勘查技術與工程實測地質剖面教學改革范文

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摘要：野外實測地質剖面教學是勘查技術與工程專業地質實習（秭歸）的重要環節。通過結合實習區附近的陡山沱組內頁巖氣勘探等熱點研究，在原有地質教學內容中適當加入天然放射性測量的教學內容，不僅能突出地球物理專業特色，而且有利于在地質和地球物理交叉領域培養學生解決復雜地學問題的實踐能力。基于以往長期的實測地質剖面教學經驗以及最新的教學研究結果，提出進一步完善實測地質剖面教學的多條改進措施。

關鍵詞：勘查技術與工程；實測地質剖面；學科交叉

一、實測剖面教學現狀

野外實測地質剖面工作是指通過野外實地測量的方式，按一定方向詳細了解測區內地下一定深度、一定距離內的地層、構造和巖體等特征[1]。這是中國地質大學（武漢）秭歸地質實踐教學實習的重要內容之一，是勘查技術與工程（勘查地球物理）專業的本科學生綜合運用地質學基礎知識和基本原理、在教師指導下半獨立開展野外地質露頭研究的重要環節。從勘查技術與工程（勘查地球物理）專業培養方案設計出發，要求學生理解和掌握勘查地球物理實踐所需要的地質學知識，并具備將其應用到勘查地球物理領域復雜工程問題的能力。野外實測地質剖面工作需要綜合運用地質羅盤和測繩，涉及導線測量、地層分層、產狀測量、地質標本采集、野外記錄簿記錄、野外信手剖面以及室內實測地質剖面繪制等多項技能，有利于提高學生野外實際動手能力。秭歸地質實踐教學實習開設于本科三年級第一學期開學伊始，既是對前兩年地質學方向理論教學（地質學基礎、礦物巖石學和構造地質學）的延伸與補充，也是培養和提升學生綜合解決實際地學問題專業能力的平臺和關鍵。在實測地質剖面的教學實踐過程中，教學主體逐步從以教師為中心轉變為以學生為中心，學生學習知識和實踐知識的主動性逐步得到釋放，成為整個地質實習的關鍵一環。目前，實測地質剖面教學已形成室內講授、站內模擬練習和野外獨立工作三者有機結合的成熟模式，以小組為單位，通過合理的實習內容、嚴格的工作程序，鍛煉和培養了學生的實際動手能力以及團隊協作精神。在此基礎上，實現教學和科研相合、地質和地球物理相結合，同時針對學生學習效果進一步完善教學細節，是深入教學改革的有益探索和嘗試，有利于在基礎學科學習中突出專業特色、有的放矢，在教學中提升學生的學科交叉能力，培養學生應對復雜地質現象、解決實際科學問題的能力。

二、發揮地緣優勢，以研促教

野外實踐課程是承載教師教學和學生學習積極互動的平臺，科學研究是聯系教師和學生形成內生動力的途徑。基于已有的實習課程，通過充分開發實習基地資源，將地質實習內容與長江流域的區域研究熱點結合在一起，從而激發學生的專業學習興趣，加深學生對教學內容的理解與記憶，培養學生的邏輯思維能力和地質思維方法，提高獨立思考和判斷的能力。中國地質大學（武漢）秭歸產學研基地位于湖北西部三峽地區，周邊實習點道路通過條件好，在地質、地球物理、地理和人文等方面具備很好的教學素材。沉積巖、巖漿巖、變質巖出露齊全，從前寒武紀到古生代直至新生代地層發育完整、連續，周圍的地質現象豐富、地形地貌奇特，是開展地質和地球物理方面教學研究的天然實驗室。目前，勘查技術與工程（勘查地球物理）專業的地質實踐教學教材采用本校地學院編寫的《秭歸產學研基地野外實踐教程—基礎地質分冊》[2]。實測地層剖面教學中，學生以小組（6~7人）為單位，對九龍灣南沱組地層進行分層、測量、數據整理與分析，以及導線平面圖、地層剖面圖與柱狀圖的室內繪制，從而使學生將課堂的理論知識與實踐相結合，培養學生艱苦樸素、求真務實的工作作風以及團隊協作的精神[3]。研究型教學能提升課堂文化，以野外實踐教學為平臺能促進學生的知識、能力和素質三位一體的提升。實習基地以南鄂陽頁1井在震旦系陡山沱組發現迄今全球最古老頁巖氣藏[4]，開辟了頁巖氣勘探的新領域，使中揚子地區成為天然氣能源勘探研究的熱點區域。秭歸地區陡山沱組是全球性冰川消融后引發的廣泛海侵初期的產物，其中富有機質頁巖分布廣泛、厚度變化大、成熟度變化范圍大，是前寒武紀富有機質頁巖研究的天然實驗室。通過利用秭歸產學研基地的地理優勢，切合當地能源研究熱點，更新實測地層剖面教學內容，以陡山沱組作為教學對象，從而形成實踐教學中不斷創新的方向和動力。這樣一來，既切合實際研究，使學生學以致用，激發學生的學習興趣。另一方面，以當前的科研實踐為導向，每一年或每一階段的教學內容方案都不斷推陳出新，既能保證時代先進性，又能避免不同屆的學生在網絡發達時代出現實習數據雷同的抄襲嫌疑。

三、切入學科交叉領域，培養復合型人才

隨著科學發展的不斷深化，很多復雜的科學問題已經不能在單一學科領域范圍內解決，而是需要多學科的協同攻關[5]。不同學科的交叉點往往是優勢學科的發展點、新興學科的生長點、重大創新的突破點、人才培養的制高點[6]。地球物理學是研究各種地球物理場和地球的物理性質、結構、形態及其中發生的各種物理過程的學科。由于地學問題一般具有多因素相互耦合的復雜性，在勘查技術與工程（勘查地球物理）專業本科生培養過程中，通過加強地質學基礎、重視地質和地球物理交叉、增強應對復雜地學問題的實踐能力，有利于培養具有寬厚基礎的創新型、應用型、復合型優秀人才。野外實踐教學過程中，地質和地球物理的學科交叉或結合要有現實切入點。目前的地質實習中鮮有針對地球物理專業方向學生設計的教學內容。基于成熟的傳統野外實測地質剖面教學，并根據勘查技術與工程（勘查地球物理）專業方向的本科學生的知識結構特點，從因材施教的角度開發新的野外實踐教學內容，增加自然伽馬測量的原理、儀器使用、操作規范和流程等實習站內課堂教學和站內模擬訓練內容，在野外實測剖面工作中增加自然伽馬測量任務，在后期數據處理和繪圖中形成地質和地球物理綜合解釋成果，從而促進學生的專業學習興趣，也有利于夯實學生的地質學基礎。從學科交叉領域的教學內容來看，由于本科三年級第一學期學生還未全面展開各種地球物理的原理、方法、解釋和應用等學習課程，選擇某一地球物理性質的測量方法增加到一個月內地質實習內容中較為可行，這樣既不會影響既定的地質實習目標的實現，又能凸現出地球物理的專業特色。地球物理涉及重、磁、電、震、測多種方法。其中，天然放射性是地球的固有性質，自然伽馬能譜與巖石中鈾、釷和鉀的放射性同位素含量密切相關。學生對同位素的相關基本原理在中學就有所涉及，而自然伽馬能譜的測量操作簡單、儀器耐用便攜，將利用自然伽馬能譜識別巖性的原理和測量操作方法這一具體教學內容充實到短期的地質實習內容中，實習難度增加不多，但有助于學生切身感受地球物理在地質中的實際應用，從而更好地認識地球和地球物理學科關系，通過認識學科關系可以培養學生的專業興趣、提高專業認同感。

四、適應時代需求，優化教學設計

通過野外考查和室內教研相結合、模擬教研和試驗教學相結合，當前的野外實測地質剖面教學仍有進一步改進和完善的空間。（1）精簡人員，雙人同時輪換。前測手、后測手、地質測量員和地球物理測量員4人一組。前、后測手負責導線測量；地球物理測量員負責疏導測繩、監控導線數據質量以及伽馬能譜測量；地質測量員負責地質分層、巖性描述、標本采集、產狀測量、勾繪導線平面圖和地質地形草圖以及記錄數據。測量一段距離后，要求前、后測手與地質測量員和地球物理測量員進行雙人同時輪換，保證所有成員熟悉實測的各項工作。（2）更新和增加裝備。在精簡人員的同時，為提高野外地質剖面實測的工作效率以及適應現代化地質制圖要求，對現有的“老三件”進行更新升級尤為必要，而且能激發學生運用新技術的熱情和愿望。為全組隊員配備對講機，提高溝通效率。前、后測手在導線測量中使用花桿作為標志物，降低方位和坡角的測量誤差，運用測距儀進一步提高地形線的測量效率。對于地質測量員而言，采用鋼鑿加速巖樣采集，運用電子羅盤縮短產狀測量時間，利用數碼相機及時記錄典型地質現象和分層位置，使用GPS和掌上電腦保證原始數據完整性。（3）分組分段測量，聯合組隊比賽。實測地質剖面教學的露頭點一般位于鄉村道路旁邊，不同小組測量的起點和終點大致相同，同一測量段上實測人員較多，交通安全隱患較大、室內整理數據和繪圖時也很可能存在小組間的抄襲現象。通過縮短小組實測的總導線長度、同時提高分層精度要求，并且將一個班分成兩隊、隊內分組，形成分隊比賽、隊內數據共享的既合作又競爭局面，最后評選出優勝小隊和最佳小組，培養學生的集體榮譽感。（4）適應數字化、信息化時代要求，從數字化制圖入手加速實測地質剖面教學內容全面升級。以小組為單位開展數據電子化和計算機制圖切實可行，而且利用計算機生成的地質剖面圖比傳統的手工繪制的圖形更加整潔、規范和準確。從學生的角度來看，運用AutoCAD、Mapgis等及其二次開發形成的專業軟件[7-11]解決明確的實際地質問題，不僅有利于激發對專業軟件的學習興趣，也有利于培養學生綜合運用多種手段和技術解決復雜實際問題的能力。

五、結語

針對勘查技術與工程（勘查地球物理）專業本科生，在野外地質實習期間，在現行的實測地質剖面教學中結合當前科研熱點，適度增加地球物理探測內容，突出專業特色，為在地質和地球物理交叉領域建設特色課程積累教學素材和經驗，有利于在地質和地球物理學科交叉領域激發學生的專業興趣，促進學生的技術特長發展，培養地質與地球物理專業領域的綜合實踐能力。針對實測地質剖面教學的各個環節，為提高教學成效提出進一步完善的改進措施：（1）精簡小組人員至4人，即前測手、后測手、地質測量員和地球物理測量員，野外實測中按要求雙人同時輪換；（2）除常用的地質錘、羅盤和放大鏡以外，更新和增加儀器和裝備，如花桿、測距儀、對講機、鋼鑿、電子羅盤、數碼相機、GPS和掌上電腦等；（3）全班分成兩隊，隊內分組分段測量，聯合組隊比賽；（4）在室內數據整理環節，以小組為單位開展數據電子化和計算機制圖。

參考文獻：

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[11]李瑜，王路.淺談利用DGSinfo繪制剖面圖的方法及技巧[J].西部資源，2015(6):60-61.

作者：鮑曉歡 張世暉 曹雪蓮 單位：中國地質大學