“构造地质学”课程实验教学改革探讨

汤济广

摘 要： 通过实验加深对理论知识的理解、提高解决实际问题的能力和帮助建立时空思维是“构造地质学”课程实验教学的主要目的。为了更好地通过实验促进课程教学，作者总结出目前实验教学课程存在的问题：学生实验过程缺乏主动性、现有课程考核方式不利于实验教学、实验教学投入不足、实验教学未与实际有效结合，提出实验教学改革方法：重视实验课，加强构造地质学基本技能培养、让学生参与实验教学过程、实验内容贴近实际地质问题、改进实验的考核方式、传统和现代的实验教学方式综合运用、进一步完善实验教学设施。

关键词： “构造地质学” 实验教学 地质构造时空思维

实验教学是加深对理论的理解和巩固理论知识的有效途径，是提高学生综合素质的重要教学组成部分[1]。“构造地质学”以地质构造为研究对象，具空间尺度变化大，时间跨度长，而时间与空间思维的建立是“构造地质学”课程的核心特色和关键任务，因而实验教学在地质构造时空思维建立的培养中起着重要作用[2]-[4]。

在资源勘查工程和地质学专业“构造地质学”教学任务中，实验学时超过总学时的三分之一，体现了“构造地质学”实验教学在地质学类人才培养中的重要地位。如何通过“构造地质学”实验加深学生对理论知识的理解和帮助时空思维的建立是每个老师最为关心的教学问题[5]-[9]。因此，基于构造地质学理论知识的特点，并结合学科的发展，探索“构造地质学”实验的教学方法，是不断增强“构造地质学”教学效果，实现理论在实践的体现，建立时空观的核心，也是在构造地质学由板块构造向超越板块构造发展过程中进行构造地质学人才培养的关键[10]。

1.“构造地质学”课程特点及实验重要性

“构造地质学”课程以地质构造为研究对象，主要研究内动力地质作用所形成的各种构造地质的形态、产状、规模、形成条件、形成机制、分布和组合规律及演化史，并进一步探讨产生地质构造的地壳运动的方式，规律及动力来源。该课程的丰富构造地质类型多以剖面图和地质图展示，因此，阅读、分析和编制地质图是“构造地质学”教学重要内容之一，也是帮助学生建立构造地质时空思維的关键。

地质构造现象的系列变形与变位为地质体空间上的动态演化及变形之结果，只有通过三维甚至四维才能有效展示演化过程。而目前教学过程中展示的地质图和剖面图均为二维，对于刚开始学习“构造地质学”的学生而言，在初始阅读这些二维的地质图和剖面图时，难以很快建立起地质构造的时间与空间思维，如《读倾斜岩层和不整合接触地质图并作剖面图》实验中，平面图显示剖面线南东段和北西地表出露为水平岩层白垩系，而白垩系之下地层在作剖面过程中需基于该区地层的发育、分布特征进行补全，但是在实验过程中，由于学生难以建立起构造形态三维空间的产出状态，对白垩系之下的地层难以确立。因此，“构造地质学”课程教学过程中，须加强实验教学，采用“正”“反”相结合的教学方式。“正”即为从三维到二维的分析模式，通过构造立体模型，建立地质构造的空间结构，以理解地质图和剖面图，而“反”为通过对地质图和剖面图的读图，建立起三维空间模型，恢复空间立体结构[11]。

地质构造的空间构造和时间演化特征决定了“构造地质学”课程需重视实验教学，只有将理论教学与实验教学有机紧密结合，重视实验教学，才能进一步促进理论教学，真正达到课程教学目的，才能培养出理论基础扎实、实践能力强的学生，只有这样才能使教学真正符合新的专业培养计划要求，培养出具创新精神与较强解决实际问题能力的学生。

2.“构造地质学”实验教学中存在的问题

由板块构造向超越板块构造的构造地质学理论发展的过程中，地质构造几何学、运动学和动力学的揭示都是其重要的基础。实验教学作为“构造地质学”课程教学计划的重要组成部分，是培养学生地质构造分析技能、帮助学生建立地质构造思维的重要方式，但目前在实验教学过程中尚存在以下问题：

2.1实验过程学生主动性不够。

“构造地质学”实验多为读图和作图，涉及构造现象的时空理解。部分学生对理论知识尚未完全掌握，难以建立起地质概念，导致不会读图、不会分析图，因此在实验过程中对老师的讲解和实验教材产生依赖性，不愿积极查阅和思考，从而难以达到实验的教学目的，即没有通过实验培养观察问题和分析问题的能力。如在小比例尺地形地质图中求取岩层产状的实验中，课程上讲得很细致而且例题很典型，部分学生在实验作业过程中照搬过程，而未深入理解走向线如何确定，以及走向线相互之间关系，因此在实际解决问题过程中，部分学生感觉无处下手。又如在利用赤平投影方法分析断层滑距的实验中，要建立断层三维空间模型才能更好地判别斜向滑动断层性质及两盘滑动方向的，但是部分学生对平面和剖面的结合方式不愿意仔细思考、不愿意构建三维空间模型，从而对断层两盘滑动方向难于准确判别。

构造地质学的实验多为作构造剖面图、构造等值线图等，因此每次实验课下作图时间相对较长，部分学生不愿意多花时间在作图上，存在一定的抄袭现象。长此以往，将会导致学生理论与实践不能融会贯通、专业动手能力弱，进而可能无法适应构造地质工作的实际需要。

2.2现有课程考核方式不利于实验教学。

“构造地质学”属于资源勘查工程和地质学专业核心课程，学时较多，分别为56个学时和64个学时，其中实验均为24学时，因此将构造地质学分为两门独立课程：“构造地质学”理论和“构造地质学”实验。由于理论课学分多，使得学生在学习过程中注重理论课程的学习，在平时学习和复习过程中对理论投入时间较多。而对实验部分重视程度不够，对各类图件分析方法和作图基本原则掌握不甚全面，使得知识不能灵活任用，解决实际问题能力未得到很好的训练和提高。近几年的理论课程试卷分析显示，综合读图题的失分比例最高，反映了学生对知识的灵活掌握程度和解决实际问题的能力不够。因次，目前这种课程考核方式不利于人才培养和实际动手能力的提高，难以全面达到教学目的和专业培养要求。

2.3实验教学投入不足。

“构造地质学”课程来源于实践，为地质现象的概括与总结。如果建设“构造园”，应将野外的构造现象集中“搬回”实验室，将对课程教学有着极大的促进作用[12]-[14]，如将褶皱、断层、石香肠构造、线理等地质构造现象的小型手标本直接运用至实验课上，有助于学生对地质结构的几何学有更直观的理解。由于对实验教学的认识不足，使得实践教学经费投入不足，实验室的建设尚不能完全满足教学的需要。

2.4实验教学未与实际有效结合。

贾承造院士指出：“当前的构造地质学具有以技术、产业和社会需求、人才为导向的发展特点。”“学科的发展要求我们把握新技术、新资料，适应经济产业发展和国计民生的需求”[15]。在构造地质分析领域，计算机被广泛应用，如利用钻井数据编制相关构造平面图和剖面图、通过专业软件进行构造应力计算、玫瑰花图制作、展示赤平投影过程等。目前的实验还是基于基本原理，用手工完成相关图件的编制，这种手工完成图件编制最大的好处就是使得学生明白并掌握编图的基本原理、编图的注意事项、图件所表达的主体内容等。但是在手工编图的过程中，还可以同时借助相关软件，再一次在计算机上编图，使得计算机编图与手工编图相结合。然而在实际教学中，学生的实验还是采用原始的手工作图，未将相关地质软件的成图纳入实验教学中，使得学校教学与单位工作的需要存在一定的脱节。显然，当前构造地质学实验课程这种教育状况尚难满足实际工作的需求。

3.“构造地质学”课程实验教学改革探讨

为了更好地增强“构造地质学”课程教学效果和加强对学生基本技能的培养，对“构造地质学”课程实验教学提出以下几点改革探讨，以加强实验教学。

3.1重视实验课，加强构造地质学基本技能培养。

实验课是培养学生解决实际地质问题的关键，在教师和学生中都要树立起重视构造地质学的意识。让学生明白实验的目的是通过地质图的读图和作图，培养基本专业技能，加深对理论知识的理解和掌握，形成解决构造地质实际问题的能力。

在实验教学过程中，从课前预习、课题实验、课后习题方面對学生严格要求，从文字语言、符号表达方式、地层与断层色彩等细节方面规范图件编绘规范。实验过程中，注意教授构造地质工作的一些基本方法和技能，使学生熟悉和了解地质图件的编绘思想、方法和技巧，并结合实际问题的分析，巩固所学理论知识。如在“绘制褶皱地区剖面图”实验中对于次级褶皱的分析和褶皱转折端深度的确定，“分析褶皱断层地区地质图并做剖面图”实验飞来峰和构造窗与逆冲推覆断层的关系及剖面图的编制，在教学过程中可以通过地质模型构建、帮助学生建立起构造空间模式，以提高学生的空间想象和实际编图能力。

3.2让学生参与实验教学，激发学习兴趣。

兴趣是最好的老师，让学生参与实验教学过程，引导学生讨论、思考，而不是被动地接受老师“填鸭式”的知识灌输。部分较为容易的实验，以及与实验密切相关而非实验习题内容，安排学生自己当老师来讲授，促使学生做到课前认真复习，认真思考，激发学生的学习兴趣。

近几年对“用间接丰富确定岩层产状要素”实验内容均随机抽点学生，让学生自己讲授，而老师只提示走向线的性质、走向线之间关系，以及如何通过走向线确定倾向。在“读倾斜岩层和不整合接触地质图并作剖面图”实验中，对于白垩系下伏岩层界线的给学生提供思路，让学生自己讨论并讲解。通过实验课程的参与，学生的积极性被调动起来，真正地思索地质问题，逐渐形成构造地质思维。

3.3实验内容贴近实际地质问题，使理论与实际更为有效结合。

学习理论知识的目的是更好地运用，在实验教学过程中将实验问题与生产实际需解决的问题紧密结合，这样学生对实验在生产实际中的实用性就更为清楚，同时在完成实验过程中成就感更强烈。

笔者最近接触到美国宾夕法尼亚大学本科生“构造地质学”实验习题，与实际问题结合紧密，这样学生在解决实验习题中理论知识的灵活运用能力和基本专业技能得到很大的提高。“用赤平投影方法确定褶皱枢纽和轴面产状”实验习题要求判别钻遇铁矿层的钻孔位置是否合适，但在实际教学过程中，要求学生构建褶皱三维空间产出状态，并结合铁矿层在褶皱转折端的分布特征，自己设计出能钻遇铁矿层的钻孔位置，通过这些问题的解决，理论知识用“活”了，学习兴趣提高了。

3.4改进实验的考核方式。

长江大学资源勘查工程和地质学专业“构造地质学”课程分别为56个学时和64个学时，其中实验课为24个学时。在教学过程中，理论与实验不分开，作为一门课程，同一教师讲授理论课和实验课，以保证授课过程中实验课配合理论课进度，并使实验中集中问题能及时反馈至理论课。考试依然可以将理论和实验分开考核，但是这种考核不是分开、孤立的，而是一个整体，即只有同时通过理论和实验考核，才算“构造地质学”课程通过，若存在一项不通过，均需要补考，甚至重修。这样将使学生重视起实验课程，实现实验教学与理论教学密切结合，使学生实现从理论到实践的跨越，并且进一步深入理解和掌握实践反作用于理论，有效地提高教学质量。

3.5传统和现代的实验教学方式综合运用。

实验习题大部分为编制系列地质图件，通过实验的传统手工编图主要培养学生知道“为什么这么编图”、“编图的关键点在哪里”等问题，以提高编图水平和专业技能。但是生产实际中，则利用相关计算机软件完成编图，如构造等值线图、应力计算、玫瑰花图制作等均可计算机成图。

为了更好地培养与生产实际相接轨的人才，在实验教学课程中采用手工与计算机并行的教学模式。即在实验过程中，让学生首先用传统的方法，即完全手工完成赤平投影、节理走向玫瑰花图、构造等值线图的编图，然后再介绍相关地质类小型软件，进行计算机成图。这种传统和现代的实验教学方式综合运用，不仅使得学生明白并掌握编图的基本原理、编图的注意事项、图件所表达的主体内容等，还与现在的矿油企业科研工作能直接接轨，有利于人才的培养。

3.6進一步完善实验教学设施。

“构造地质学”中的断层和褶皱构造类型、断层效应和“V”字形法则等涉及三维空间，而这些用图片很难全面展示其构造特征，因此需借助于三维构造模型和小型实物样品。即建立一个构造类型齐全的“构造园”，设置一次“构造园”观察，并对两三件构造模型或样品进行构造几何学的描述，并展开运动学和动力学的探讨实验，将有利于提升学生对“构造地质学”课程的兴趣，增强地质构造的时空思维。

4.结语

从板块构造到大陆动力学的构造理论深入发展，使得构造地质学基础教育面临新的挑战与发展机遇。加强实验教学，注重专业技能的提高，是实现“构造地质学”教学培养目标的主体教学任务之一，也是培养高水平构造地质学人才的基础和关键。

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