4类；其次，研究地质作用中的各种因素及其相互关系，建立地质过程的数学模型。如地层剖面的计算机模拟等；最后，研究适合地质任务和地质数据特点的数学分析方法，建立地质工作方法的数学模型，可根据定量指标，对所研究的地质对象进行分类或判别，解决地质成因分析和成矿远景预测等各类地质问题。在野外实践教学中，不可能对这些数学地质理论与方法进行详细解说，这也不是野外实践教学任务的主要内容，而且在大三资源勘查工程专业将会学习矿床统计预测，会系统学习地质矿产中的定量分析方法，但是在野外实践中，可以通过讲授，逐步使学生接触地学研究中定性的方法，也能够运用定量方法来表征并研究地质规律，能够在地质工作中运用定量地学思维解决地质问题。

二、定量描述地质现象

在野外地质教学路线中，各类岩石的认识及地质现象的观察贯穿始终。地层观察描述包括地层中各类单层的颜色、岩石成分、结构（包括颗粒的粒度、分选和磨圆）及单层厚度等，岩浆岩的野外观察，一般包括如下内容：矿物成分、结构、构造、产状、相、分类命名等。变质岩描述一般包括矿物成分、结构、构造、变质矿物组合及其含量变化等等。岩石的鉴定方法是从事野外地质工作的基础，岩石的许多特征需在较大范围露头上观察才能得出正确结论，有些岩石的正确鉴定和命名也必须结合野外观察结果。定性观察至关重要，特别是对矿物的认识，没有扎实的基本功，一般不能准确定名。在岩石描述与定名中，除了强调需要从岩石的各个特征进行仔细观察，也要求学生对矿物的成分做估算，获得具体的数值，并记录于野薄之中，有助于提高岩石定名的准确度。除此之外，还告诉学生，岩石的定名除了野外鉴定之外，还可以在野外观察基础上，通过岩石取样及测试分析，获得主要造岩元素的定量数值，通过一定的图解，如侵入岩的QAPF等图解、火山岩的TAS分类图等辅助定名。

构造现象的认识也是野外教学实践的重要任务。野外对各类构造研究除相关的专门方法外，地质填图是最基本手段，包括划分构造类型、描述形态特征、采集各种要素的数据和信息；厘定力学性质、分析成因机制；查明空间上的组合关系和时间上的发育顺序；阐明构造变形背景和重塑变形演化史等[5]。典型构造现象观察要求我们善于观察，推理，要求我们搜集和记录有关构造的各种数据，如各类面理及线理的产状，反应褶皱位态分类的轴面倾角和枢纽倾伏角数据，各种节理的产状，构造变形区各类指标的数据等等，这些定量数据是我们分析各类构造的基础，同时，也可以在教学中穿插讲授构造研究的定量方法，如在各观察区段（点）所获得的节理数据在室内进行整理、统计、存储和制图。制作相关图件，若了解节理或与之相关的脉体发育情况时常绘编玫瑰花图、节理极点图等；若为分析节理与构造应变关系则可绘制节理应变场状态图等[6]。

三、定量刻画地质规律

在野外地质教学不仅需要培养学生认识各类岩石，也需要在教学推进过程中，认识时空演化地质规律，而定量分析方法也是研究这一规律的重要手段。以周口店野外地质教学路线重要的岩体认识路线即从西凤坡-迎风坡-磊孤山房山复式岩体路线为例，说明如何在教学中培养学生定量刻画空间分布规律。

岩体位于房山区西北，平面上近于圆形，直径7.5～9km，面积约60km2，为中等规模岩株。复式岩体早期侵位的是石英闪长岩体和闪长岩体，后期侵位的是花岗闪长岩体。岩体路线教学任务中有两点：（1）了解观察并描述复式岩体相带或单元划分标志及各自岩石学特征；（2）观察描述包体发育的位置、含量变化、形态特征，可以运用定量分析方法辅助学生加深对地质空间分布变化规律的理解与认识，从而更好完成这一教学任务。

要了解花岗闪长岩体岩相分带的依据，即钾长石斑晶呈有规律的变化，据其大小、含量的差异性，从外向内划分为边缘相、过渡相和中央相，其间无明显分界。那么到底粒径多大属于哪个相带，也是学生可能产生疑惑的地方。为了深入了解斑晶的分布规律，可以定量地确定相带界线。可以引用前人的研究成果辅助说明这个变化规律[5]。前人对房山岩体系统的进行斑晶测量，共完成测线14条，观测点236个，对所测得数据进行了分布统计、有序样品最优分割和趋势变化分析等。揭示了长石斑晶的空间分布规律，中央相，斑晶长轴均值大于11.5mm；过渡相，斑晶长轴均值11.5至8.8mm，边缘相，斑晶长轴均值小于8.8mm，具体划分相带界线时，必须考虑趋势变化特征，划

分界线的数值允许略有变动[1]。通过这个定量分析手段可以更好地刻画长石斑晶的变化规律，促进学生更好的理解从中央相巨斑状到粗斑中粒直到边缘相等粒状花岗岩的变化特征。包体特征的变化也是认识岩体空间变化规律的重要野外观测对象，从种类、含量、粒度、形态等4个方面观测从中央相到边缘相的变化规律，除了要求学生在路线过程中仔细定性观测外，还要求测量包体长轴与短轴的长度数据，整个路线跑完之后，学生对自己测得数据进行对比，就不仅仅一个直观的定性概念，还有精确地数据作为自己认识的证据，从而对变化规律有个更深的了解与认识。

四、数字填图—地质工作过程的定量化

为了更加适应未来工作的需要，周口店实习基地给资源勘查专业学生提出了更高的要求，需要在传统地质填图基础上，学习数字填图的方法，并应用到填图区的实践。数字填图实际上是把野外地质路线与实际材料图、地质图的人工工作过程，转变为野外现场地质调查与填图信息化的过程。周口店数字填图实践以PRB技术为核心，将野外数字地质调查过程分解为地质定点（Point）过程，分段路线（Routing）过程以及点和点界线（Boundary）过程三部分，PRB数字填图技术基本理论、技术方法、PRB过程及相应的数据模型的建立，实现了野外路线观测过程精确地定量化描述。通过数字填图，除了促进学生了解地质工作者使用的“老三件”锤子、罗盘、放大镜以外，也能熟练使用笔记本电脑、全球定位系统、数码相机等“新三件”，也使学生了解从野外定点、地质素描到地质图件制作等环节直接使用数字技术定量化工作的流程。因此要求安排学生以小组为单位, 提交完成野外地质填图路线设计、定点、地质界线划分、室内整理等工作,使学生真正得到锻炼，牢牢掌握数字填图的工作原理、方法步骤。

五、结论

总体说来，以上探讨了具体教学活动如何用数与量去认识地质现象，培育学生的定量思维，启发学生运用定量方法分析问题，应进一步加强对在实习中培育学生的定量思维这一教学活动的教学规律的总结：（1）注重野外地质观察与描述，注重野外基本技能训练，野外是室内教学的实践，要求学生具备扎实的理论基础和完备的实践技能；（2）注意定性观察与定量分析相结合，培养学生在野外工作中勤于获取地质数据的方法与习惯；（3）在教学活动中，认清教与学的关系，充分发挥师生两个积极性，通过问题教学、互动教学、综合对比等教学方法，加强趣味性和新旧内容的联系性，以旧引新、讲新复旧，使学生在野外实践中能够取得对客观事物的定量认识，揭示地质规律。

[1] 王敏芳，宫勇军，何谋春，等.周口店野外地质教学实习中高新技术的应用[J].中国地质教育， 2008，(3)：31-33.

[2] 谭俊.周口店地质教学实习中学生地质时空演化思维的培养[J].中国地质教育， 2012，(1)：155-157.

[3] 王根厚.周口店野外地质教学中地质思维的培养[J].中国地质教育， 2004，(4)：49-51.

[4] 赵鹏大.矿床统计预测[M]. 北京：地质出版社，1983.

[5] 胡旺亮，池顺都，周宗桂，等.房山花岗闪长岩体长石斑晶的数学特征及相带划分[J].地球科学，1987，12(2)：157-162.

[6] 赵温霞.周口店地质及野外地质工作方法与高新技术应用[M]. 武汉：中国地质大学出版社，2003.

Title: Preliminary Training of Quantitative Idea during Geological Practice Teaching in Zhoukoudian Practice Teaching Base

Author(s): Zhao Jiang-nan

quantitative idea; geological practice teaching; Zhoukoudian

G642

A

1006-9372 （2014）01-0065-03

2013-11-10。

本文系中央高校新青年教师科研基金（CUG120841）。

赵江南，男，讲师，主要从事数学地质、矿产普查与勘探的教学和研究工作。