数字串联在“能源地质学”课程教学中的应用

王绍清

中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083

教学方法

数字串联在“能源地质学”课程教学中的应用

王绍清

中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 100083

“能源地质学”是地质工程专业的核心专业课程，也是地球物理专业的选修课程。本文针对课程中煤田地质学知识体系的指标多、过程多等特点，提出用数字来简化表征。使用了数字串联方法，详述了其中数字的含义，绘制了基本关系示意图。这种教学方式既能提高的学生学习兴趣，也能简化复杂关系，对课程的讲解起到很好的促进作用。

能源地质学；数字串联；基本示意图

中国矿业大学（北京）自2010年招收地球物理专业的学生，“能源地质学”为地球物理专业的选修课程。目前使用的教材是陈家良等编著的《能源地质学》［1］，内容涉及有机质的形成、聚集、演化；沉积有机质的物质组成、性质；成煤、油、气的沉积体系及煤、油、气聚集的地质控制因素；煤层和油气藏的形成和变化以及能源矿产资源评价等内容。介绍对象既包括煤、油气等常规能源，也包括煤层气等非常规能源。

中国矿业大学（北京）一直以研究煤田地质为专长，也非常重视煤田地质学部分的教学，但是，随着学科专业的调整，“能源地质学”课程的授课学时压缩到40学时，其中讲课32学时，实验8学时。但“能源地质学”中煤田地质学知识具有术语多、实验多、过程多等特点，如何在有限的学时内讲好这部分内容尤为重要。相关学者已经就“煤地质学”课程教学与改革进行了深入的探讨［2-5］，提供了经验。本文根据笔者的上课体会，讨论数字串联方法在煤田地质学部分讲解中的作用。

一、基本内涵

在煤田地质学知识体系中，以“煤-煤层-含煤盆地”为主要研究对象，涉及煤的生物、物理、化学、地球化学、变质作用类型和非常规能源等6个方面，这6个方面直接影响着煤的利用途径。研究从理论和方法两个角度进行展开，方法涉及到多种现代分析测试手段。理论上，煤的部分，需要进行煤的物质组成（煤岩学和煤化学）、成煤作用和变质作用的分析；煤层部分，需要对厚度变化规律和煤质进行分析和评价；含煤盆地部分，需要分析聚煤作用发生的条件。而要分析每个研究对象的具体知识点，需要有不同的指标或者过程来完成。这些指标的细化与理解，直接作为煤分类体系的依据，而这些分类体系也指导着煤的利用途径。为便于学生快速理解和掌握各知识点及其关系，特采用数字串联的方法。

本文所讲的数字串联方法，仅指的是把煤田地质学核心内容的每个指标或过程用数字表示，先单独讲解，再串联各个部分的关系，从而达到完整的知识体系。这样做，便于学生的记忆与理解，搭建一个完整的框架，以引导学生快速掌握本课程的核心内容。具体来讲，针对煤田地质学部分，可以用“1-2-3-3-4-4-5-6-7-N” 数字串联，其相互之间也存有一定的关系，如图1所示。

图1 数字串联的基本示意图

在应用“1-2-3-3-4-4-5-6-7-N”数字串联时，其每个数字的具体含义如下。

1：表示一把钥匙。

从表面上看，煤是黑色的，而且燃烧导致环境污染，致使有部分人认为煤就是黑乎乎的。其实，通过煤岩学理论，借助光学显微镜，可以看到不同光源下的煤组分是色彩多样的，有白色、灰色、黄色、橙红色等等。所以，煤岩学是打开煤五彩缤纷世界的一把钥匙。而煤岩学是以岩石学观点和方法研究煤的物质成分、性质和工艺用途，并确定其成因及其合理应用的科学，其与煤地质学具有密切的关系，相互补充、相互渗透。

2：表示二个条件。

决定煤层厚度的二个因素：泥炭沼泽堆积的速度和沼泽水面的升降速度。通过这两个因素的比较，可以分三种情况来考虑，即泥炭沼泽堆积的速度大于沼泽水面的升降速度、泥炭沼泽堆积的速度小于沼泽水面的升降速度和泥炭沼泽堆积的速度等于沼泽水面的升降速度。

3：包括三个过程和三个因素。

（1）三个过程：成煤作用分为泥炭化作用和煤化作用两个过程，而煤化作用又分为成岩作用和变质作用，所以，整个成煤作用分为三个过程，即：泥炭化作用、成岩作用和变质作用。

（2）三个因素：影响变质作用的三个因素为温度、压力和时间。三种因素相互作用，温度和压力对煤变质作用的影响较大，而时间是次要要素。

4：包括四个因素和四大用途。

（1） 四个因素：泥炭沼泽和聚煤作用（盆地）需要至少四个因素的结合，即古植物、古气候、古地理和古构造，四种因素相互作用，相互影响。

（2） 四大用途：煤炭利用的四个方面为燃烧、气化、液化和碳化。

5： 表示五大分类体系。

（1）显微组分分类体系： 显微组分分类（褐煤、硬煤）、有机岩石学分类。

（2）煤质分级：水分、灰分、硫分、挥发份、HC-OC关系、反射率和角质层厚度等分级。

（3）煤的科学和商业分类： 成因分类（腐植煤、腐泥煤、腐植腐泥煤）、工业分类（褐煤、亚烟煤、烟煤、无烟煤）、ASTM、高煤级煤的分类等。

（4）元素分类：主要指元素周期表中的元素，尤其是与煤赋存状态紧密的元素。

（5）无机组成： 主要指矿物质分类。

6： 表示六个方面。

（1）煤生物方面：碳水化合物、蛋白质、类脂化合物和木质素。

（2）煤物理方面：密度、反射率、吸收率、磁性、电性等。

（3）煤化学方面：抽提、氧化、液化、燃烧等等。

（4）煤地球化学方面：矿物质、有机质与官能团的关系等等。

（5）变质作用类型［6］方面：深成变质作用、区域岩浆热变质作用、接触变质作用和动力变质作用等，其中区域岩浆热变质作用又可以细化为中深成或中浅成岩浆热变质、隐伏岩体热变质、 中浅成和浅成岩浆热变质和热液作用变质等。

（6）非常规能源：煤层气、油页岩等。

7： 表示七个要素。

决定煤层原始特征的因素［7］：（1）堆积方式（原地、异地）；（2）形成泥炭的植物群落；（3）沉积环境（湖沼、浅沼、咸水-微咸水、富含钙质的）；（4）养分供给（富养分、贫养分）；（5）PH、细菌活动性、硫的供给；（6）泥炭的温度；（7）EH（需氧、厌氧）。这七个因素的相互作用，影响着煤的质量。

N： 表示n 种分析方法。

研究分析煤有多种方法，包括物理方法、化学方法和现代仪器分析方法，如抽提、热分析（TG/TGA）、傅立叶-红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman spectroscopy）、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、热解-色/质谱（Py-GC/MS）等等。这些分析方法对于煤物理性质和化学性质等方面的研究具有重要意义。

二、实际运用与效果分析

笔者于2013～2014学年第二学期为地震专业2011级本科生讲授“能源地质学”课程，全班总计29人。经过此方法的讲解之后，通过调查与交流，同学们都很赞成此教学方法，认为至少有以下两点好处。

1.充分调动大家学习的兴趣

同学们认为此方法新颖，极大地引起了学习兴趣。以前学生认为煤田地质学的术语多、实验多和过程多，无从下手，只能靠死记硬背，学习起来也枯燥无味。本方法调动了学生学习主动性的同时，有效地激发了学生对煤田地质学的兴趣。

2.便于知识的理解与掌握

此教学方法的思路清晰，路线合理，便于同学们对知识的理解。有利于知识点的消化，能够更好的理解煤田地质学所涉及的内容及其相互关系。同时也便于记忆，从而为更好理解奠定了扎实基础。有数字，同时还存在相互关系，这与数学领域涉及的知识点有类似之处， 适合理工科学生的思维与学习方式。

当然，此教学方法也存在一些问题，如知识点之间的关联度不紧凑等问题，仍然需要很多改进之处。但本着在课堂上知识点传授和学生有效理解与掌握的层面，还是有很好的促进作用。作为一名教师，需要时刻思索如何改进教学方法，使学生在有限的学时内掌握课程的主要内容，甚至更好的知识和技能，而这也是本次教学方法探索的出发点。

三、结束语

如何在有限的课时内，把“能源地质学”中煤田地质学部分讲解透彻，使同学们能够理解课程的核心内容，是目前课程讲解过程中需要解决的问题。针对于此，本文阐述数字串联方法在煤田地质学讲解过程中的应用，有助于理清课程的核心内容，简化了课程的文字叙述，使同学们有兴趣学习数字含义，并进而学习和掌握了煤田地质学部分的内容。

［1］ 陈家良，邵震杰，秦勇.能源地质学［M］.徐州：中国矿业大学出版社， 2004.

［2］ 李增学，刘海燕，刘莹，等.“煤地质学”课程教学与改革［J］.中国地质教育， 2009，（1）：114-117.

［3］ 刘海燕，李增学，吕大炜.“煤地质学”课程中提高学生科学素养的探讨［J］.山东煤炭科技，2013，（1）：159-160.

［4］ 刘海燕，李增学，吕大炜.探讨“煤地质学”课程丰富实践教学的方法［J］.山东煤炭科技，2011，（1）：141-142.

［5］ 郝伟，曹代勇，彭宏钊.煤地质学网络信息资源分析及整合方式研究［J］.中国科技信息，2013，（11）：125-126.

［6］ 杨起.中国煤变质作用［M］.北京：煤炭工业出版社，1996.

［7］ Stach E， Mackowsky M T， TeichmÜller M， et al. Stach’s textbook of coal petrology ［M］. GebrÜder borntraeger， Berlin Stuttgart，1982.

energy geology； number series； general scheme

G642

A

1006-9372（2015）03-0061-03

2015-03-20；

2015-04-20。

中国矿业大学（北京）2013年课程建设与教学改革项目：《能源地质学》课程建设（K130203）。

王绍清，男，副教授，主要从事煤岩学、煤质学、煤地球化学等教学和研究研究。

投稿网址： www.chinageoeducation.net.cn 联系邮箱：bjb3162@cugb.edu.cn

引用格式：王绍清.数字串联在“能源地质学”课程教学中的应用［J］.中国地质教育，2015，24（3）：61-63.

Title： Application of Number-series in Teaching of Energy Geology

Author（s）： WANG Shao-qing