在少學時“巖石學”教學中培養學生地質思維的思考

趙俊梅 田 兵

（內蒙古科技大學礦業與煤炭學院 內蒙古·包頭 014010）

0 前言

“巖石學”是現代地球科學的基礎課程，也是地質工程專業重要的專業基礎課程和核心課程，“巖石學”包括巖漿巖巖石學、沉積巖巖石學和變質巖巖石學，我校該課程開設在大一學年春季學期，理論學時只有40。“巖石學”主要介紹巖石的基本概念和巖石的特點、巖石的產狀、分類命名、巖石的成因等內容。該課程涉及的基本概念較多，需要理解的知識點繁雜，需要記憶的新名詞也比較多。總體上看，“巖石學”是一門系統性較強的專業課程，在教學過程中如何做到內容高度濃縮和重點突出，授課教師面臨嚴峻的挑戰。在教學過程中如何將不同知識點串聯起來，理清不同知識點的前后邏輯關系尤為重要。有關巖石學的教改論文比較多，[1-13]對從事巖石學教學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，筆者根據多年的巖石學從業經歷，從微觀的角度總結了巖石學的教學經驗，希望對學時壓縮背景下的“巖石學”教學有所啟發。

巖漿巖、沉積巖和變質巖是內力和外力地質作用長期作用的產物，作用的過程絕大多數不能直接觀察，往往也無法重演。因此，巖石學中的許多理論是依據對巖石的研究推測地質作用的過程，然后利用物理學、化學、天文學等相關學科經過檢驗而建立和發展起來。這種思維走向稱為逆向思維。巖石具有的特征是地質作用過程的結果，理解巖石形成過程的原理，也就是巖理學是掌握巖石學的關鍵，因此在教學中講透巖石的形成過程是重點，是實現在地質工程專業認證框架下巖石學教學大綱教學目標對應的畢業要求：能夠應用數學、自然科學知識和工程科學基本原理，通過文獻研究，識別、表達、分析復雜地質問題，并依據相關規范、規程等技術標準，獲得有效結論的關鍵所在。巖石學教學承擔著培養學生地質思維的重任。

1 巖漿巖教學中的地質思維

教學中首先利用多媒體放映火山噴發、泰山、華山、黃山等風景名勝視頻或圖片引出巖漿和巖漿巖的概念，巖漿指產生于上地幔或地殼深處含揮發成分的高溫粘稠的主要成分為硅酸鹽的熔融物質，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境中的演化規律，巖漿巖的特征便不用死記硬背，在巖石的特征中，物質組成無疑是最重要的，巖漿的演化規律以鮑文反應序列作為重點進行介紹，而把鮑文反應序列的原理講清講透將幫助學生快速掌握大部分巖漿巖的礦物組合特征，并鍛煉學生分析問題解決問題的能力，培養學生的地質思維，鮑文反應序列中無論是連續系列還是不連續系列硅酸鹽礦物都是按照晶格能降低的順序結晶的，為什么巖漿的演化遵循這樣的規律？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，鮑文反應序列中硅酸鹽礦物硅氧骨干演化的規律是從高溫到低溫分別形成島狀、鏈狀、層狀、架狀結構，這樣的規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 沉積巖教學中的地質思維

授課時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，使學生在感性上對沉積巖形成初步認識，然后提出問題引入到沉積巖的學習，由此激發學生的學習興趣和積極性。接著開始追溯沉積巖的形成過程，巖石的形成經歷了漫長的地質作用，沉積巖的形成可以劃分為風化、剝蝕、搬運、沉積、成巖五個階段，每個階段都會在沉積巖中留下證據，如果面面俱到沒有重點，學時根本不夠，因此把講授的重點放在母巖的風化作用，講透母巖的風化特征對沉積巖的整體把握將會起到提綱挈領的作用，因為風化的特點決定了大部分沉積巖物質組成的特點。在課程設計中首先介紹風化的階段性，從開始到終結依次是破碎階段(碎屑階段)；飽和硅鋁階段；酸性硅鋁階段(粘土型風化作用)；鋁鐵土階段(紅土型風化作用)；風化的階段性反應了在風化過程中不論母巖是什么，母巖中的元素總是按照化學活潑性的大小依次從巖石中遷移出來，遵循在化學反應中最活潑的元素最先參與反應的普適規律，這個規律學生在中學就已經掌握，因此理解就沒有障礙，而風化程度往往與氣候有關，主要是溫度和濕度，溫度高濕度大有利于化學風化也是普適規律，因此沉積巖中的物質組成往往反應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組成以風化早期階段的物質為主，代表沉積巖形成時處于氣候干燥，剝蝕快的環境；母巖風化過程中礦物的穩定性順序按照晶格能降低的順序，與巖漿巖中礦物的結晶順序正好相反，幫助學生從原理上理解在沉積巖中橄欖石、輝石、黑云母、基性斜長石這些在高溫高壓形成的礦物在地表常溫常壓環境中很少或沒有而硅質礦物尤其是石英多的現象。介紹完風化的階段性，風化產物自然就推理出來了，分別是母巖風化后穩定存在的組分：巖石碎屑或礦物碎屑，風化過程中形成的新礦物：主要是黏土礦物以及溶解物質，這些不同的風化產物便是沉積巖的主要來源，由于物理以及化學性質的差異在搬運沉積過程中必然會產生分異，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；溶解物質沉積成巖形成化學巖。這樣的梳理對提高學生的地質思維能力將起到事半功倍的效果。

3 變質巖教學中的地質思維

教學中首先展示我國變質巖分布地質圖以及常見變質巖野外和手標本圖片，引出變質巖和變質作用概念以及特征，因此在教學過程中主要圍繞變質作用概念中所涉及到的知識點進行，用地殼內部溫度與壓力的關系圖說明導致變質的因素是溫度升高、壓力增加及化學活動性流體參與，在這些因素的影響下，巖石存在的物理化學環境會打破而建立新的平衡，從而發生結晶作用、變形作用、交代作用這些變質方式，相應就會引起巖石礦物組成、化學組成、巖石結構與構造的變化，變化的趨勢是溫度升高導致巖石中礦物重結晶或形成新礦物；壓力增加導致巖石中礦物發生定向排列并向體積減小的方向發展；化學活動性流體的參與導致巖石中交代現象發育，含水礦物增多，通過這樣的梳理學生對變質巖的特征可以做到舉一反三，融會貫通，并對變質巖的自學打下一定的基礎，提高地質思維能力。

4 結語

由于“巖石學”課程的教學內容繁多、涉及知識龐雜而學時安排又很少，筆者認為在“巖石學”教學過程中要著重以下幾點。首先，巖理學的內容比巖類學內容重要得多，也就是說要把巖石的成因作為重點進行介紹，盡可能地把巖理學部分的重要概念和原理講清楚，雖然在大綱中規定巖石學的主要目標是通過學習，使學生認識和區分三大類巖石，掌握主要的巖石類型，巖石描述和鑒定方法，但只有知道因為然才能掌握所以然，在教學中根據三大類巖石的不同特征使學生理解和掌握巖石的成因，才能真正提高學生識別巖石的能力，提高分析問題、解決問題的能力，并逐步培養學生的地質思維能力。此外，要使用新型智慧教學解決方案雨課堂，將復雜的信息技術手段融入到PowerPoint 和微信，在課外預習與課堂教學間建立溝通橋梁，讓課堂互動永不下線。另外，應該基于學生多方面的表現進行成績評定，成績包括課堂成績、出勤、作業、筆記，還要提高期末考試試題的質量，使之能夠很好地反映學生對重要概念和原理理解和掌握的情況，實現“巖石學”的教學目標。