改進(jìn)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的一些建議

羅金海，于在平，李 瑋，梁文天

1.地質(zhì)學(xué)國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，陜西 西安 710069；2.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069

“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”是地學(xué)類專業(yè)，特別是地質(zhì)學(xué)類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，大部分地質(zhì)學(xué)類專業(yè)的學(xué)生都要學(xué)習(xí)該課程。該課程主要關(guān)注地質(zhì)構(gòu)造的幾何形態(tài)特征、地質(zhì)構(gòu)造的形成過程和地質(zhì)構(gòu)造形成時(shí)的動力學(xué)特征等。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的基本原理被廣泛應(yīng)用到巖石圈形成與演化規(guī)律分析、礦產(chǎn)勘探與開發(fā)、大型工程選址與邊坡穩(wěn)定性分析、地質(zhì)災(zāi)害的防治與預(yù)測等領(lǐng)域，具有重要的理論與實(shí)際意義。

為了適應(yīng)當(dāng)前地質(zhì)學(xué)科的發(fā)展趨勢，做到“學(xué)科建設(shè)與本科教學(xué)融通”，建設(shè)好地質(zhì)學(xué)一流學(xué)科，培養(yǎng)知識結(jié)構(gòu)合理且具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)地學(xué)人才，在給本科生講授構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的過程中，在重視給學(xué)生講授構(gòu)造地質(zhì)學(xué)經(jīng)典的傳統(tǒng)內(nèi)容的同時(shí)，需要密切關(guān)注構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)新形態(tài)教材建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法更新等方面都適當(dāng)?shù)刈龀鲆恍└倪M(jìn)。

一、結(jié)合國際構(gòu)造地質(zhì)學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀，拓寬學(xué)生的知識面

流變學(xué)是目前國際構(gòu)造地質(zhì)學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一；新構(gòu)造與新構(gòu)造運(yùn)動、不同構(gòu)造環(huán)境下的地質(zhì)構(gòu)造組合雖然是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)關(guān)注的老問題，但是在現(xiàn)階段強(qiáng)調(diào)全球構(gòu)造系統(tǒng)的背景下又有一些新的內(nèi)涵。為了拓寬學(xué)生的知識面，讓學(xué)生了解當(dāng)前國際構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教材除了關(guān)注應(yīng)力—應(yīng)變基礎(chǔ)、線理、劈理、褶皺、節(jié)理、斷層、韌性剪切帶等傳統(tǒng)的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)基本內(nèi)容之外，還有必要增加流變學(xué)、新構(gòu)造與新構(gòu)造運(yùn)動、不同構(gòu)造環(huán)境下的地質(zhì)組合等方面的內(nèi)容，努力使學(xué)生在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)知識方面能夠“看得廣”，為學(xué)生在將來研究生學(xué)習(xí)階段能夠“看得遠(yuǎn)”奠定良好的基礎(chǔ)。在教材中增加這方面的內(nèi)容后，由于受到課時(shí)和專業(yè)限制，授課時(shí)未必一定要給學(xué)生講授這些內(nèi)容，但是可以為學(xué)生課外閱讀提供相應(yīng)的資料，鼓勵學(xué)生自學(xué)這部分內(nèi)容。由高等教育出版社出版的《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)》新形態(tài)教材已增加了這方面的內(nèi)容。

1. 流變學(xué)的基本原理及其地球動力學(xué)意義

流變學(xué)是當(dāng)代國際構(gòu)造地質(zhì)學(xué)界關(guān)注的重要內(nèi)容之一，是深入研究固體地球變形過程的重要途徑。

流變學(xué)是從應(yīng)力、應(yīng)變、溫度和時(shí)間等方面研究物質(zhì)變形和（或）流動的一門力學(xué)分支學(xué)科，主要研究材料在應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、濕度等條件下與時(shí)間因素有關(guān)的變形和流動規(guī)律。在地球科學(xué)中，人們很早就觀察到層狀巖層褶皺、冰川期后巖石圈回彈、地震活動、巖漿流動等自然現(xiàn)象，認(rèn)識到巖石具有一定的流變特性。軟流圈和地幔對流現(xiàn)象使人們相信，流變學(xué)對地球動力學(xué)，特別是大陸動力學(xué)具有非常重要的作用。

巖石的流變性質(zhì)是控制大陸巖石圈分層和流動的重要因素之一。部分熔融作用使固相巖石變成固—液兩相，固—液相之間巨大的力學(xué)反差大幅增強(qiáng)整個(gè)體系的流變特性，從而對巖石圈的電導(dǎo)率、黏滯性、地震波速度和流變性等物理性質(zhì)造成顯著影響，所以部分熔融作用是巖石圈流變分層的重要機(jī)制；隨著熔體增加，固體巖石的主導(dǎo)變形機(jī)制由位錯蠕變逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散蠕變，進(jìn)一步向超塑性和液態(tài)流動轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致巖石圈弱化流動，造成造山帶垮塌和高級變質(zhì)巖折返等；熔體遷移則會改變巖石圈的流變學(xué)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化巖石圈的非均一性。在部分熔融的體積分?jǐn)?shù)大于5%時(shí)，隨著熔體含量增加，固—熔體之間彼此分離，巖漿萃取作用發(fā)生，可以獨(dú)立流動的巖漿出現(xiàn)，由此導(dǎo)致巖漿作用。

板塊構(gòu)造理論從20世紀(jì)60年代提出以來不斷完善，該理論主要強(qiáng)調(diào)板塊之間的水平運(yùn)動，后來的地幔柱理論則主要強(qiáng)調(diào)地?！獛r石圈范圍內(nèi)物質(zhì)的垂向流動。在大陸板塊內(nèi)部，大陸巖石圈的地球動力學(xué)問題都涉及大陸巖石圈的流變學(xué)問題，地幔物質(zhì)的流變可以為巖石圈上部地殼范圍內(nèi)的地質(zhì)作用提供特定的地質(zhì)環(huán)境或者動力來源，從而影響地殼的地質(zhì)作用過程。因此，對大陸巖石圈流變學(xué)的研究有望解決大陸內(nèi)部的地球動力學(xué)問題，從而有可能在將來催生類似板塊構(gòu)造理論和地幔柱理論那樣經(jīng)典的大地構(gòu)造學(xué)理論。

2. 介紹新構(gòu)造與新構(gòu)造運(yùn)動的知識，認(rèn)識人類社會面臨的地質(zhì)環(huán)境問題

地學(xué)界目前對新構(gòu)造運(yùn)動開始時(shí)限的認(rèn)識不完全一致，但是一般認(rèn)為新構(gòu)造指新近紀(jì)以來形成的地質(zhì)構(gòu)造。新構(gòu)造區(qū)別于老構(gòu)造具有4個(gè)顯著特點(diǎn)：（1）形成時(shí)間短，有些地質(zhì)構(gòu)造正在形成；（2）由于形成時(shí)間短，構(gòu)造幅度相對比較小；（3）在地形地貌上通常有更清晰的顯示；（4）活動構(gòu)造對工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)意義重大。由于這些特點(diǎn)，對新構(gòu)造的研究手段也與古構(gòu)造不完全相同。

新構(gòu)造和新構(gòu)造運(yùn)動由于與地震、地裂縫、地面沉降、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害密切相關(guān)而倍受重視，工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的學(xué)習(xí)者非常重視對新構(gòu)造和新構(gòu)造運(yùn)動的學(xué)習(xí)。由于這個(gè)原因，部分中文版構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教材中已有新構(gòu)造和新構(gòu)造運(yùn)動的相關(guān)章節(jié)，如李忠權(quán)等[1]編著的《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)》教材。

此外，現(xiàn)代構(gòu)造地質(zhì)學(xué)還更加重視地質(zhì)構(gòu)造、氣候和侵蝕過程之間的相互作用過程，強(qiáng)調(diào)地球系統(tǒng)的概念，在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的教學(xué)過程中有必要向?qū)W生介紹地球系統(tǒng)的觀念。例如，青藏高原由于印度板塊與歐亞板塊的俯沖—碰撞而崛起，通過影響當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)流而改變當(dāng)?shù)丶班弲^(qū)的氣候和降水量，同時(shí)也由于河流的侵蝕基準(zhǔn)面相對降低而使河流的下蝕作用加強(qiáng)，從而在相當(dāng)大的范圍內(nèi)影響到侵蝕作用，而侵蝕作用改變后又通過重力均衡反過來影響地質(zhì)構(gòu)造過程。這樣，在地質(zhì)構(gòu)造、氣候和侵蝕作用之間就形成了相互影響的機(jī)制（圖1）。

圖1 構(gòu)造作用、氣候和侵蝕過程的相互作用與反饋路徑（據(jù)Willett et al. [2]）

3. 強(qiáng)調(diào)構(gòu)造組合，給學(xué)生介紹不同構(gòu)造環(huán)境下地質(zhì)構(gòu)造組合

地質(zhì)構(gòu)造組合是由具有密切成因聯(lián)系的許多構(gòu)造要素所組成的有機(jī)整體，它可以在條件類似的不同地區(qū)或巖石中重復(fù)出現(xiàn)。大部分構(gòu)造地質(zhì)學(xué)學(xué)習(xí)者由于受到野外地質(zhì)實(shí)踐較少的制約，對地質(zhì)構(gòu)造組合的理解相對比較單一，一般會認(rèn)為擠壓構(gòu)造環(huán)境只能出現(xiàn)逆沖推覆構(gòu)造和逆斷層等構(gòu)造組合，在伸展構(gòu)造環(huán)境只能出現(xiàn)正斷層和地塹、地壘等構(gòu)造組合。

實(shí)際上不同構(gòu)造環(huán)境下的地質(zhì)構(gòu)造組合非常復(fù)雜，在伸展構(gòu)造背景下有可能形成褶皺作用和擠壓構(gòu)造組合，在擠壓背景下有可能形成伸展構(gòu)造組合，在扭動構(gòu)造背景下則可能形成特定的壓扭與張扭構(gòu)造組合。

對構(gòu)造組合的充分了解可以使學(xué)生更深刻地理解地質(zhì)構(gòu)造形成過程和空間排列的復(fù)雜性，從而能夠更好地運(yùn)用構(gòu)造地質(zhì)學(xué)基本原理分析和解決地質(zhì)問題，獲得創(chuàng)新性的研究成果，而這正是地質(zhì)學(xué)一流學(xué)科建設(shè)希望達(dá)到的教學(xué)目的之一。

二、拓展傳統(tǒng)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的授課內(nèi)容，提升學(xué)生分析和解決地質(zhì)問題的能力

“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的地質(zhì)思維和提高學(xué)生靈活運(yùn)用構(gòu)造地質(zhì)學(xué)基本原理分析和解決地質(zhì)問題的能力，傳統(tǒng)的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)基本能夠滿足這個(gè)教學(xué)目標(biāo)。但是隨著地質(zhì)科學(xué)特別是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的不斷發(fā)展，為了更好地適應(yīng)學(xué)科發(fā)展對創(chuàng)新型地學(xué)類專業(yè)人才的需求，有必要在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的教學(xué)過程中適當(dāng)?shù)卦鲅a(bǔ)一些內(nèi)容。這里列舉三個(gè)例子用以說明這個(gè)問題。

1.系統(tǒng)理解破裂、斷層、節(jié)理、裂隙等概念之間的相互關(guān)系

破裂、斷層、節(jié)理、裂隙和破劈理等都是在巖石圈上部表構(gòu)造層次和淺構(gòu)造層次形成的巖石破碎與裂開現(xiàn)象（泥巖、煤和膏鹽等塑性巖石中的韌性斷層例外），幾乎所有的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教材都涉及這些內(nèi)容。但是由于這些概念之間具有或多或少的聯(lián)系，有可能導(dǎo)致學(xué)生難以完全理解這些概念的異同，時(shí)常把其中的一些概念混淆。因此，有必要在授課過程中給學(xué)生厘清這些概念之間的相互關(guān)系。

這些概念之間的相互關(guān)系見表1所示，此表展示了對破裂的五級分類方案，其中的正斷層、逆斷層、左行平移斷層、右行平移斷層、旋轉(zhuǎn)斷層、張節(jié)理、剪節(jié)理和破劈理都相對比較好理解。“非構(gòu)造裂隙”這個(gè)概念相對比較少見，指由非構(gòu)造原因造成的巖石破碎，如由風(fēng)化作用造成的不規(guī)則破裂。

2.軟沉積變形構(gòu)造中的震積構(gòu)造可以為古地震識別提供構(gòu)造手段

軟沉積變形指沉積物沉積之后、固結(jié)成巖之前由于差異壓實(shí)、液化、滑移、滑塌、地震等形成的變形構(gòu)造，這也是傳統(tǒng)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)關(guān)注的內(nèi)容。

隨著人們對環(huán)境地質(zhì)日益重視，人們對古老地質(zhì)年代的環(huán)境地質(zhì)也越來越重視，其中對古地震的識別就是一個(gè)例子。目前人們主要根據(jù)歷史文獻(xiàn)記錄和地震造成的崩塌遺跡識別古地震，歷史文獻(xiàn)記錄取決于人類歷史，一般涉及的時(shí)間相對比較短；對于人類歷史之前的古地震只能依據(jù)崩塌遺跡恢復(fù)，但是單純依據(jù)崩塌遺跡未必能可靠地識別古地震，因?yàn)橹亓κХ€(wěn)、火山、海嘯等因素也有可能引起崩塌作用。

實(shí)際上震積構(gòu)造就可以為識別古地震提供可靠的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)證據(jù)。Seilacher[3]將地震作用改造未固結(jié)的水下沉積物形成的再沉積層定義為震積巖，震積巖是恢復(fù)古地震活動的重要證據(jù)之一，識別震積巖的可靠標(biāo)志就是震積構(gòu)造。地震發(fā)生時(shí)，在基本處于水平狀態(tài)的未固結(jié)沉積物（如位于湖底的水平沉積物）中形成的軟沉積變形構(gòu)造具有與滑塌或滑移構(gòu)造不同的特點(diǎn)，能夠比較好地指示古地震作用，是古地震作用和震積巖良好的判別標(biāo)志，它們就是震積構(gòu)造（或震積變形）。總體來說，滑塌變形與震積變形的主要區(qū)別有兩點(diǎn)（圖2和圖3）：（1）滑塌變形有明確的滑動面，而震積變形底部與未變形層逐漸過渡，二者之間的界線并不十分清楚；（2）滑塌變形的褶皺軸面向同一方向傾斜，而震積變形中褶皺構(gòu)造的軸面則不具有明顯的定向性。

表1 破裂（fracture）分類一覽表

地震發(fā)生時(shí)，處于水平狀態(tài)的未固結(jié)沉積物在地震波引起的震動作用下會形成混合層構(gòu)造，典型的混合層自下而上分為三個(gè)小層，由底部未變形紋層向上依次為褶皺紋層（塑性變形層）、褶皺破碎層（塑性—脆性變形帶），最上部為液化沉積物層（圖2）。每一混合層是單個(gè)地震事件的結(jié)果，也是一個(gè)原地震積巖的震積序列。隨著地震作用持續(xù)進(jìn)行，沉積物變形由上向下傳遞，從頂部向底部不同程度地影響剛沉積不久的軟沉積物。

可見震積構(gòu)造可以為古地震提供可靠的識別依據(jù)，從而拓展構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的應(yīng)用范圍，有助于更好地服務(wù)于培養(yǎng)創(chuàng)新型地學(xué)人才的地質(zhì)學(xué)一流學(xué)科建設(shè)目標(biāo)。

圖2 滑塌構(gòu)造示意圖（據(jù)張斌等[4]修改）

圖3 連續(xù)地震作用下混合層形成過程示意圖（據(jù)Rodriguez-Pascua等[5]）

3.介紹地殼和巖石圈地應(yīng)力場特征，便于學(xué)生更好地理解地質(zhì)構(gòu)造的動力學(xué)特征

地質(zhì)構(gòu)造是在特定的地質(zhì)環(huán)境和地球動力學(xué)體制下形成的，雖然巖石圈上部局部的地應(yīng)力場可能十分復(fù)雜，但是在板塊構(gòu)造格架制約下，地殼和巖石圈內(nèi)部的地應(yīng)力場還是有一些共性。為了使學(xué)生能夠更好地理解地質(zhì)構(gòu)造的動力學(xué)特征，在由高等教育出版社出版的新版《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)》教材中就簡要介紹了地殼和巖石圈地應(yīng)力場的基本特征，介紹了諸如地應(yīng)力獲取方法、靜巖壓力、板塊驅(qū)動力、擠壓構(gòu)造力與拉張構(gòu)造力的傳播特點(diǎn)等內(nèi)容。

三、注重將紙質(zhì)教材與線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源密切結(jié)合，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

傳統(tǒng)的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教學(xué)方法主要是利用板書或多媒體教學(xué)，這種教學(xué)方式固然十分必要，但在充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性方面似乎有所欠缺，也不利于培養(yǎng)和提高學(xué)生靈活運(yùn)用構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的基本原理分析和解決地質(zhì)問題的能力。《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)》新形態(tài)教材在印刷格式方面需要采用一些新形式，注重將紙質(zhì)教材與線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源密切配合，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，滿足學(xué)習(xí)者隨時(shí)可學(xué)的需求，比較好地做到“互動式教與學(xué)”。

1.對重要專業(yè)術(shù)語采用加粗字突出顯示

教材不宜對所有出現(xiàn)的專業(yè)術(shù)語都用加粗字突出顯示，只是在專業(yè)術(shù)語與相應(yīng)段落關(guān)系非常密切并且著重強(qiáng)調(diào)該術(shù)語的情況下才用加粗字突出顯示相關(guān)術(shù)語，這種做法可以突出主題，便于學(xué)生抓住重點(diǎn)。

2.與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源密切配合，在紙質(zhì)教材邊部標(biāo)注相關(guān)內(nèi)容講課視頻和多媒體文件的二維碼

隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷普及，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源也越來越豐富，學(xué)習(xí)者有必要充分利用這些網(wǎng)絡(luò)資源學(xué)好構(gòu)造地質(zhì)學(xué)?！稑?gòu)造地質(zhì)學(xué)》新形態(tài)教材與愛課程網(wǎng)站（http://www.icourses.cn/）上的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)國家精品資源共享課密切配合，在紙質(zhì)教材相關(guān)內(nèi)容的邊部標(biāo)注講課視頻和多媒體二維碼，使用者只要掃描二維碼即可調(diào)出網(wǎng)絡(luò)上相應(yīng)的教學(xué)資源。精品資源共享課的網(wǎng)絡(luò)資源中除了有講課視頻之外，還有習(xí)題作業(yè)、測試試卷和討論專區(qū)等板塊，學(xué)習(xí)者可以在討論專區(qū)與課程團(tuán)隊(duì)的老師交流互動并提問，隨時(shí)可以與課程團(tuán)隊(duì)之間保持一種“互動式學(xué)習(xí)”狀態(tài)。

為了構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的學(xué)科發(fā)展，也為了使更多的社會大眾了解構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的主要內(nèi)容，在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的學(xué)科建設(shè)過程中有必要建設(shè)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)MOOC（massive open online courses，即大型開放式在線課程）。將來隨著越來越多的國內(nèi)高校承認(rèn)MOOC學(xué)分，預(yù)期會有更多的學(xué)習(xí)者關(guān)注構(gòu)造地質(zhì)學(xué)MOOC，這種新型課程和教學(xué)模式極大地增加了教學(xué)互動環(huán)節(jié)，主講人可以從平臺數(shù)據(jù)了解選課人的學(xué)習(xí)喜好等信息，從而更好地服務(wù)于教學(xué)，取得更好的教學(xué)效果。

三、結(jié)論

（1）構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的教學(xué)內(nèi)容中有必要增加新構(gòu)造與新構(gòu)造運(yùn)動、巖石流變學(xué)及其對變形的控制和不同構(gòu)造環(huán)境下地質(zhì)構(gòu)造組合特征等方面的內(nèi)容，使學(xué)生在專業(yè)知識方面能夠“看得廣”，從而更好地適應(yīng)當(dāng)代地球科學(xué)對專業(yè)人才的需求。

（2）改進(jìn)部分傳統(tǒng)的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生利用構(gòu)造地質(zhì)學(xué)基本原理分析和解決地質(zhì)問題的能力，使學(xué)習(xí)者在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)知識方面能夠“看得遠(yuǎn)”。

（3）構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的教學(xué)方法需要多元化，需要加強(qiáng)例題講解、課間野外教學(xué)實(shí)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等教學(xué)手段的應(yīng)用與實(shí)踐，樹立學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)習(xí)效果。