“構造地質學”課程教學方法的探索與實踐

[摘 要] “構造地質學”是地質學的一門重要分支學科，也是地學類專業的基礎課程。結合近年來在此門課程教學過程中的一些認識和總結，對“構造地質學”課程的教學方法進行了探索和實踐，提出了從構建清晰的知識點邏輯結構、采用多媒體資料與實物教學相結合、加強空間思維能力的鍛煉和培養、加強地質綜合圖件分析課堂練習和建立野外實踐和理論教學的適時反饋這幾個方面對課堂理論教學方法加以改革，幫助學生理解和掌握“構造地質學”的基本理論和方法，真正達到讓學生利用“構造地質學”的基本技能解決專業相關問題的目的。

[關鍵詞] 構造地質學;教學方法;空間思維;野外實踐

[基金項目] 2018年度國家自然基金“長石礦物表面溶解及其與重金屬元素相互作用機制研究”（41703108）

[作者簡介] 唐翠華（1988—），女，湖南湘潭人，博士，長江大學資源與環境學院講師，主要從事礦物表界面物理化學研究。

[中圖分類號] G642.0 ? [文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）29-0097-04 ? [收稿日期] 2021-03-09

“構造地質學”是地學類專業的一門基礎課程，也是一門實踐性很強的課程。課程主要研究組成地殼或巖石圈的巖層和巖體在內、外動力地質作用下發生的變形和變位而形成的各種地質構造。這門課程涉及包括巖石學、理論力學、材料力學、流變學等眾多相關學科，而且研究對象時空變化大，需要很好的空間想象能力[1]。而學生普遍反映這門課程學習難度大，知識點多，不好學，學習興趣不高等問題;也有部分學生在學習過程中死記硬背，知識點背熟了，記住了，可是在野外實踐中仍然不能靈活運用。針對以上問題，筆者結合近年來在這門課程教學過程中的一些認識和實踐，以及課后學生給予的教學意見反饋，在充分總結和反思的基礎上，對“構造地質學”課程的教學方法進行了一些初步探索，從以下幾個方面下功夫，旨在提高課堂的趣味性，提升學生對構造地質的學習熱情，引導學生掌握“構造地質學”的學習方法，加強構造地質學相關概念和理論的理解和掌握，從而為后續專業知識的學習奠定堅實的基礎。

一、構建清晰的知識點邏輯結構

“構造地質學”研究的主要內容為地質構造的幾何學、運動學、動力學以及構造的演化歷史，具體包括各種地質構造的形態、產狀、規模、形成條件、機制、時間、演化規律及其動力來源等。該門課程涉及的內容繁多，知識點龐雜，這也是學生普遍反映課程難學的主要原因。因此，幫助學生構建起清晰合理的知識點邏輯結構是非常必要的。筆者承擔的是水文與水資源工程本科專業的“構造地質學”課程教學，總課時為40課時（2021年培養方案調整后，課時調整為32課時），課時緊張，課程內容多。結合本專業特點，筆者對該門課程的教學內容進行了合理調整，針對重點章節做出如下課時安排：沉積巖層的原生構造及其產狀分析（4課時）、褶皺（6課時）、節理（4課時）、斷層（8課時）、劈理和線理（2課時）。盡管如此，課時少、知識點多仍然是突出的矛盾。筆者認為要解決以上矛盾，必須教會學生把握幾條主線，構建合理的知識點邏輯結構，才能對本課程內容形成比較清晰的脈絡，從而更好地開展本課程及其他相關課程的拓展學習。例如，在緒論課章節，可以給學生把整個課程的內容框架列出來。該門課程主要涵蓋了三部分內容：（1）沉積巖層的構造研究;（2）巖漿巖體的構造研究;（3）變質巖區的構造研究。其中沉積巖層的構造研究是課程的重點，包括沉積巖層的原生構造研究（第二章）和次生構造研究，而沉積巖層的次生構造研究又包括褶皺（第四章）、節理（第五章）、斷層（第六章）及劈理和線理（第七章）等幾種具體的構造研究。次生構造指的是成巖后巖層在構造力的作用下形成的構造。因此，在介紹沉積巖層的次生構造前，需要對地質構造解析中的力學基礎知識（第三章）有一定的認識。同樣，關于巖漿巖體的構造研究（第八章）不僅包括構造解析中常見的產狀分析、接觸關系分析等，也包含了原生構造和次生構造的基本概念和基本理論。而變質巖區的構造研究（第九章）主要涵蓋的是變質巖區的構造特征和構造解析內容。通過課程內容的整體呈現，學生從總體上對課程的層次性和時間性有了整體的了解，對學習進度也能有一定的把控，而且在課程學習和復習的過程中，也能一定程度地避免“一團亂麻厘不清”的局面。另外，幫助學生建立起知識點邏輯結構不容忽視。盡管學生對每一章內容以及章與章之間的聯系有了比較清晰的認識，但是，每一章的知識點是繁多而細微的，如果不能將知識點串聯起來理解，那么學習效率的提高也必然只是一場空。例如，在“褶皺的分類”這一章節介紹中，蘭姆賽根據等傾斜線的型式不同，將褶皺分為頂厚褶皺和頂薄褶皺等一系列褶皺。頂厚褶皺形成的機理是縱彎褶皺作用的結果，具體來說，水平巖層在受到順層擠壓力作用發生彎曲變形形成褶皺，由于彎流作用，層內的物質從受壓的翼部流向轉折端，巖層在轉折端部位不同程度地增厚，翼部相對減薄，形成頂厚褶皺。而頂薄褶皺的形成機制則完全不同，是水平巖層受到與層面垂直作用力形成的。由于巖層整體處于拉伸狀態，層內的物質由頂部的轉折端流向翼部，褶皺頂部受到拉伸而變薄，形成頂薄褶皺。將褶皺的幾何形態、巖層內物質流動和巖層的受力情況等知識點串聯起來，學生就能較容易地掌握褶皺的蘭姆賽分類、不同褶皺作用的特點等知識點。此外，盡管在教學過程中，各種地質構造是分開描述和講解的，但在實際自然界系統中，各種地質構造往往會伴生或共存在同一構造或同一區域中，如褶皺與斷層、褶皺與劈理及斷層與節理等。實際上這與地區巖石的力學性質、構造力的性質等因素是分不開的。因此，在每一種地質構造的學習過程中，將這些因素結合起來理解，那么在各種共存構造的構造解析中，就能作出比較準確且合理的解釋了。

二、采用多媒體資料與實物教學相結合

“構造地質學”的研究對象是三維空間中的地質構造，涉及其位態、機制和演化等復雜的時空問題，如何采用清晰、易懂的方式把各個地質構造解析清楚，對于每位“構造地質學”的教師而言都是值得思考的問題。而且，地質構造的形成過程是一個動態的過程，某些比較抽象的概念，僅靠文字描述和圖片展示來講解，學生往往很難理解和掌握。因此，在教學過程中，對于一些比較難理解的概念、理論，盡可能地采用立體—平面圖形結合、分步動畫、視頻等多媒體資料給學生展示講解。例如，在講授“V”字形法則時，部分學生對于巖層的露頭界線形態、巖層產狀、地面坡向和坡度不能建立很好的空間構型，從而不能很好地理解掌握“V”字形法則規律。通過立體—平面圖相結合的方法，在立體圖中用不同顏色標注出不同巖層，建立起清晰傾斜巖層產狀、地面坡度坡向的空間構型，通過講解后，逐步巖層、地形等投射到平面圖上，并建立起對應的簡易模式圖，最后在整體理解的基礎上，用4～5個字概括出每一條法則，以此幫助學生在課堂上就能比較輕松地理解和掌握“V”字形法則這一知識點。通過學生的學習成果考核發現，較之前傳統的“教師講、學生記”的方式，這種方式效果較好。此外，一些常見的物體也可常被選做教學模具。例如，上課用的書本常被當作原始的沉積巖層，通過改變作用力的方向，模擬巖層在受到順層擠壓、向上隆拱等不同作用機制形成褶皺的過程。同理，剪切褶皺是巖層沿著一系列與層面不平行的密集劈理面發生差異滑動而形成的“褶皺”，這種褶皺并非巖層面真正發生了彎曲變形。一部分學生對這一概念很難理解，但是在課堂上利用一副撲克牌或者卡片模擬整個剪切作用形成“褶皺”的過程，問題就迎刃而解了。以一張張撲克牌或卡片的接觸面模擬劈理面，順著接觸面推動撲克牌或卡片，使其形成彎曲的“褶皺”。通過這樣的演示，學生就能很好地理解“褶皺”的形成并不是巖層彎曲的結果，而是密集劈理面差異滑動造成的，而且也不容易將這一概念混淆和遺忘了。