特色鮮明的“高等地球化學”課程建設探索

何洪濤 邢樂才 劉劍 金超 秦身鈞

[摘 要] 在河北省研究生示范課的立項建設過程中，嘗試探索出一條適合河北工程大學地質資源與地質工程專業“高等地球化學”課程的建設思路，是提高研究生培養質量的重要前提條件。基于學科特色和研究生的研究背景，只有“依托學科特色，兼顧前沿領域”的課程建設思路才適合“高等地球化學”研究生課程。在課程內容上重點突出黑色巖系涉及的地球化學問題，基于地球化學領域權威期刊的最新論文和國內外學術會議報告，自編講義，授課團隊建設注重年輕化、最優化，靈活安排授課及考核方式，注意引導學生從地球化學角度思考資源環境問題，培養學生的地球化學思維。

[關鍵詞] 前沿;研究生;高等地球化學;示范課

[基金項目] 2020年度河北省研究生示范課程建設項目“高等地球化學”（KCJSX2020082）;2020年度河北工程大學教育教學研究重點項目“新工科建設背景下勘查技術與工程專業教學改革探索與實踐”（XN1200130819）;2021年度河北省專業學位研究生教學案例建設項目“‘農業地質學原理課程教學案例庫建設”（KCJSZ2021094）

[作者簡介] 何洪濤（1985—），男，江蘇東海人，博士，河北工程大學地球科學與工程學院副教授，主要從事地球化學研究;秦身鈞（1977—），男，河北邯鄲人，博士，河北工程大學地球科學與工程學院教授（通信作者），主要從事地球化學研究。

[中圖分類號] P59 ? [文獻標識碼] A ? ? [文章編號] 1674-9324（2021）30-0104-04 ? [收稿日期] 2021-04-06

一、問題的提出

自1981年1月1日起我國正式實行三級學位授予制度[1]，碩士研究生培養成為學士、碩士和博士三級人才培養體系的重要中間環節，具有承前啟后的作用。事實上，本科階段的重要任務是夯實學生的專業基礎知識，主要是學習知識的階段。而博士階段則需要學生進行獨立探索、思考和解決問題，主要是創造知識和技術的階段。只有經歷碩士研究生階段的初級學術訓練，學生才具備面對難題的勇氣，培養出勢必攻克難題的決心以及掌握基本的研究方法，才能順利地進入博士階段的學習。2020年7月，習近平總書記對研究生教育工作做出重要指示，強調研究生教育在培養創新人才、提高創新能力、服務經濟社會發展、推進國家治理體系和治理能力現代化方面具有重要作用[2]。在深化研究生培養模式改革中，需要進一步優化學科課程設置，促進產學研融合，著力增強研究生的實踐能力和創新能力，才能為建設社會主義現代化強國提供更堅實的人才支撐。河北省教育廳為貫徹落實《河北省關于深化研究生教育改革的意見》，加強和改進研究生課程建設，遴選出一批適應河北省經濟社會發展需要、符合創新人才培養目標、體現培養單位辦學特色的研究生課程體系。河北工程大學地質資源與地質工程學術型研究生的專業學位課“高等地球化學”成功獲批2020年度省級研究生示范課立項建設。

我國著名的礦床學家、地球化學家涂光熾院士曾給地球化學下過一個經典的定義：地球化學是研究地球（也包括部分天體）的化學組成、化學作用和化學演化的一門學科[3] （P25-30）。該學科涉及的研究面非常廣，從行星演化到金屬元素富集成礦再到分子/原子層面上的同位素分餾機制，從宏觀到微觀。近年來，隨著多接受電感耦合等離子體質譜（MC-ICPMS）、納米離子探針（NanoSIMS）等為代表的一批先進測試手段的應用，地球化學已然成為定量探索地球科學前沿問題的重要手段，甚至一度沒有地球化學數據就很難發表地學類文章。盡管全國地礦高校針對地質類高年級本科生開設了“地球化學”課程，但限于課時，大多只能淺顯地介紹地球化學的基本概念、基本原理及一些地球化學指標的基本應用，并且學生缺乏參與研究課題的實戰訓練，不具備在研究課題執行過程中檢驗所學基礎知識的條件。因此，在研究生階段，各類學校多會在地質學（理學一級學科）和地質資源與地質工程（工學一級學科）的培養方案中開設“高等地球化學”這門課，以期進一步提高學生利用地球化學手段解決資源環境實際問題的能力。廣泛的調研結果表明，研究生在參與導師的科研課題過程中，對于各類地球化學指標和圖解，知其然不知其所以然，不注重結合地球化學原理分析元素、同位素數據背后的控制機理。此外，當前的地球科學前沿問題不斷細化并呈現出多學科交叉融合的特點，如“地球早期古海洋的氧化還原狀態和原生動物的協同演化”需要深度結合地球化學、沉積學、變質巖石學、古生物學和地層學等多學科知識，再如“華北克拉通破壞”這一國家自然科學基金委員會重大研究計劃項目的執行需要地球化學、地質學、地球物理學和實驗巖石學等多個學科專家的參與。研究生在碰到此類重要/重大地球科學問題時，難以快速進入角色，無法將各學科所學的知識進行有效的遷移、綜合。究其原因，一是學生的知識面狹窄，平時沒有追蹤地球科學前沿報道的習慣，不具備從多個分支學科角度思考問題的能力;二是近年來河北工程大學招錄的研究生多為跨專業報考或調劑的學生，本科階段根本未曾學習過地球化學基礎知識。在研究生擴招的大背景下，這也是同一層次同類高校共同面臨的問題。如何在有限的課時內，將這些“門外漢”變成至少具備地球化學思維的專業研究生，普適性的“高等地球化學”課程框架和內容恐怕難以完成這一任務。考慮到各類學校的地質學或地質資源與地質工程學科具有各自的研究特色和專長，只有“依托學科特色，兼顧前沿領域”的課程建設思路才適合“高等地球化學”研究生課程。

二、課程內容

基于地質資源與地質工程的學科發展特點，組織課程內容體系。河北工程大學地質資源與地質工程碩士學位授權一級學科依托“河北省煤炭資源綜合開發與利用協同創新中心”“河北省資源勘測研究重點實驗室”等平臺，以煤等黑色巖系中共（伴）生“三稀”礦產的成礦規律與預測研究、粉煤灰中有價元素的提取工藝研究、古環境和古生態重建為特色，并且這三個方向已被河北工程大學列為本學科的重點支持方向，同時地質資源與地質工程也是河北工程大學正在申請博士學位授權點的學科之一。此外，地球科學與工程學院的一批科研人員在這三個方向上承擔了多個國家級、省部級研究課題，已取得一系列重要學術成果。選課的大部分研究生今后也將參與這些方向的研究課題。鑒于此，“高等地球化學”的授課內容應該在涵蓋元素地球化學、同位素地球化學和地質年代學、礦床地球化學、環境地球化學等地球化學主要分支的基礎上，著重突出煤和黑色頁巖體系涉及的地球化學問題。例如，近十年來，學者們相繼發現煤中Li-Ga-Ge-U-REE等關鍵礦產元素可以高度富集[4，5]。最為著名的是中國的兩個世界級超大型鍺礦烏蘭圖噶鍺礦和臨滄鍺礦。它們都是賦存在煤中的鍺礦床，有別于鉛鋅礦伴生鍺礦床。因此，在微量元素地球化學和同位素地球化學這兩個章節的授課過程中，介紹相關元素基本地球化學性質的同時，引入分散元素成礦理論和新興的非傳統穩定同位素，有利于探討煤中有價元素的成礦機制和成礦物質來源。另外，黑色巖系是由大量繁殖的浮游植物和藻類死亡后堆積形成的，是海水地球化學信息的重要載體。那么，基于黑色巖系的有機碳同位素和氧化還原敏感元素的富集程度等數據，向學生介紹古海洋氧化還原狀態和后生動物協同演化以及地球宜居性形成、演化和可持續性等熱點問題，有利于學生掌握測試數據的具體用途，及時調整思考問題的方向。再者，出于公眾對環境污染事件的關注，結合礦區土壤重金屬污染問題，向學生介紹環境地球化學的研究現狀以及霧霾、重金屬污染修復等熱點問題。