實踐教學中科學研究能力的培養(yǎng)—以巢湖地質實習為例

孫林華

宿州學院 地球科學與工程學院，安徽 宿州 234000

實踐教學

實踐教學中科學研究能力的培養(yǎng)—以巢湖地質實習為例

孫林華

宿州學院 地球科學與工程學院，安徽 宿州 234000

實踐教學是地質類專業(yè)學生培養(yǎng)的重要組成部分。本文結合多年教學經(jīng)驗，系統(tǒng)分析了科學研究能力培養(yǎng)的各個層面（發(fā)現(xiàn)問題、分解問題、針對性研究、分析與寫作）與巢湖地質填圖實習之間的對應關系，并就實習中科學研究能力培養(yǎng)的方式方法進行了探討，對于挖掘巢湖地質填圖實習潛力、優(yōu)化地質專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)具有一定的借鑒意義。

實踐教學；科學研究能力；地質填圖；巢湖

在人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中，加強對人的科學研究能力，尤其是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)意義重大。在地球科學領域，為了更有效地促進學生科學創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，大量學者從多個層面開展了研究工作，并主要集中于課程模式和培養(yǎng)模式等方面[1-4]。這些研究為促進地球科學創(chuàng)新人才培養(yǎng)起到了積極的推動作用。對于地質專業(yè)學生而言，通常情況下，其教學分為兩大類，即理論和實踐教學，而實踐教學具有不可替代的重要性。巢湖地質填圖是國內(nèi)多所高校地質類專業(yè)學生的必修實踐教學課程[5]。雖然傳統(tǒng)的實踐教學只要求學生掌握地質填圖的相關基本技能，但就該過程而言，豐富的野外地質現(xiàn)象以及諸多的未解之謎對于同步開展科學研究能力的培養(yǎng)可能具有更為重要的意義，而這在地球科學創(chuàng)新人才培養(yǎng)中是不可或缺的。

目前南京大學等高校已經(jīng)在該地區(qū)開展了有益的嘗試，為學生人才培養(yǎng)起到了積極的示范作用。然而，對于巢湖地質填圖實習中學生的科學研究能力培養(yǎng)而言，目前仍然是分散和個別的，并沒有形成一個相對系統(tǒng)的培養(yǎng)模式。因此，本文擬從科學研究能力培養(yǎng)的角度出發(fā)，系統(tǒng)分析科學研究能力培養(yǎng)的各個層面與巢湖地質填圖實習之間的對應關系，以期為充分挖掘巢湖地質填圖實習潛力，以及優(yōu)化地球科學創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供參考。

一、巢湖地質填圖概況

1.基礎地質部分

宿州學院地質工程專業(yè)巢湖地質填圖實習主要在安徽省巢湖市西北部進行（圖1）。實習區(qū)內(nèi)地層主要包括志留系、泥盆系、石炭系、二疊系和三疊系。地層的巖石組成、沉積環(huán)境變化、化石組合、成礦成藏等是這一部分的主要內(nèi)容。區(qū)內(nèi)巖石以沉積巖為主，包括陸相礫巖、砂巖、粉砂巖、頁巖以及海相碳酸鹽巖（包括灰?guī)r和白云巖），巖石特征及成因是這一部分的主要內(nèi)容。此外，區(qū)內(nèi)發(fā)育了大量與南東-北西方向擠壓有關的平移斷層和逆沖斷層、與后期伸展有關的正斷層以及大量的褶皺。野外實習中，構造現(xiàn)象的識別與機理分析，尤其是局部構造與區(qū)域演化的有效銜接是主要內(nèi)容。針對以上內(nèi)容，實習共安排了4條踏勘路線且各有側重但整體以地層從老到新的順序進行安排（圖1）。

2.剖面測量與地質填圖部分

為了強化學生對地層巖石組成的掌握程度，同時學習地質標準剖面的測繪方法，實習共安排了3條實測剖面，分別位于鳳凰山、平頂山和馬家山，并分別以石炭系、二疊系和三疊系為主。通過這一部分的野外工作，可以為學生開展后續(xù)的地質填圖提供相對扎實的基礎，尤其是地層界限的識別，同時也是學生更為細致的發(fā)現(xiàn)科學問

題的良好契機。同時，根據(jù)區(qū)內(nèi)地層的出露情況，共設置了2個地質填圖區(qū)域，包括馬家山和平頂山-姚家山（圖1）。在該部分野外工作中，主要是以尋找地層界限為主，同時結合特殊地質現(xiàn)象的識別。通過該部分工作，可以讓學生更有效的掌握區(qū)內(nèi)整體的沉積環(huán)境以及構造變遷。

圖1 巢湖地質圖及路線設置圖

二、地質填圖中科學研究能力的培養(yǎng)

科學研究過程是對客觀事物的認識過程，也可以說是一個科學研究思維的過程。通常情況下，科學研究思維過程包括四大階段，即發(fā)現(xiàn)問題、了解情況、深入思考和實踐驗證等步驟。對于地質填圖實習中的科學研究能力培養(yǎng)而言，可分為發(fā)現(xiàn)問題、分解問題、針對性研究和分析與寫作等四個步驟，下面將逐一進行介紹。為了更為清晰地認識，巢湖地區(qū)相關可供分析的地球科學問題見表1。

表1 巢湖地質填圖路線規(guī)劃與主要內(nèi)容和可供分析的科學問題舉例

1.發(fā)現(xiàn)問題

交通優(yōu)勢度的概念最早由金鳳君提出，他認為區(qū)域交通優(yōu)勢度的評價指標與集成需要從“量”“質”“勢”3個方面綜合考慮。本文在總結、借鑒交通優(yōu)勢度相關研究的基礎上，延續(xù)“量”“質”“勢”的概念，建立機場優(yōu)勢度評價指標體系(見圖1)，具體維度內(nèi)涵與計算方法如下：

發(fā)現(xiàn)問題是科學研究最基礎性質的工作，也是所有科學研究階段中最重要的組成部分。多數(shù)情況下，發(fā)現(xiàn)問題比解決問題更重要，而且往往發(fā)現(xiàn)的是看似簡單但實際上包含了豐富地質科學的問題。對于地質專業(yè)的學生而言，這個過程一般是在野外路線調(diào)查的過程中實現(xiàn)的，當然也可以通過相關文獻的判讀來發(fā)現(xiàn)問題。

首先，我們可以在實習指導書羅列一系列的基本問題，如巢湖地區(qū)的沉積環(huán)境是如何變遷的、構造具有什么樣的特點、其成因如何等等，可以初步激發(fā)學生在科學研究上的興趣。此外，在野外路線踏勘中，可以帶領學生學會去發(fā)現(xiàn)更多的問題，如在鳳凰山路線中我們會發(fā)現(xiàn)高驪山組的雜色頁巖，此時可以問一下為什么顏色是五顏六色的；發(fā)現(xiàn)和州組的爐渣狀灰?guī)r，可以問一下是怎么形成的。而在馬家山路線中，可以問一下和龍山組中似瘤狀灰?guī)r是怎么形成的、南陵湖組大波痕可否存在其他可能的成因等。

需要注意的是，在這一層面中，無論發(fā)現(xiàn)的問題是大是小，簡單還是復雜都應該是值得肯定的，教師在最初的路線踏勘中更多的是扮演一個類似于導游的角色，鼓勵學生發(fā)現(xiàn)問題或者是提供參考性的信息，而不應該是審判者的角色而使得學生的問題發(fā)現(xiàn)能力受到制約。

2.分解問題

分析問題是對基礎性的或者現(xiàn)實性問題的升華。也就是說，將基礎性問題進行抽象和分解，將一個看似簡單的問題轉化為一個或者多個可以用數(shù)學、物理或者化學等學科進行解讀的科學問題。并且在該過程中，應該初步擬定關于該問題的一系列設想，或者叫可能性。然后羅列需要尋找的相關證據(jù)。此外，科學問題之所以存在爭議，通常與現(xiàn)象的多解性有關，因此應該鼓勵學生展開豐富的想象力，盡可能地發(fā)現(xiàn)可能性，進而通過適當?shù)恼T導進行下一步的工作。

例如，在獅子口路線中，我們會在墳頭組中發(fā)現(xiàn)楔形層理，這是怎么形成的便是一個基礎問題。為了便于科學研究，我們應該引導學生從基礎問題向科學問題轉變。如楔形層理具體是什么形態(tài)？與交錯層理有什么樣的異同？構造剪切作用能否產(chǎn)生類似的破裂？如果可以，沉積成因和構造成因應該會具有什么樣的區(qū)別？我們?nèi)绾舞b別？

除了楔形層理具有多解性外，棲霞組硅質結

3.針對性研究

就分解的科學問題開展針對性的地質調(diào)查研究工作，目的在于獲取針對性的證據(jù)，從而為存在爭議的可能性提供參考信息。這一層面的工作可以從兩個方面鼓勵學生去進行解決。首先是查找相關的文獻資料，這將有助于學生對相關問題的深化了解；其次是在路線踏勘基礎上開展更為細致認真的野外調(diào)查研究工作，包括采樣分析與現(xiàn)象調(diào)查等。

同樣以墳頭組楔形層理為例，單純從楔形層理的形態(tài)上看，該現(xiàn)象可以是沉積成因（交錯層理），也可能是構造成因（剪切作用）。但二者的區(qū)別是沉積成因所產(chǎn)生的紋層將與楔形層理相平行，而如果是構造成因，楔形層理有可能與巖層的紋層斜交。因此，要對二者進行區(qū)分的話，在下一步的野外工作中，學生就可以專注于檢驗紋層與楔形層理之間的關系，從而獲取針對性的證據(jù)。對于棲霞組硅質結核也可以進行同樣的分析，如果通過文獻查找能發(fā)現(xiàn)Eu元素的正異常，則可證實為熱液成因，發(fā)展則可考慮為生物成因。

此外，在該階段的工作中，應教育學生掌握系統(tǒng)化的地球科學研究方法。具體包括：提煉研究內(nèi)容或者題目、收集與整理相關資料、制定細化的研究方案和開展研究工作。在這幾項內(nèi)容中，研究內(nèi)容的提煉可能是最為重要的，此時應教育學生首先抓住最基本的問題，然后將這一問題上升到科學層面，常用的方法為“遍地撒網(wǎng)、重點撈魚”和“順藤摸瓜、尋根究底”。前者強調(diào)多查多看文獻，只要與研究對象有關的資料先瀏覽一遍，找出最相關的重點閱讀。后者則強調(diào)針對性強，找到一個相關的代表性文獻后，把相關的信息都發(fā)掘出來。二者各有優(yōu)劣，前者對于基礎學習有利，后者更適合高一層次的學習者。對于本科生而言，因為實習時間有限，教師應在研究方向和內(nèi)容上進行指導，使學生快速確定研究題目，并結合教師研究經(jīng)驗，利用案例教會學生做好制定好研究方案并開展研究工作。

4.分析與寫作

這一層面更強調(diào)的是學生對前三個層面工作的總結，思維的邏輯化和寫作的規(guī)范化是這一層面教學的主要內(nèi)容。通常情況下，研究報告是最好的方式且一般應包括如下幾個部分。

（1）研究背景：研究對象的概念、開展相關研究的有哪些報道、其認識是什么、證據(jù)是什么、自己是如何發(fā)現(xiàn)該問題的、研究目的是什么。（2）研究方法：包括研究區(qū)的地層、構造和巖石等基本地質特征，自己采取的調(diào)查分析方法。（3）研究結果與討論：首先是與現(xiàn)象直接有關的圖表和文字描述，然后是與證據(jù)有關的分析過程。（4）結論：簡單的總結以及展望。在這一部分的工作中，重點注意學生的寫作規(guī)范，如學術化的表達方式、規(guī)范的引用方式、圖標的正確繪制以及結果與討論部分的區(qū)別等。

對于有能力的學生，應該在這一階段鼓勵其開展更深層次的研究，通過更多資料的閱讀、開展更深層次的實驗等手段，使其認識得到進一步的升華。要從多個方面鼓勵學生：（1）從局部研究擴展到區(qū)域研究；（2）從多方面的綜合研究深入到單方面的深入研究；（3）從個性化研究到團隊化研究等。

三、結束語

在多年的巢湖地質填圖實踐教學中，許多學生通過以上途徑的訓練與培養(yǎng)，形成了較好的科學研究能力，并有部分學生發(fā)表了相關學術成果。如盧小龍等[6]通過分析棲霞組生物碎屑數(shù)量的變化規(guī)律，結合前人對全球棲霞期古氣候、古海洋的研究進展，推斷出華南二疊紀演化與峨眉山地幔柱的潛在聯(lián)系。更為重要的是，這種能力的培養(yǎng)具有延續(xù)性，上一級的學生所產(chǎn)生的成果對于下一級有著顯著的影響，從而使得這一過程逐漸地實現(xiàn)了良性循環(huán)，后續(xù)的地質工程專業(yè)本科生相繼發(fā)表學術論文多篇，涵蓋了地下水、環(huán)境保護和地球化學等多個學科領域[7-9]，對宿州學院地質工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)起到了較好的促進作用。

[1] 李夢，張向飛.試論地球科學創(chuàng)新性人才培養(yǎng)路徑：“板塊式課程”模式[J].教育教學論壇， 2012，11：159-161.

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[4] 王德滋，趙連澤.關于地球科學人才培養(yǎng)的實踐與思考[J].中國地質教育， 2002，(1)：9-13.

[5] 王心源，張廣勝，賈冠忠，等.安徽省巢湖野外地質實習基地建設與改革研究[J].中國地質教育，2007，(2)：47-51.

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[8] 孟雷，袁新田，張春麗，等.朱仙莊和蘆嶺煤礦土壤重金屬污染評價[J].井岡山大學學報：自然科學版， 2012， 33(5)：39-45.

[9] 張俊，孫林華.沉積物成巖階段元素地球化學變化： 以宿州市釣魚臺水庫為例[J].宿州學院學報，2012， 27(2)：36-39.

Title: Training of Scientific Research Ability during Practice Teaching: A Case Study of the Chaohu Geological Practice

Author(s): SUN Lin-hua

practice teaching; scientific research ability; geological mapping; Chaohu

G642

A

1006-9372 （2014）01-0068-04

2013-10-25。

安徽省質量工程項目（20101060）。

孫林華，男，副教授，主要從事地球化學的教學和研究工作。