面向卓越工程師的“沉積巖石學(xué)”實驗教學(xué)方法研究

梁 婷 ，金振奎

中國石油大學(xué)（北京） 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249

面向卓越工程師的“沉積巖石學(xué)”實驗教學(xué)方法研究

梁 婷 ，金振奎

中國石油大學(xué)（北京） 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是教育部為高校培養(yǎng)創(chuàng)新人才實施的教育計劃。在該計劃的引導(dǎo)下，如何突破傳統(tǒng)單一教學(xué)模式，對“沉積巖石學(xué)”實驗教學(xué)方法進(jìn)行改革，激發(fā)學(xué)生興趣，是一個亟待解決的問題。本文基于“沉積巖石學(xué)”實驗教學(xué)的特點(diǎn)，提出了驗證性實驗與設(shè)計性和研究性實驗相結(jié)合的教學(xué)方法，并強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力、操作能力和科研能力的培養(yǎng)。

沉積巖石學(xué)；實驗教學(xué)；卓越工程師

國土資源領(lǐng)域“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）是貫徹落實《國家中長期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《國土資源中長期人才發(fā)展規(guī)劃（2101—2020年）》實施的國土資源領(lǐng)域高等教育重大計劃，旨在建設(shè)創(chuàng)新高校人才培養(yǎng)機(jī)制，提高國土資源領(lǐng)域人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)國土資源系統(tǒng)和地質(zhì)勘查行業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)工程技術(shù)人才。為了推進(jìn)“卓越計劃”，教育部聯(lián)合國土資源部頒布了《國土資源部關(guān)于實施國土資源領(lǐng)域卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的意見》（教高[2014]6號）。意見強(qiáng)調(diào)了實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的重要性，指出“加強(qiáng)實驗和實踐環(huán)節(jié)建設(shè)，突出野外觀察能力和室內(nèi)分析能力的培養(yǎng)”是“卓越計劃”中的重要工作內(nèi)容。

“沉積巖石學(xué)”是我國國土資源領(lǐng)域?qū)I(yè)的核心基礎(chǔ)課程，其重要性不言而喻。做為一門地礦、石油類院校的老牌課程，“沉積巖石學(xué)”在理論教學(xué)和野外實習(xí)建設(shè)等方面取得了眾多突破[1-4]。然而在實驗教學(xué)方面，教學(xué)改革的步伐卻稍顯滯后。目前，“沉積巖石學(xué)”的實驗教學(xué)多以薄片鑒定為主要內(nèi)容[4]。雖然這種驗證性實驗可以加深學(xué)生對理論知識的理解，但實驗結(jié)果雷同，留給學(xué)生發(fā)揮的空間不足。顯然，這樣的實驗教學(xué)方法與“卓越計劃”是不匹配的。因此，“沉積巖石學(xué)”如何以“卓越計劃”為引導(dǎo)，利用科研資源，在實驗教學(xué)上進(jìn)行合理的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法改革以促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，就成為當(dāng)務(wù)之急。

一、“沉積巖石學(xué)”實驗教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題

“沉積巖石學(xué)”課程主要介紹沉積巖的形成過程、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、分類、成巖變化和成因分析等方面內(nèi)容。目前，大部分的地礦、石油類高校中“沉積巖石學(xué)”的實驗教學(xué)主要為沉積巖的鏡下鑒定、描述和成因分析（表1）。這些實驗需要學(xué)生通過顯微鏡來驗證性質(zhì)、現(xiàn)象和特征，均屬于驗證性實驗。這種類型實驗的優(yōu)點(diǎn)是將抽象的陳述具體化，深化對理論知識的理解。然而，單一的實驗類型令實驗教學(xué)內(nèi)容枯燥，而且無法對培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際能力、動手能力、工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力發(fā)揮促進(jìn)作用和效果。經(jīng)過20個學(xué)時的實驗課程的學(xué)習(xí)之后，學(xué)生的反應(yīng)往往是“不知道學(xué)了有什么用處”，甚至認(rèn)為“沉積巖石學(xué)”就是一門死記硬背的學(xué)科，失去了學(xué)習(xí)興趣。

表1 “沉積巖石學(xué)”傳統(tǒng)實驗內(nèi)容和教學(xué)手段

相較其他理工科類專業(yè)的核心課程的實驗教學(xué)，“沉積巖石學(xué)”的實驗教學(xué)顯然過分依賴于驗證性實驗，而忽視了對設(shè)計性實驗和研究性實驗的開發(fā)。不同于驗證性實驗，設(shè)計性實驗更強(qiáng)調(diào)學(xué)生自己的設(shè)計和實驗操作得到實驗結(jié)果，而研究性實驗則是為解決某一未知問題而進(jìn)行的探索。因此，相較于驗證性實驗，后兩者對于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)更為顯著。

二、“沉積巖石學(xué)”實驗教學(xué)框架設(shè)計

針對目前“沉積巖石學(xué)”實驗教學(xué)中存在的問題，筆者認(rèn)為應(yīng)該從以下幾個方面入手，開展實驗教學(xué)改革，提高實驗教學(xué)效率，滿足“卓越計劃”對地學(xué)人才的要求。

1.精簡驗證性實驗

“沉積巖石學(xué)”的基礎(chǔ)驗證性實驗比較多，而且實驗課的課時有限。為了適當(dāng)增加其他實驗類型比例，薄片鑒定教學(xué)內(nèi)容需要進(jìn)行精簡。以中國石油大學(xué)（北京）的“沉積巖石學(xué)”以往實驗教學(xué)為例，實驗內(nèi)容按照礫巖和石英砂巖、長石砂巖、巖屑砂巖、雜砂巖、碎屑巖綜合鑒定、火山碎屑巖、碳酸鹽巖的結(jié)構(gòu)組分、灰?guī)r、白云巖和碳酸鹽巖成巖作用劃分分為十次實驗課（表1）。這些實驗教學(xué)往往存在內(nèi)容上的重復(fù)，導(dǎo)致重點(diǎn)不突出。為了提高教學(xué)效率并突出教學(xué)目的，筆者結(jié)合國外同類高?！俺练e巖石學(xué)”實驗課程安排，嘗試著將碎屑巖的5次驗證性的實驗內(nèi)容整合為2次碎屑巖鏡下和手標(biāo)本鑒定，將碳酸鹽巖的4次驗證性實驗內(nèi)容整合為3次碳酸鹽巖鏡下和手標(biāo)本鑒定。于此同時，增加1次觀察和描述沉積構(gòu)造的實驗內(nèi)容（表2）。這樣的安排既可以避免鑒定內(nèi)容的重復(fù)性和單一性，也可以鍛煉學(xué)生鑒定、描述、估計含量和素描等基本技能。另外，為了避免學(xué)生實際操作時可能出現(xiàn)的盲目性，授課教師要編寫相應(yīng)的實驗課習(xí)題并開發(fā)實驗數(shù)據(jù)庫，將實驗過程規(guī)范化和圖形化，引導(dǎo)學(xué)生完成實驗。

2.開發(fā)設(shè)計性實驗

物理沉積模擬實驗一直伴隨著沉積巖石學(xué)的發(fā)展，也是當(dāng)前沉積學(xué)科的科學(xué)前沿問題[5]。將這樣的模擬實驗融入到“沉積巖石學(xué)”實驗教學(xué)中，不僅可以讓學(xué)生直觀地觀察沉積現(xiàn)象和沉積巖的形成過程，也可以激發(fā)學(xué)生對“沉積巖石學(xué)”的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思想和創(chuàng)新能力。這種想法已經(jīng)在一些院校得到了實現(xiàn)，比如中國石油大學(xué)（華東）就嘗試著將“水槽實驗”融入到實驗教學(xué)中[5]。

然而，將研究用途的模擬實驗引入本科實驗教學(xué)，不僅受到實驗儀器和空間的限制，還要不可避免遇到學(xué)生參與度低的尷尬。比如，水槽實驗在“沉積巖石學(xué)”的實驗教學(xué)中只能做到讓學(xué)生分多個小組分期觀察[8]，而無法真正達(dá)到設(shè)計性實驗的要求，即讓每個學(xué)生都進(jìn)行實驗操作和修改。顯然，這樣的“設(shè)計性實驗”并不能對“卓越計劃”中所強(qiáng)調(diào)的動手能力、理論聯(lián)系實際能力以及工程應(yīng)用能力起到很好的促進(jìn)作用和效果。

表2 “沉積巖石學(xué)”實驗教學(xué)框架設(shè)計

對于“沉積巖石學(xué)”課程而言，開發(fā)設(shè)計性實驗既要考慮操作方便，又要具有一定的針對性。為此，筆者嘗試著將一些操作性強(qiáng)的設(shè)計性實驗引入到“沉積巖石學(xué)”實驗課程中（表2），并結(jié)合驗證性實驗，極大地促進(jìn)教學(xué)效果并提高學(xué)生的動手能力。例如，實驗教學(xué)增加了“碎屑巖的結(jié)構(gòu)和粒度分析”的設(shè)計性實驗環(huán)節(jié)，同時針對“碳酸鹽巖成巖作用和孔隙結(jié)構(gòu)”這一內(nèi)容補(bǔ)充了相關(guān)的設(shè)計性實驗。其中，在“碎屑巖的結(jié)構(gòu)和粒度分析”一節(jié)中，筆者選取了不同搬運(yùn)距離下的碎屑巖顆粒，讓學(xué)生利用篩析法進(jìn)行粒度分析和成分差異識別（表2）。在“碳酸鹽巖成巖作用和孔隙結(jié)構(gòu)”一節(jié)中，開發(fā)了碳酸鹽巖次生孔隙形成的設(shè)計性實驗，即針對不同類型的灰?guī)r和白云巖樣品進(jìn)行單位時間內(nèi)同種溶液的淋濾，然后磨片觀察對比與原始樣品的差異（表2）。在這些設(shè)計性實驗過程中，教師不僅要提供實驗材料，還需給出實驗的整體框架和思路。學(xué)生要自己完成實驗構(gòu)想，驗證沉積現(xiàn)象，整理實驗數(shù)據(jù)并撰寫實驗報告。設(shè)計性實驗，一般是分成三人小組進(jìn)行。在此過程中，不僅團(tuán)隊協(xié)作能力得到培養(yǎng)，學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問題能力也得到極大程度的促進(jìn)。更為重要的是，這種類型的實驗可以讓學(xué)生從被動灌輸知識的角色轉(zhuǎn)換為主動獲取知識的主體，極大地調(diào)動其興趣和主觀能動性。

3.建設(shè)研究性實驗

驗證性實驗和設(shè)計性實驗強(qiáng)調(diào)感官刺激以深化學(xué)生對理論知識的理解，為學(xué)生創(chuàng)新思維與能力的培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。然而，驗證性和設(shè)計性實驗內(nèi)容往往具有獨(dú)立性，是針對某個沉積現(xiàn)象設(shè)計的，邏輯聯(lián)系不緊密，應(yīng)用目的不突出。為了解決學(xué)生“為什么學(xué)”的問題，筆者嘗試著根據(jù)教學(xué)內(nèi)容將科研課題轉(zhuǎn)化為研究性實驗題目（表2），連同手標(biāo)本、巖石薄片和相關(guān)測試數(shù)據(jù)提供給學(xué)生，使實驗教學(xué)和科研相互促進(jìn)。當(dāng)然，這種研究性實驗必須與研討課堂區(qū)分開。前者強(qiáng)調(diào)實驗數(shù)據(jù)的獲得、整理和分析能力的培養(yǎng)，而后者則著重于對學(xué)生文獻(xiàn)調(diào)研能力的培養(yǎng)。由于研究性實驗具有一定的探索性，僅僅通過實驗教學(xué)規(guī)定的學(xué)時是無法完成的。筆者推薦的做法是，教師提前對選定區(qū)域地層劃分小層，并為每個小層配備相關(guān)的薄片、手標(biāo)本、野外露頭照片、厚度數(shù)據(jù)、地質(zhì)圖和露頭的信手剖面圖等資料。在研究性實驗開始前一個月的時候，教師為每位學(xué)生分配連續(xù)的5～6個小層，并將研究內(nèi)容、樣品、相關(guān)數(shù)據(jù)、圖件、研究目的和報告格式發(fā)放給學(xué)生，要求學(xué)生在指定時間上交一份關(guān)于沉積巖石學(xué)特征分析的研究報告。在這樣的過程中，教師鼓勵學(xué)生利用課余時間預(yù)約顯微鏡實驗室開展研究性實驗，并進(jìn)行一定的文獻(xiàn)調(diào)研。這種做法，在一定程度上，可以對學(xué)生合理利用時間起到一定的敦促作用，而且研究性實驗的推進(jìn)可以使學(xué)生掌握收集文獻(xiàn)資料的方法，了解科研過程，并培養(yǎng)研究能力。

三、結(jié)束語

“卓越計劃”要求大學(xué)加大對學(xué)生實踐能力和科學(xué)研究能力的培養(yǎng)。對于沉積巖石學(xué)教學(xué)而言，對實驗教學(xué)內(nèi)容的豐富、改良以及整合是十分必要的，也是踐行“卓越計劃”的必然趨勢。

[1]趙永剛，趙明華，楊熙．“沉積巖石學(xué)”課程中砂巖分類的教學(xué)設(shè)計與課堂實踐[J]．中國地質(zhì)教育, 2010,19 （2）：90-94．

[2]鮮本忠，朱筱敏．建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的“沉積巖石學(xué)”教學(xué)改革[J]．中國地質(zhì)教育，2010，19（4）：104-108．

[3]朱世發(fā)，朱筱敏，董艷蕾．野外地質(zhì)教學(xué)實習(xí)課程的考核方式改革探索[J]．教育學(xué)論壇，2015（35）:107-108．

[4]胡作維，李云．“沉積巖石學(xué)”實驗教學(xué)規(guī)律探析[J]．高等教育，2012（6）：149-152．

[5]鄢繼華，陳世悅，袁靜．物理沉積模擬在“沉積學(xué)”實踐教學(xué)改革中的探索[J]．中國地質(zhì)教育, 2010，19（2）：36-39．

sedimentary rocks; experimental teaching methods; excellent engineer

G642

A

1006-9372（2017）04-0060-04

Title:Application of Excellent Engineer Training on Experimental Teaching Methods of Sedimentary Rocks

Author(s):LIANG Ting, JIN Zhen-kui

2017-04-07；

2017-09-11。

中國石油大學(xué)（北京）2016年度校級教學(xué)改革項目“‘沉積巖石學(xué)’實驗課程的教學(xué)方法改革”（2016jgxm075）。

梁婷，女，副教授，主要從事沉積學(xué)和巖石學(xué)的教學(xué)與研究工作。

投稿網(wǎng)址： www.chinageoeducation.net.cn 聯(lián)系郵箱：bjb3162@cugb.edu.cn

梁婷 ，金振奎．面向卓越工程師的“沉積巖石學(xué)”實驗教學(xué)方法研究[J]．中國地質(zhì)教育，2017，26（4）：60-63.