巖石學課程教學規(guī)律與實踐淺探
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【摘要】巖石學是本科地質(zhì)類專業(yè)的核心基礎課程，其教學工作關乎學生地球科學思維能力的培養(yǎng)。文章以教學規(guī)律與實踐為基礎，調(diào)研了國內(nèi)高校巖石學課程的現(xiàn)狀，從巖石學的課程邏輯、理論課翻轉(zhuǎn)課堂式教學法、課內(nèi)實踐課、實驗課中定量取代定性以及課程思政等方面提出改革建議，以提高巖石學的教學質(zhì)量和效果。
【關鍵詞】巖石學；教學規(guī)律；教學實踐；課程思政
1國內(nèi)高校巖石學課程的現(xiàn)狀
巖石學是地質(zhì)學的一個重要分支[1]，亦是一個龐大的教學體系[2]，涵蓋了火成巖巖石學（或巖漿巖巖石學）沉積巖石學和變質(zhì)巖石學[3]，是本科地質(zhì)類專業(yè)的核心基礎課程[4]。國內(nèi)辦學實力雄厚的綜合性大學、傳統(tǒng)地質(zhì)類院校和石油類高校等在開設巖石學課程的名稱、學期和順序等有所不同[5]：（1）綜合性大學，以北京大學為例，其地質(zhì)學專業(yè)將巖石學課程劃分為64學時的普通巖石學（一）和同樣學時的普通巖石學（二），分別置于第二學年上下學期開課，前者包括了晶體光學和火成巖巖石學，后者大致對應沉積巖石學和變質(zhì)巖石學。與之不同的是，南京大學地質(zhì)學將巖石學課程在第二學年下學期開設為80學時的沉積學和96學時的巖漿巖與變質(zhì)巖石學；（2）傳統(tǒng)地質(zhì)類院校，如中國地質(zhì)大學（北京），其地質(zhì)學、地球化學和資源勘查工程等專業(yè)學生均于第二學年下學期學習88學時的巖石學。而吉林大學地質(zhì)學專業(yè)將巖石學課程劃分為84學時的巖石學AI和44學時的巖石學AII，分別置于第二學年上下兩學期開課，巖石學AI對應火成巖巖石學和沉積巖石學，巖石學AII為變質(zhì)巖石學；（3）石油類高校，中國石油大學（華東）將巖石學課程劃分為40學時的巖漿巖與變質(zhì)巖和64學時的沉積學，分別置于第二學年上下兩學期開課。中國石油大學（北京）地質(zhì)學專業(yè)則將巖石學課程劃分為64學時的巖漿巖及變質(zhì)巖石學和64學時的沉積巖石學，分別置于第二學年上下兩學期開課。雖然課程的開設順序以及學時多寡等問題受多方面因素制約，但是各高校均按照當前設定的課程計劃培養(yǎng)出優(yōu)秀的本科生，彰顯出學校及專業(yè)培養(yǎng)特色，值得注意的是，巖石學教學屬實存在一定的內(nèi)部課程邏輯。
2巖石學的課程邏輯
當今的地球科學逐漸發(fā)展成為地球系統(tǒng)科學，人類更關注全球變化與地球各圈層相互作用。巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖是當前巖石學三個主要的獨立分支，但三大類巖石彼此之間有著密切的關系[6]，可以相互轉(zhuǎn)化，但并不是簡單的地循環(huán)重復而是不斷變化的（見圖1）。三大類巖石雖然存在相互演變關系，但并不代表本科地質(zhì)類專業(yè)開設巖石學課程可以任意排序，本文認為最優(yōu)選的順序為巖漿巖巖石學、沉積巖石學和變質(zhì)巖石學，主要依據(jù)以下三點：（1）巖漿巖是巖漿冷卻固結(jié)后形成的，巖漿可以直接來源于地球深處的軟流圈地幔，也可以通過先存在的巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖在高溫條件下深熔重熔等作用形成（見圖1）。巖漿巖巖石學著重研究巖漿巖的組成、共生組合、產(chǎn)狀分布和成因機制等[4]。在巖漿巖巖石學本科教學中僅幾處涉及沉積巖和變質(zhì)巖內(nèi)容，如S形花崗巖等。此外，三大類巖石賦存的巖石圈以巖漿形式在地球早期的地核、地幔、地殼的分異過程中形成。某種意義上，可以說一切起源于巖漿。巖漿巖是最早出現(xiàn)的巖石，因此建議最先開設巖漿巖巖石學課程。（2）沉積巖石學著重研究沉積物質(zhì)的形成、運移、沉積和成巖作用等[4]。雖然沉積巖石學教學中會涉及物源區(qū)性質(zhì)，但也僅在碎屑組分等部分有所涉及，尤其在巖屑砂巖實驗課中，巖屑類型多為巖漿巖，少量片巖和千枚巖，因此在巖漿巖巖石學授課之后開設沉積巖石學課程更為恰當，可以在巖漿巖巖石學課程末尾講授火山碎屑巖類，承上啟下，通過沉火山碎屑巖和火山碎屑沉積巖等引出沉積巖石學中的碎屑巖。（3）變質(zhì)巖石學著重研究變質(zhì)巖的礦物組成、分布特征、巖石成因和原巖類型恢復等[4]。在變質(zhì)巖原巖研究章節(jié)，需要大量用到巖漿巖和沉積巖石學的知識：如依據(jù)原巖形成作用，可大致分為巖漿凝結(jié)類型、火山碎屑類型、過渡型類型（如凝灰質(zhì)砂巖）以及正常沉積類型；再如變質(zhì)巖原巖研究的方法中巖相學標志，包括變余巖漿結(jié)構、變余沉積結(jié)構變余巖漿構造和變余沉積構造等組構標志。在變質(zhì)巖原巖研究中的化學成分章節(jié)，需要按變質(zhì)巖化學成分特點劃分為富鋁、長英質(zhì)、碳酸鹽、鐵鎂質(zhì)和超鐵鎂質(zhì)五個系列，也會不可避免地用到巖漿巖和沉積巖的化學成分等內(nèi)容，因此將變質(zhì)巖石學置于巖石學課程最末開設可能較為合理。
3巖石學的翻轉(zhuǎn)課堂式教學模式
在巖石學課程之前，學生已具備礦物學和結(jié)晶學等學科的基本知識[7]，為翻轉(zhuǎn)課堂式教學模式提供了重要的知識背景。教師引導學生通過自主學習，對于巖石學課程內(nèi)容先有一定程度的理解和準備，課堂上對課程相關問題討論、辯論和答疑來完成翻轉(zhuǎn)課堂式教學，進而激發(fā)學生專業(yè)興趣[8]。巖石學教師需要精準地把握問題，難度適中的課程問題能促進學生深入思考及創(chuàng)新能力的提升[9]：巖漿巖中的輝長巖、閃長巖和花崗巖均含斜長石，如何區(qū)分不同類型巖石（基性巖至酸性巖）中的斜長石；沉積巖石學中，沉積物中的重礦物的組合特征對物源的指示意義；變質(zhì)巖石學中，如何區(qū)分斑狀變晶結(jié)構的變質(zhì)巖中的變斑晶與火山巖中斑晶等。
4巖石學的課內(nèi)實踐課
巖石學課程具有較強的實踐性，通過增加課內(nèi)實踐課來激發(fā)學生專業(yè)興趣。其一，在巖石學課程期中，通過參觀中國地質(zhì)博物館這類大型地質(zhì)博物館讓學生觀察到門類齊全和特征典型的巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖手標本，學生在課下查閱相關資料，獲取巖石的礦物組成和成因等信息。典型現(xiàn)象可作為巖石學課程主題，由教師引導學生自主學習完成翻轉(zhuǎn)課堂式教學。其二，在巖石學課程期末，組織學生前往典型露頭進行野外地質(zhì)實地考察，學生運用巖石學知識判別巖石的類型和討論巖石成因。需要重點關注室內(nèi)巖石標本鑒定中難以觀察到的巖石產(chǎn)狀等宏觀特征。當學生發(fā)現(xiàn)感興趣的現(xiàn)象時，由教師提供巖石學資料，并引導學生積極探索并申請大學生創(chuàng)新訓練項目對其進入深入研究。該項目不僅鍛煉學生的自主學習和創(chuàng)新能力，采集的典型巖石樣品可以豐富巖石學實驗室樣品庫，對于完善野外地質(zhì)實習路線的巖石學記錄有很大的幫助。
5巖石學實驗中的定量取代定性
在巖石學實驗課的巖石薄片鑒定環(huán)節(jié)，學生通常會根據(jù)巖石的礦物組成、結(jié)構和構造等特征，結(jié)合粗略估計的礦物含量，進而命名巖石。學生對巖石中的礦物組成、結(jié)構和構造等特征描述大體一致，是偏光顯微鏡下基本功的體現(xiàn)，但學生對礦物含量的估計差別較大，嚴重影響巖石命名的準確性。巖漿巖中較為重要的分類圖解“QAP圖解”是依據(jù)石英、堿性長石和斜長石的相對含量，確定巖石的基本名稱。對于同一塊二長花崗巖樣品，學生根據(jù)目估含量得到的巖石名稱不盡相同。因此，很有必要在巖石學實驗課程上以定量取代定性，從而獲得巖石的準確名稱。本文僅介紹一種基于Photoshop的面積分析法，其操作簡單，并且有效地減小了誤差，提高了巖石薄片估算礦物含量的精度：選取典型視域，確定視域下所有礦物的名稱，采集顯微鏡下照片，照片導入Photoshop軟件，用彩色線條勾勒礦物輪廓，同種礦物標定為相同顏色，不同顏色區(qū)域的像素比即不同礦物的含量比，繼而獲得相對準確的礦物含量，有助于巖石的精準定名。
6巖石學的課程思政構建
當代高等教育教學理念是以學生為中心，要求高校教師由灌輸知識轉(zhuǎn)換為促進學生主動構建知識框架，高校教師對學生的引導多基于自己的科學研究。在高校無教學，教師的職責如何體現(xiàn)？在高校無科研，又能教學生什么？科研支持教學，教學反哺科研。對學生的教育不是灌輸而是熏陶漸染，通過教師的研究成功的或者失敗的案例給予學生啟示，即最新的研究成果。在地質(zhì)教育教學中落實立德樹人的根本任務，高校為誰培養(yǎng)人和培養(yǎng)什么樣的人是必須要回答的問題。實則高校就是為中華民族偉大復興而培養(yǎng)有報效祖國的滿腔熱情和敢擔時代大任的學子，突顯出課程思政的重要性和必要性，也是讓每一堂地質(zhì)課深入人心的重要保證。本文在此以推進生態(tài)文明建設舉例說明，建設美麗中國就要踐行“綠水青山就是金山銀山”發(fā)展理念。“綠水青山就是金山銀山”發(fā)展理念與地質(zhì)類課程融合有一定的理論和現(xiàn)實意義。“綠水青山”本質(zhì)上是地質(zhì)概念中地球的外部層圈和內(nèi)部層圈，包括巖石圈、水圈和生物圈。“金山銀山”則是保護人類賴以生存的地殼，地殼如何形成、怎樣演化一直都是地球科學的熱點和前沿問題。讓當代大學生準確地詮釋“綠水青山就是金山銀山”理念的科學內(nèi)涵和現(xiàn)實意義，有助于培養(yǎng)其愛護環(huán)境和保護自然的意識，立愛自然和愛環(huán)境的良好環(huán)境道德，并以身作則影響他人，帶動他人共同愛護環(huán)境、保護環(huán)境，喚起全社會對環(huán)境保護的關注。地質(zhì)類專業(yè)大學生更需要在山水之間和課堂內(nèi)外讀懂地質(zhì)人的責任和義務，綠水青山是地球科學學科大學生親身實踐的天然實驗室。“綠水青山就是金山銀山”發(fā)展理念下的課程建設有利于學生道德品質(zhì)提升、邏輯思維能力提高和巖石學課程優(yōu)化。
7結(jié)語
當代巖石學任課教師肩負了更多的責任，在注重課程邏輯的同時，激發(fā)學生學習的興趣、調(diào)動學習的主動性和調(diào)整教學方法是提高教學質(zhì)量和優(yōu)化課程的關鍵。翻轉(zhuǎn)課堂式教學、課內(nèi)實踐課和課程思政等均是當代巖石學任課教師的積極嘗試，目的是為地質(zhì)類專業(yè)本科生打下堅實的巖石學基礎，并培養(yǎng)其創(chuàng)新思維、獨立思考能力和愛國情懷，使其成為可堪大用、能擔重任的新時代地質(zhì)人，努力讓每一堂課深入人心。
作者:李壯 單位:中國石油大學
