在少學(xué)時(shí)“巖石學(xué)”教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生地質(zhì)思維的思考

趙俊梅 田 兵

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)與煤炭學(xué)院 內(nèi)蒙古·包頭 014010）

0 前言

“巖石學(xué)”是現(xiàn)代地球科學(xué)的基礎(chǔ)課程，也是地質(zhì)工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程和核心課程，“巖石學(xué)”包括巖漿巖巖石學(xué)、沉積巖巖石學(xué)和變質(zhì)巖巖石學(xué)，我校該課程開設(shè)在大一學(xué)年春季學(xué)期，理論學(xué)時(shí)只有40?！皫r石學(xué)”主要介紹巖石的基本概念和巖石的特點(diǎn)、巖石的產(chǎn)狀、分類命名、巖石的成因等內(nèi)容。該課程涉及的基本概念較多，需要理解的知識(shí)點(diǎn)繁雜，需要記憶的新名詞也比較多?？傮w上看，“巖石學(xué)”是一門系統(tǒng)性較強(qiáng)的專業(yè)課程，在教學(xué)過程中如何做到內(nèi)容高度濃縮和重點(diǎn)突出，授課教師面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在教學(xué)過程中如何將不同知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，理清不同知識(shí)點(diǎn)的前后邏輯關(guān)系尤為重要。有關(guān)巖石學(xué)的教改論文比較多，[1-13]對(duì)從事巖石學(xué)教學(xué)的教師具有很大的啟迪和幫助，這些論文大部分是從宏觀層面做的介紹，筆者根據(jù)多年的巖石學(xué)從業(yè)經(jīng)歷，從微觀的角度總結(jié)了巖石學(xué)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)學(xué)時(shí)壓縮背景下的“巖石學(xué)”教學(xué)有所啟發(fā)。

巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖是內(nèi)力和外力地質(zhì)作用長(zhǎng)期作用的產(chǎn)物，作用的過程絕大多數(shù)不能直接觀察，往往也無法重演。因此，巖石學(xué)中的許多理論是依據(jù)對(duì)巖石的研究推測(cè)地質(zhì)作用的過程，然后利用物理學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)等相關(guān)學(xué)科經(jīng)過檢驗(yàn)而建立和發(fā)展起來。這種思維走向稱為逆向思維。巖石具有的特征是地質(zhì)作用過程的結(jié)果，理解巖石形成過程的原理，也就是巖理學(xué)是掌握巖石學(xué)的關(guān)鍵，因此在教學(xué)中講透巖石的形成過程是重點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)在地質(zhì)工程專業(yè)認(rèn)證框架下巖石學(xué)教學(xué)大綱教學(xué)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)知識(shí)和工程科學(xué)基本原理，通過文獻(xiàn)研究，識(shí)別、表達(dá)、分析復(fù)雜地質(zhì)問題，并依據(jù)相關(guān)規(guī)范、規(guī)程等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，獲得有效結(jié)論的關(guān)鍵所在。巖石學(xué)教學(xué)承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生地質(zhì)思維的重任。

1 巖漿巖教學(xué)中的地質(zhì)思維

教學(xué)中首先利用多媒體放映火山噴發(fā)、泰山、華山、黃山等風(fēng)景名勝視頻或圖片引出巖漿和巖漿巖的概念，巖漿指產(chǎn)生于上地?；虻貧ど钐幒瑩]發(fā)成分的高溫粘稠的主要成分為硅酸鹽的熔融物質(zhì)，地下冷凝或噴出地表后形成巖漿巖，因此掌握了巖漿在不同環(huán)境中的演化規(guī)律，巖漿巖的特征便不用死記硬背，在巖石的特征中，物質(zhì)組成無疑是最重要的，巖漿的演化規(guī)律以鮑文反應(yīng)序列作為重點(diǎn)進(jìn)行介紹，而把鮑文反應(yīng)序列的原理講清講透將幫助學(xué)生快速掌握大部分巖漿巖的礦物組合特征，并鍛煉學(xué)生分析問題解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的地質(zhì)思維，鮑文反應(yīng)序列中無論是連續(xù)系列還是不連續(xù)系列硅酸鹽礦物都是按照晶格能降低的順序結(jié)晶的，為什么巖漿的演化遵循這樣的規(guī)律？需要把晶格能的概念以及影響因素講清楚，巖漿冷卻的過程是能量降低的過程，形成礦物的晶格能降低就很好理解了，鮑文反應(yīng)序列中硅酸鹽礦物硅氧骨干演化的規(guī)律是從高溫到低溫分別形成島狀、鏈狀、層狀、架狀結(jié)構(gòu)，這樣的規(guī)律正好是晶格能降低的順序，也是巖漿中二氧化硅逐漸增加的順序，因此，超基性巖、基性巖、中性巖、酸性巖中的礦物組合就很容易掌握。

2 沉積巖教學(xué)中的地質(zhì)思維

授課時(shí)首先利用多媒體放映張家界石英砂巖、甘肅張掖丹霞、云南石林等風(fēng)景名勝引出沉積巖的概念和分布特征以及巖石特征，主要巖石類型，使學(xué)生在感性上對(duì)沉積巖形成初步認(rèn)識(shí)，然后提出問題引入到沉積巖的學(xué)習(xí)，由此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。接著開始追溯沉積巖的形成過程，巖石的形成經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)作用，沉積巖的形成可以劃分為風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積、成巖五個(gè)階段，每個(gè)階段都會(huì)在沉積巖中留下證據(jù)，如果面面俱到?jīng)]有重點(diǎn)，學(xué)時(shí)根本不夠，因此把講授的重點(diǎn)放在母巖的風(fēng)化作用，講透母巖的風(fēng)化特征對(duì)沉積巖的整體把握將會(huì)起到提綱挈領(lǐng)的作用，因?yàn)轱L(fēng)化的特點(diǎn)決定了大部分沉積巖物質(zhì)組成的特點(diǎn)。在課程設(shè)計(jì)中首先介紹風(fēng)化的階段性，從開始到終結(jié)依次是破碎階段(碎屑階段)；飽和硅鋁階段；酸性硅鋁階段(粘土型風(fēng)化作用)；鋁鐵土階段(紅土型風(fēng)化作用)；風(fēng)化的階段性反應(yīng)了在風(fēng)化過程中不論母巖是什么，母巖中的元素總是按照化學(xué)活潑性的大小依次從巖石中遷移出來，遵循在化學(xué)反應(yīng)中最活潑的元素最先參與反應(yīng)的普適規(guī)律，這個(gè)規(guī)律學(xué)生在中學(xué)就已經(jīng)掌握，因此理解就沒有障礙，而風(fēng)化程度往往與氣候有關(guān)，主要是溫度和濕度，溫度高濕度大有利于化學(xué)風(fēng)化也是普適規(guī)律，因此沉積巖中的物質(zhì)組成往往反應(yīng)了不同的古氣候條件和剝蝕速度，比如如果沉積巖中的物質(zhì)組成以風(fēng)化早期階段的物質(zhì)為主，代表沉積巖形成時(shí)處于氣候干燥，剝蝕快的環(huán)境；母巖風(fēng)化過程中礦物的穩(wěn)定性順序按照晶格能降低的順序，與巖漿巖中礦物的結(jié)晶順序正好相反，幫助學(xué)生從原理上理解在沉積巖中橄欖石、輝石、黑云母、基性斜長(zhǎng)石這些在高溫高壓形成的礦物在地表常溫常壓環(huán)境中很少或沒有而硅質(zhì)礦物尤其是石英多的現(xiàn)象。介紹完風(fēng)化的階段性，風(fēng)化產(chǎn)物自然就推理出來了，分別是母巖風(fēng)化后穩(wěn)定存在的組分：巖石碎屑或礦物碎屑，風(fēng)化過程中形成的新礦物：主要是黏土礦物以及溶解物質(zhì)，這些不同的風(fēng)化產(chǎn)物便是沉積巖的主要來源，由于物理以及化學(xué)性質(zhì)的差異在搬運(yùn)沉積過程中必然會(huì)產(chǎn)生分異，巖石碎屑或礦物碎屑沉積成巖形成陸源碎屑巖；黏土礦物沉積成巖形成黏土巖；溶解物質(zhì)沉積成巖形成化學(xué)巖。這樣的梳理對(duì)提高學(xué)生的地質(zhì)思維能力將起到事半功倍的效果。

3 變質(zhì)巖教學(xué)中的地質(zhì)思維

教學(xué)中首先展示我國變質(zhì)巖分布地質(zhì)圖以及常見變質(zhì)巖野外和手標(biāo)本圖片，引出變質(zhì)巖和變質(zhì)作用概念以及特征，因此在教學(xué)過程中主要圍繞變質(zhì)作用概念中所涉及到的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行，用地殼內(nèi)部溫度與壓力的關(guān)系圖說明導(dǎo)致變質(zhì)的因素是溫度升高、壓力增加及化學(xué)活動(dòng)性流體參與，在這些因素的影響下，巖石存在的物理化學(xué)環(huán)境會(huì)打破而建立新的平衡，從而發(fā)生結(jié)晶作用、變形作用、交代作用這些變質(zhì)方式，相應(yīng)就會(huì)引起巖石礦物組成、化學(xué)組成、巖石結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的變化，變化的趨勢(shì)是溫度升高導(dǎo)致巖石中礦物重結(jié)晶或形成新礦物；壓力增加導(dǎo)致巖石中礦物發(fā)生定向排列并向體積減小的方向發(fā)展；化學(xué)活動(dòng)性流體的參與導(dǎo)致巖石中交代現(xiàn)象發(fā)育，含水礦物增多，通過這樣的梳理學(xué)生對(duì)變質(zhì)巖的特征可以做到舉一反三，融會(huì)貫通，并對(duì)變質(zhì)巖的自學(xué)打下一定的基礎(chǔ)，提高地質(zhì)思維能力。

4 結(jié)語

由于“巖石學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容繁多、涉及知識(shí)龐雜而學(xué)時(shí)安排又很少，筆者認(rèn)為在“巖石學(xué)”教學(xué)過程中要著重以下幾點(diǎn)。首先，巖理學(xué)的內(nèi)容比巖類學(xué)內(nèi)容重要得多，也就是說要把巖石的成因作為重點(diǎn)進(jìn)行介紹，盡可能地把巖理學(xué)部分的重要概念和原理講清楚，雖然在大綱中規(guī)定巖石學(xué)的主要目標(biāo)是通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)和區(qū)分三大類巖石，掌握主要的巖石類型，巖石描述和鑒定方法，但只有知道因?yàn)槿徊拍苷莆账匀唬诮虒W(xué)中根據(jù)三大類巖石的不同特征使學(xué)生理解和掌握巖石的成因，才能真正提高學(xué)生識(shí)別巖石的能力，提高分析問題、解決問題的能力，并逐步培養(yǎng)學(xué)生的地質(zhì)思維能力。此外，要使用新型智慧教學(xué)解決方案雨課堂，將復(fù)雜的信息技術(shù)手段融入到PowerPoint 和微信，在課外預(yù)習(xí)與課堂教學(xué)間建立溝通橋梁，讓課堂互動(dòng)永不下線。另外，應(yīng)該基于學(xué)生多方面的表現(xiàn)進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定，成績(jī)包括課堂成績(jī)、出勤、作業(yè)、筆記，還要提高期末考試試題的質(zhì)量，使之能夠很好地反映學(xué)生對(duì)重要概念和原理理解和掌握的情況，實(shí)現(xiàn)“巖石學(xué)”的教學(xué)目標(biāo)。