勘查技術(shù)與工程專業(yè)的實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面教學(xué)改革探討

鮑曉歡，張世暉，曹雪蓮

1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理與空間信息學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.湖北省地球內(nèi)部多尺度成像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074

一、實(shí)測(cè)剖面教學(xué)現(xiàn)狀

野外實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面工作是指通過野外實(shí)地測(cè)量的方式，按一定方向詳細(xì)了解測(cè)區(qū)內(nèi)地下一定深度、一定距離內(nèi)的地層、構(gòu)造和巖體等特征[1]。這是中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）秭歸地質(zhì)實(shí)踐教學(xué)實(shí)習(xí)的重要內(nèi)容之一，是勘查技術(shù)與工程（勘查地球物理）專業(yè)的本科學(xué)生綜合運(yùn)用地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本原理、在教師指導(dǎo)下半獨(dú)立開展野外地質(zhì)露頭研究的重要環(huán)節(jié)。

從勘查技術(shù)與工程（勘查地球物理）專業(yè)培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)出發(fā)，要求學(xué)生理解和掌握勘查地球物理實(shí)踐所需要的地質(zhì)學(xué)知識(shí)，并具備將其應(yīng)用到勘查地球物理領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。野外實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面工作需要綜合運(yùn)用地質(zhì)羅盤和測(cè)繩，涉及導(dǎo)線測(cè)量、地層分層、產(chǎn)狀測(cè)量、地質(zhì)標(biāo)本采集、野外記錄簿記錄、野外信手剖面以及室內(nèi)實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面繪制等多項(xiàng)技能，有利于提高學(xué)生野外實(shí)際動(dòng)手能力。秭歸地質(zhì)實(shí)踐教學(xué)實(shí)習(xí)開設(shè)于本科三年級(jí)第一學(xué)期開學(xué)伊始，既是對(duì)前兩年地質(zhì)學(xué)方向理論教學(xué)（地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、礦物巖石學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)）的延伸與補(bǔ)充，也是培養(yǎng)和提升學(xué)生綜合解決實(shí)際地學(xué)問題專業(yè)能力的平臺(tái)和關(guān)鍵。在實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面的教學(xué)實(shí)踐過程中，教學(xué)主體逐步從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)的主動(dòng)性逐步得到釋放，成為整個(gè)地質(zhì)實(shí)習(xí)的關(guān)鍵一環(huán)。

目前，實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面教學(xué)已形成室內(nèi)講授、站內(nèi)模擬練習(xí)和野外獨(dú)立工作三者有機(jī)結(jié)合的成熟模式，以小組為單位，通過合理的實(shí)習(xí)內(nèi)容、嚴(yán)格的工作程序，鍛煉和培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)教學(xué)和科研相合、地質(zhì)和地球物理相結(jié)合，同時(shí)針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)一步完善教學(xué)細(xì)節(jié)，是深入教學(xué)改革的有益探索和嘗試，有利于在基礎(chǔ)學(xué)科學(xué)習(xí)中突出專業(yè)特色、有的放矢，在教學(xué)中提升學(xué)生的學(xué)科交叉能力，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象、解決實(shí)際科學(xué)問題的能力。

二、發(fā)揮地緣優(yōu)勢(shì)，以研促教

野外實(shí)踐課程是承載教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)積極互動(dòng)的平臺(tái)，科學(xué)研究是聯(lián)系教師和學(xué)生形成內(nèi)生動(dòng)力的途徑。基于已有的實(shí)習(xí)課程，通過充分開發(fā)實(shí)習(xí)基地資源，將地質(zhì)實(shí)習(xí)內(nèi)容與長(zhǎng)江流域的區(qū)域研究熱點(diǎn)結(jié)合在一起，從而激發(fā)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解與記憶，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和地質(zhì)思維方法，提高獨(dú)立思考和判斷的能力。

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）秭歸產(chǎn)學(xué)研基地位于湖北西部三峽地區(qū)，周邊實(shí)習(xí)點(diǎn)道路通過條件好，在地質(zhì)、地球物理、地理和人文等方面具備很好的教學(xué)素材。沉積巖、巖漿巖、變質(zhì)巖出露齊全，從前寒武紀(jì)到古生代直至新生代地層發(fā)育完整、連續(xù)，周圍的地質(zhì)現(xiàn)象豐富、地形地貌奇特，是開展地質(zhì)和地球物理方面教學(xué)研究的天然實(shí)驗(yàn)室。目前，勘查技術(shù)與工程（勘查地球物理）專業(yè)的地質(zhì)實(shí)踐教學(xué)教材采用本校地學(xué)院編寫的《秭歸產(chǎn)學(xué)研基地野外實(shí)踐教程——基礎(chǔ)地質(zhì)分冊(cè)》[2]。實(shí)測(cè)地層剖面教學(xué)中，學(xué)生以小組（6～7人）為單位，對(duì)九龍灣南沱組地層進(jìn)行分層、測(cè)量、數(shù)據(jù)整理與分析，以及導(dǎo)線平面圖、地層剖面圖與柱狀圖的室內(nèi)繪制，從而使學(xué)生將課堂的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生艱苦樸素、求真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神[3]。

研究型教學(xué)能提升課堂文化，以野外實(shí)踐教學(xué)為平臺(tái)能促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)三位一體的提升。實(shí)習(xí)基地以南鄂陽頁1井在震旦系陡山沱組發(fā)現(xiàn)迄今全球最古老頁巖氣藏[4]，開辟了頁巖氣勘探的新領(lǐng)域，使中揚(yáng)子地區(qū)成為天然氣能源勘探研究的熱點(diǎn)區(qū)域。秭歸地區(qū)陡山沱組是全球性冰川消融后引發(fā)的廣泛海侵初期的產(chǎn)物，其中富有機(jī)質(zhì)頁巖分布廣泛、厚度變化大、成熟度變化范圍大，是前寒武紀(jì)富有機(jī)質(zhì)頁巖研究的天然實(shí)驗(yàn)室。

通過利用秭歸產(chǎn)學(xué)研基地的地理優(yōu)勢(shì)，切合當(dāng)?shù)啬茉囱芯繜狳c(diǎn)，更新實(shí)測(cè)地層剖面教學(xué)內(nèi)容，以陡山沱組作為教學(xué)對(duì)象，從而形成實(shí)踐教學(xué)中不斷創(chuàng)新的方向和動(dòng)力。這樣一來，既切合實(shí)際研究，使學(xué)生學(xué)以致用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另一方面，以當(dāng)前的科研實(shí)踐為導(dǎo)向，每一年或每一階段的教學(xué)內(nèi)容方案都不斷推陳出新，既能保證時(shí)代先進(jìn)性，又能避免不同屆的學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)時(shí)代出現(xiàn)實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)雷同的抄襲嫌疑。

三、切入學(xué)科交叉領(lǐng)域，培養(yǎng)復(fù)合型人才

隨著科學(xué)發(fā)展的不斷深化，很多復(fù)雜的科學(xué)問題已經(jīng)不能在單一學(xué)科領(lǐng)域范圍內(nèi)解決，而是需要多學(xué)科的協(xié)同攻關(guān)[5]。不同學(xué)科的交叉點(diǎn)往往是優(yōu)勢(shì)學(xué)科的發(fā)展點(diǎn)、新興學(xué)科的生長(zhǎng)點(diǎn)、重大創(chuàng)新的突破點(diǎn)、人才培養(yǎng)的制高點(diǎn)[6]。地球物理學(xué)是研究各種地球物理場(chǎng)和地球的物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、形態(tài)及其中發(fā)生的各種物理過程的學(xué)科。由于地學(xué)問題一般具有多因素相互耦合的復(fù)雜性，在勘查技術(shù)與工程（勘查地球物理）專業(yè)本科生培養(yǎng)過程中，通過加強(qiáng)地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、重視地質(zhì)和地球物理交叉、增強(qiáng)應(yīng)對(duì)復(fù)雜地學(xué)問題的實(shí)踐能力，有利于培養(yǎng)具有寬厚基礎(chǔ)的創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型優(yōu)秀人才。

野外實(shí)踐教學(xué)過程中，地質(zhì)和地球物理的學(xué)科交叉或結(jié)合要有現(xiàn)實(shí)切入點(diǎn)。目前的地質(zhì)實(shí)習(xí)中鮮有針對(duì)地球物理專業(yè)方向?qū)W生設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容。基于成熟的傳統(tǒng)野外實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面教學(xué)，并根據(jù)勘查技術(shù)與工程（勘查地球物理）專業(yè)方向的本科學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從因材施教的角度開發(fā)新的野外實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，增加自然伽馬測(cè)量的原理、儀器使用、操作規(guī)范和流程等實(shí)習(xí)站內(nèi)課堂教學(xué)和站內(nèi)模擬訓(xùn)練內(nèi)容，在野外實(shí)測(cè)剖面工作中增加自然伽馬測(cè)量任務(wù)，在后期數(shù)據(jù)處理和繪圖中形成地質(zhì)和地球物理綜合解釋成果，從而促進(jìn)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，也有利于夯實(shí)學(xué)生的地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)。

從學(xué)科交叉領(lǐng)域的教學(xué)內(nèi)容來看，由于本科三年級(jí)第一學(xué)期學(xué)生還未全面展開各種地球物理的原理、方法、解釋和應(yīng)用等學(xué)習(xí)課程，選擇某一地球物理性質(zhì)的測(cè)量方法增加到一個(gè)月內(nèi)地質(zhì)實(shí)習(xí)內(nèi)容中較為可行，這樣既不會(huì)影響既定的地質(zhì)實(shí)習(xí)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，又能凸現(xiàn)出地球物理的專業(yè)特色。地球物理涉及重、磁、電、震、測(cè)多種方法。其中，天然放射性是地球的固有性質(zhì)，自然伽馬能譜與巖石中鈾、釷和鉀的放射性同位素含量密切相關(guān)。學(xué)生對(duì)同位素的相關(guān)基本原理在中學(xué)就有所涉及，而自然伽馬能譜的測(cè)量操作簡(jiǎn)單、儀器耐用便攜，將利用自然伽馬能譜識(shí)別巖性的原理和測(cè)量操作方法這一具體教學(xué)內(nèi)容充實(shí)到短期的地質(zhì)實(shí)習(xí)內(nèi)容中，實(shí)習(xí)難度增加不多，但有助于學(xué)生切身感受地球物理在地質(zhì)中的實(shí)際應(yīng)用，從而更好地認(rèn)識(shí)地球和地球物理學(xué)科關(guān)系，通過認(rèn)識(shí)學(xué)科關(guān)系可以培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣、提高專業(yè)認(rèn)同感。

四、適應(yīng)時(shí)代需求，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)

通過野外考查和室內(nèi)教研相結(jié)合、模擬教研和試驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，當(dāng)前的野外實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面教學(xué)仍有進(jìn)一步改進(jìn)和完善的空間。

（1）精簡(jiǎn)人員，雙人同時(shí)輪換。前測(cè)手、后測(cè)手、地質(zhì)測(cè)量員和地球物理測(cè)量員4人一組。前、后測(cè)手負(fù)責(zé)導(dǎo)線測(cè)量；地球物理測(cè)量員負(fù)責(zé)疏導(dǎo)測(cè)繩、監(jiān)控導(dǎo)線數(shù)據(jù)質(zhì)量以及伽馬能譜測(cè)量；地質(zhì)測(cè)量員負(fù)責(zé)地質(zhì)分層、巖性描述、標(biāo)本采集、產(chǎn)狀測(cè)量、勾繪導(dǎo)線平面圖和地質(zhì)地形草圖以及記錄數(shù)據(jù)。測(cè)量一段距離后，要求前、后測(cè)手與地質(zhì)測(cè)量員和地球物理測(cè)量員進(jìn)行雙人同時(shí)輪換，保證所有成員熟悉實(shí)測(cè)的各項(xiàng)工作。

（2）更新和增加裝備。在精簡(jiǎn)人員的同時(shí)，為提高野外地質(zhì)剖面實(shí)測(cè)的工作效率以及適應(yīng)現(xiàn)代化地質(zhì)制圖要求，對(duì)現(xiàn)有的“老三件”進(jìn)行更新升級(jí)尤為必要，而且能激發(fā)學(xué)生運(yùn)用新技術(shù)的熱情和愿望。為全組隊(duì)員配備對(duì)講機(jī)，提高溝通效率。前、后測(cè)手在導(dǎo)線測(cè)量中使用花桿作為標(biāo)志物，降低方位和坡角的測(cè)量誤差，運(yùn)用測(cè)距儀進(jìn)一步提高地形線的測(cè)量效率。對(duì)于地質(zhì)測(cè)量員而言，采用鋼鑿加速巖樣采集，運(yùn)用電子羅盤縮短產(chǎn)狀測(cè)量時(shí)間，利用數(shù)碼相機(jī)及時(shí)記錄典型地質(zhì)現(xiàn)象和分層位置，使用GPS和掌上電腦保證原始數(shù)據(jù)完整性。

（3）分組分段測(cè)量，聯(lián)合組隊(duì)比賽。實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面教學(xué)的露頭點(diǎn)一般位于鄉(xiāng)村道路旁邊，不同小組測(cè)量的起點(diǎn)和終點(diǎn)大致相同，同一測(cè)量段上實(shí)測(cè)人員較多，交通安全隱患較大、室內(nèi)整理數(shù)據(jù)和繪圖時(shí)也很可能存在小組間的抄襲現(xiàn)象。通過縮短小組實(shí)測(cè)的總導(dǎo)線長(zhǎng)度、同時(shí)提高分層精度要求，并且將一個(gè)班分成兩隊(duì)、隊(duì)內(nèi)分組，形成分隊(duì)比賽、隊(duì)內(nèi)數(shù)據(jù)共享的既合作又競(jìng)爭(zhēng)局面，最后評(píng)選出優(yōu)勝小隊(duì)和最佳小組，培養(yǎng)學(xué)生的集體榮譽(yù)感。

（4）適應(yīng)數(shù)字化、信息化時(shí)代要求，從數(shù)字化制圖入手加速實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面教學(xué)內(nèi)容全面升級(jí)。以小組為單位開展數(shù)據(jù)電子化和計(jì)算機(jī)制圖切實(shí)可行，而且利用計(jì)算機(jī)生成的地質(zhì)剖面圖比傳統(tǒng)的手工繪制的圖形更加整潔、規(guī)范和準(zhǔn)確。從學(xué)生的角度來看，運(yùn)用AutoCAD、Mapgis等及其二次開發(fā)形成的專業(yè)軟件[7-11]解決明確的實(shí)際地質(zhì)問題，不僅有利于激發(fā)對(duì)專業(yè)軟件的學(xué)習(xí)興趣，也有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多種手段和技術(shù)解決復(fù)雜實(shí)際問題的能力。

五、結(jié)語

針對(duì)勘查技術(shù)與工程（勘查地球物理）專業(yè)本科生，在野外地質(zhì)實(shí)習(xí)期間，在現(xiàn)行的實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面教學(xué)中結(jié)合當(dāng)前科研熱點(diǎn)，適度增加地球物理探測(cè)內(nèi)容，突出專業(yè)特色，為在地質(zhì)和地球物理交叉領(lǐng)域建設(shè)特色課程積累教學(xué)素材和經(jīng)驗(yàn)，有利于在地質(zhì)和地球物理學(xué)科交叉領(lǐng)域激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣，促進(jìn)學(xué)生的技術(shù)特長(zhǎng)發(fā)展，培養(yǎng)地質(zhì)與地球物理專業(yè)領(lǐng)域的綜合實(shí)踐能力。

針對(duì)實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，為提高教學(xué)成效提出進(jìn)一步完善的改進(jìn)措施：（1）精簡(jiǎn)小組人員至4人，即前測(cè)手、后測(cè)手、地質(zhì)測(cè)量員和地球物理測(cè)量員，野外實(shí)測(cè)中按要求雙人同時(shí)輪換；（2）除常用的地質(zhì)錘、羅盤和放大鏡以外，更新和增加儀器和裝備，如花桿、測(cè)距儀、對(duì)講機(jī)、鋼鑿、電子羅盤、數(shù)碼相機(jī)、GPS和掌上電腦等；（3）全班分成兩隊(duì)，隊(duì)內(nèi)分組分段測(cè)量，聯(lián)合組隊(duì)比賽；（4）在室內(nèi)數(shù)據(jù)整理環(huán)節(jié)，以小組為單位開展數(shù)據(jù)電子化和計(jì)算機(jī)制圖。