論自然歷史分析法在工程地質學教學中的作用

李建勇，王新建，吳 琦，楊繼紅

華北水利水電學院 資源與環境學院，河南 鄭州 450011

工程地質學是研究人類工程建設活動與自然環境相互作用和相互影響的一門地質科學，它以地學學科的理論為基礎，應用數學、力學的知識與成就和工程學科的技術與方法來解決與工程規劃、設計、施工和運營有關的地質問題[1]。工程地質學作為地質學與工程學交叉領域的一門應用學科，經過多年的生產實踐、教學和科研探索，已經形成了相對比較完整的學科體系，目前已經成為地質工程、巖土工程、土木工程等專業的核心課程之一。關于工程地質學的教學改革已有學者從工程地質學的思維方法、認知過程等角度進行相關的研究[2-4]，有力推動了工程地質學教學研究的進展，本文擬從工程地質學的教學實踐中發現的問題出發，討論傳統的地質學思維方法即自然歷史分析法在工程地質學中的地位和作用。

一、目前在工程地質學教學中存在的若干問題

1.知識重復造成學生困惑

在“工程地質學”課程的課時安排中，往往和巖石力學、土力學、水文地質學等專業基礎課程同時或者稍晚一點進行，同時又都包含邊坡、洞室和地基三大應用，致使學生會感覺知識重復，從而產生困惑、厭倦。產生這種現象的主要原因就是學生沒有正確理解工程地質學與巖土力學等學科的區別與聯系。

工程地質學又包含有工程巖土學、工程動力地質學、工程地質勘察、區域工程地質學以及環境工程地質學等多個分支學科，因此屬于應用地質科學的范疇，與許多學科有密切聯系，其中與巖石力學、土力學和水文地質學的關系特別密切。從某種意義上講，巖土力學屬于“戰術”型學科，重點分析某種巖土工程類型的強度、變形和穩定性問題，著眼于力學分析，注重縱向深度分析和解決問題的能力；而工程地質學則是從工程項目的整體出發，關注勘察、設計、施工、監測等各個階段可能存在的地質問題，著眼于地質學分析，注重橫向廣度分析和提出問題的能力，屬于多學科知識的綜合運用，是培養地質、巖土、土木等專業人才宏觀、系統、整體思維的“戰略”學。如果學生能夠理解各門專業課程之間的主要區別與聯系，并且能夠在工程地質學的學習過程中綜合運用其他學科知識，就會引起學習工程地質學的主動性和成就感。

2.重視定量分析，輕視定性分析

相對于巖土力學等課程有明確的數學力學基礎作支撐，工程地質學更強調運籌、方法和思維。在地質工程、巖土工程等專業學生的認知心理中有一種傾向就是有大量數學推導和力學原理的專業課程一定是非常重要的，而定性分析、經驗論斷比較多，乃至文字論述比較多的課程難度較低，往往放在次要的認知地位上，因為他們覺得只要死記硬背一些概念和論述即可，而往往忽視了文字論述背后的思想和思維方法，也正因為如此，不少學生對工程地質學產生枯燥無味的印象。

因此，除了加強引導學生認識“工程地質學”這門課程的特點及其在專業課程體系中的地位以外，不斷推進教材改革也是工程地質學任課教師下一階段需要做的工作之一。

3.基礎地質學知識遺忘

一般而言，地質工程專業的課程體系往往是普通地質學、構造地質學、礦物巖石學等基礎地質課程在大一或大二開設的，而工程地質學作為專業課或專業基礎課到大三才開設，這樣在學習工程地質學的時候，學生就會對以前學習的基礎地質知識產生遺忘，再加上這一時期又缺少足夠的野外實踐，對基礎地質的思維方法更感陌生。

如上所述，工程地質學的特點是多種學科知識的綜合運用，而且本質上講它是屬于地質學范疇的，因此，在講授工程地質學的時候，適時引導學生復習回顧基礎地質的有關知識，強調地質學的傳統思維方法，從而培養學生能夠用地質學的眼光來分析和解決有關的工程問題非常必要。

二、加強自然歷史分析法的教學和引導

1.自然歷史分析方法及其在地質學中的地位與作用

自然歷史分析方法，即地質學方法，就是要運用地質學的知識和原理去分析和解決問題，它是地質學的傳統思維方法。“將今論古”和“以古論今，論未來”是地質學思維的兩大方法論。“將今論古”的基本思想是現在是過去的鑰匙，即用現在正在發生的地質作用去推測過去，類比過去，認識過去。地質學的現有成果很大程度上是建立在這一方法論之上的。“以古論今，論未來”的主要思想是因為人們今天能夠直接加以觀察的地質作用往往只是漫長的地質作用中的一個片段，而在過去的地質記錄中卻往往保留了地質作用的全部過程。因此，認識了過去就能夠幫助我們更好地了解現在并且預測未來[5]。

2.用自然歷史分析方法分析工程地質學

工程地質學作為地質學范疇的一門應用科學，自然歷史分析方法是貫穿整個工程地質學的基礎性思維方法。

比如在講授工程巖土學中的軟土部分時，首先闡述軟土的各種物理力學性質，如軟土的天然孔隙比大于或等于1.0，天然含水量大于液限，壓縮系數一般大于0.5MPa-1，不排水強度一般小于30kPa等等，即讓學生認識到在工程實踐中如果遇到具有此類特征的土，就可以判為軟土，這就要掌握軟土的現狀特征；然后就要引導學生發問：在什么樣的條件下才會產生具有上述特征的軟土？同時舉例提示：在山區洪水過后往往會在地勢低洼處形成一層淤泥，從而引導學生對軟土的成因類型進行思考，即進行“將今論古”的思維實踐；在認識到軟土的地質特征和成因類型以后，就要把地質和工程結合起來，即如果在軟土地基上進行工程建設，可能會產生哪些工程地質問題？如地基的不均勻沉降或沉降量過大導致上部結構開裂等問題，從而進行“以古論今，論未來”的思維實踐。

又如在工程動力地質學中根據自然歷史分析方法分析邊坡的穩定性時，可以根據邊坡的地貌形態、地質條件和邊坡變形破壞的基本規律，追溯邊坡演變的全過程，預測邊坡穩定性發展的總趨勢和邊坡變形破壞方式，從而對邊坡的穩定性作出定性評價。

工程地質學的就是研究地質環境與人類工程活動的相互關系問題，其中一個主要的任務就是在工程建設的前期階段，在查明現有地質條件的基礎上，預測施加人類工程活動以后可能出現的工程地質問題，如圖1所示，從而為工程建設的安全穩定提供可靠的依據和合理的建議，因此，“以古論今，論未來”的地質學思維方法在工程地質學中有著特別的意義和作用。每一個學習工程地質學的人都應該掌握這種思維方法，用自然歷史的觀點去提出問題、分析問題和解決問題。

圖1 工程地質學的自然歷史分析法

三、結語

綜上所述，“將今論古”和“以古論今，論未來”的自然歷史分析方法，作為地質學傳統思維方法論在工程地質學中有著特別的意義和作用。在工程地質學的教學中，加強引導學生了解地質體的條件特征，分析地質體的成因類型和演變過程，預測在加入人類工程活動因素后可能出現的工程地質問題，從而培養學生綜合運用巖土力學等多學科的知識進行宏觀、系統的戰略思維能力以及提出問題、分析問題和解決問題的能力。

[1]陸兆溱.工程地質學[M].北京：中國水利水電出版社，2001.

[2]胡江春.淺析工程地質學教學改革[J].中國電力教育，2010，(36)：108-109.

[3]曹麗文.工程地質學思維方法培養的教學研究[J].中國地質教育，2002，(4)：54-55.

[4]孫強，楊繼紅，朱術云.從認知過程探討工程地質學教學[J].中國地質教育，2010，(3)：100-102.

[5]夏邦棟.普通地質學[M].北京：地質出版社，1995.