倪金龍，郭全軍，郭 穎，唐小玲，李增學(xué)

1.山東科技大學(xué) 山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島 266590；

2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；

3.山東科技大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，山東 青島 266590

地質(zhì)思維時(shí)空觀的培養(yǎng)與建立
——以“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程教學(xué)為例

倪金龍1，2，郭全軍1，郭 穎1，唐小玲3，李增學(xué)1

1.山東科技大學(xué) 山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島 266590；

2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；

3.山東科技大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，山東 青島 266590

地質(zhì)思維是地質(zhì)工作者必須具備的思維能力，地質(zhì)思維時(shí)空觀是地質(zhì)思維的重要方面，其本質(zhì)是對(duì)地質(zhì)過(guò)程的理解與認(rèn)識(shí)?！皹?gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程教學(xué)對(duì)于構(gòu)建地質(zhì)思維時(shí)空觀非常重要，通過(guò)課程教學(xué)中與地質(zhì)圖相對(duì)應(yīng)的立體圖、平衡剖面的制作及典型構(gòu)造形跡實(shí)例的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)解析反演地球系統(tǒng)時(shí)空變化特征，可以快速培養(yǎng)初學(xué)者的空間思維、時(shí)間與空間相對(duì)應(yīng)的能力，對(duì)于構(gòu)建地質(zhì)思維時(shí)空觀非常有益。

地質(zhì)思維；時(shí)空觀；構(gòu)造地質(zhì)學(xué)

地質(zhì)思維是地質(zhì)現(xiàn)象在人腦中間接而概括的反映，如何分析地質(zhì)現(xiàn)象是地質(zhì)思維的重要內(nèi)容。地質(zhì)思維的培養(yǎng)與建立程度如何，直接關(guān)系到學(xué)生對(duì)地質(zhì)學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣、專業(yè)知識(shí)的掌握程度及以后從事地質(zhì)專業(yè)的能力等。地質(zhì)思維時(shí)空觀是地質(zhì)思維的一個(gè)重要方面。如何構(gòu)建學(xué)生的地質(zhì)思維時(shí)空觀通常也是任課老師教學(xué)中最棘手的問(wèn)題。如果這個(gè)難題得以解決，將有助于培養(yǎng)學(xué)生的時(shí)間和空間觀念，一方面可快速提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，一方面也為后繼課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一、研究現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

關(guān)于地質(zhì)思維的分析與研究國(guó)內(nèi)有一些報(bào)道，但主要集中于上世紀(jì)八九十年代，側(cè)重于哲學(xué)方面及一些理論分析，對(duì)于如何構(gòu)建地質(zhì)思維，尤其是如何構(gòu)建地質(zhì)思維時(shí)空觀還缺乏分析和研究實(shí)例。

許洪才指出，地質(zhì)思維由物質(zhì)觀與時(shí)空觀所組成，地質(zhì)現(xiàn)象的合理解釋必須要有正確的物質(zhì)觀與時(shí)空觀，并闡明了地質(zhì)現(xiàn)象存在和發(fā)展的三個(gè)原理，即層次原理、循環(huán)原理、重復(fù)原理，及其與哲學(xué)中的對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律、量變質(zhì)變規(guī)律、否定之否定規(guī)律之間的相關(guān)性[1]；孫士超概述了地質(zhì)思維的基本特征，并詳細(xì)論述了地質(zhì)思維的方法。認(rèn)為地質(zhì)思維可分為理性地質(zhì)思維、非理性地質(zhì)思維及創(chuàng)造性地質(zhì)思維[2]；魏寬義則對(duì)“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”中的地質(zhì)思維進(jìn)行了初步探討，劃分出“與研究尺度有關(guān)的地質(zhì)思維”、“與構(gòu)造發(fā)育時(shí)間有關(guān)的地質(zhì)思維”兩種形式[3]。

萬(wàn)天豐較明確地提出了地質(zhì)思維教育的內(nèi)涵，指出地質(zhì)思維教育要把辯證唯物主義的思想滲透到地質(zhì)教學(xué)過(guò)程中，核心問(wèn)題是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到:地球是由物質(zhì)組成的，它們一直在無(wú)比龐大的空間和漫長(zhǎng)的時(shí)間中運(yùn)動(dòng)變化著[4]。

綜合前人的研究表明，地質(zhì)思維的內(nèi)涵及其教育均與辯證唯物主義的思想密切相關(guān)。地質(zhì)思維的教育一方面要構(gòu)建學(xué)生的物質(zhì)觀，即地球是由物質(zhì)所組成，要講清組成物質(zhì)的特征、形成過(guò)程及形成機(jī)制，這是“礦物學(xué)”、“巖石學(xué)”、“晶體光學(xué)”等課程應(yīng)該解決的問(wèn)題[5]；另一方面要構(gòu)建學(xué)生的時(shí)空觀，這是“地史學(xué)”、“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程應(yīng)該解決的問(wèn)題[6]。地質(zhì)思維時(shí)空觀的構(gòu)建相對(duì)于物質(zhì)觀而言其難度更大，因?yàn)楹笳呦鄬?duì)來(lái)說(shuō)研究對(duì)象比較小，也易于理解，并且可以通過(guò)高溫高壓實(shí)驗(yàn)進(jìn)行巖石的重熔，再現(xiàn)其形成過(guò)程；而對(duì)于前者來(lái)說(shuō)，不僅涉及地球46億年的時(shí)間演變過(guò)程，而且涉及地球范圍內(nèi)的空間變化，并且也很難在實(shí)驗(yàn)室模擬其形成過(guò)程。就“地史學(xué)”與“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程在構(gòu)建地質(zhì)思維的時(shí)空觀方面的貢獻(xiàn)而言，前者是基礎(chǔ)，后者是提高；前者主要是時(shí)間觀念，后者把時(shí)間與空間觀念相結(jié)合，尤其是空間想象能力的培養(yǎng)是難題所在。

二、地質(zhì)思維時(shí)空觀的培養(yǎng)與教學(xué)實(shí)踐

地質(zhì)思維時(shí)空觀的培養(yǎng)與建立其難點(diǎn)在于初學(xué)者對(duì)于時(shí)間與空間的認(rèn)識(shí)與統(tǒng)一，就“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程而言，主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面:第一，對(duì)地質(zhì)圖難以建立三維空間狀態(tài)，對(duì)于地質(zhì)圖中地層及構(gòu)造現(xiàn)象的展布缺乏清晰空間觀念，對(duì)于其形成過(guò)程缺乏認(rèn)識(shí)與理解；第二，對(duì)課本中構(gòu)造形跡的理解與認(rèn)識(shí)，尤其是如何從構(gòu)造形跡上分析地球系統(tǒng)時(shí)空變化特征。

1.地質(zhì)圖的教學(xué)實(shí)踐

基于上述問(wèn)題，在“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程教學(xué)過(guò)程中，筆者針對(duì)涉及時(shí)空變化的內(nèi)容，尤其是對(duì)地質(zhì)圖的閱讀進(jìn)行重點(diǎn)解剖，爭(zhēng)取將平面的地質(zhì)圖與三維立體圖相對(duì)照，將地層、構(gòu)造現(xiàn)象，尤其是斷層在三維空間中展示出來(lái)。通過(guò)平面與立體的結(jié)合，構(gòu)建學(xué)生的空間觀念，并通過(guò)平衡剖面的制作，再現(xiàn)構(gòu)造發(fā)育過(guò)程(圖1、圖2）。

圖1 凌河地質(zhì)圖（a）與立體圖（b）

圖1展示了凌河地質(zhì)圖[7]的平面與立體形式，對(duì)于初學(xué)者而言，尚未有能力從平面圖建立起其空間特征，通過(guò)立體圖的制作與對(duì)比，可以讓其首先掌握該地質(zhì)圖所在地區(qū)的三維外觀，分清高地、河流的分布位置，同時(shí)也可以認(rèn)識(shí)地質(zhì)界線是如何在空間展布、地質(zhì)界線與等高線的關(guān)系等。通過(guò)圖1的反復(fù)閱讀與對(duì)比，初學(xué)者很快能根據(jù)地質(zhì)圖及其提供的等高線建立圖幅所在地區(qū)的三維空間，并掌握地層在空間的展布特征。

地質(zhì)思維時(shí)空觀的培養(yǎng)與建立另一個(gè)重要方面就是培養(yǎng)初學(xué)者對(duì)地質(zhì)過(guò)程的分析能力。地質(zhì)圖所展示的地質(zhì)現(xiàn)象是地質(zhì)歷史時(shí)期長(zhǎng)期作用的結(jié)果，其形成過(guò)程如何、以后可能怎樣演變是地質(zhì)研究應(yīng)該掌握的內(nèi)容，對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練對(duì)于構(gòu)建地質(zhì)思維的時(shí)空觀非常必要。

以凌河地質(zhì)圖為例，為了做到通俗易懂，筆者對(duì)其構(gòu)造演化史進(jìn)行了平衡剖面的制作，再現(xiàn)了其地質(zhì)過(guò)程(圖2）。

通過(guò)對(duì)圖2的分析與講解，初學(xué)者了解了該地區(qū)的沉降與隆升歷史，掌握了該地區(qū)地質(zhì)演化的歷史進(jìn)程，尤為重要的是，建立了動(dòng)態(tài)分析地質(zhì)現(xiàn)象的觀念與意識(shí)。

針對(duì)“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課本中需要重點(diǎn)剖析的地質(zhì)圖，筆者均進(jìn)行了立體圖及平衡剖面的制作。實(shí)踐證明，這種輔助教學(xué)方式對(duì)于初學(xué)者克服閱讀地質(zhì)圖時(shí)的畏懼心理，快速建立研究區(qū)的空間狀態(tài)及其與地質(zhì)圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系非常有效；同時(shí)也加強(qiáng)了同學(xué)們的時(shí)空觀念及對(duì)地質(zhì)過(guò)程的認(rèn)識(shí)，在增加課程學(xué)習(xí)趣味性的同時(shí)，加強(qiáng)了同學(xué)們地質(zhì)思維時(shí)空觀的培養(yǎng)與建立。

2.構(gòu)造形跡的教學(xué)實(shí)踐

構(gòu)造形跡是指巖石圈的巖石、巖層、巖體在力的作用下形成的各種變形現(xiàn)象，如各種不同成因的褶皺和不同性質(zhì)的斷裂、節(jié)理、面理和線理，以及各種顯微裂隙、晶格錯(cuò)位等。構(gòu)造形跡是“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程教學(xué)需要重點(diǎn)闡述的內(nèi)容，從構(gòu)造形跡的解析反演地球系統(tǒng)時(shí)空變化，是構(gòu)建地質(zhì)思維、培養(yǎng)地質(zhì)思維時(shí)空觀的重要方面。

在教學(xué)過(guò)程中，筆者對(duì)構(gòu)造形跡的分析與講解一般按照三個(gè)部分進(jìn)行，即幾何學(xué)描述、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及動(dòng)力學(xué)機(jī)制探討等。其中，幾何學(xué)描述是基礎(chǔ)，也是野外識(shí)別構(gòu)造形跡的重要依據(jù)；運(yùn)動(dòng)學(xué)特征分析能夠再現(xiàn)構(gòu)造形跡的形成過(guò)程；動(dòng)力學(xué)機(jī)制是對(duì)構(gòu)造形跡幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征形成的解析，解答“為什么”的問(wèn)題?！皹?gòu)造地質(zhì)學(xué)”教材中關(guān)于構(gòu)造形跡幾何學(xué)特征的內(nèi)容較多，部分同學(xué)常常只注重幾何學(xué)的學(xué)習(xí)，而忽視了后兩者的分析，使對(duì)構(gòu)造形跡的理解只停留在現(xiàn)象本身方面，嚴(yán)重阻礙了地質(zhì)思維的形成。為了克服這一錯(cuò)誤傾向，需要加強(qiáng)典型野外構(gòu)造形跡的分析與講解，一方面培養(yǎng)地質(zhì)思維，一方面也能進(jìn)一步理論聯(lián)系實(shí)際。

圖2 凌河地區(qū)地質(zhì)過(guò)程的恢復(fù)

以節(jié)理與斷層的教學(xué)為例，在野外特征、運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析的講解基礎(chǔ)上，對(duì)野外的實(shí)際圖片或素描進(jìn)行分析講解，反演地質(zhì)體的時(shí)空演化。如圖3所示，地質(zhì)體中發(fā)育了多種構(gòu)造現(xiàn)象，如棋盤狀節(jié)理、一條主要的逆沖斷層及數(shù)條與主斷層相交次級(jí)斷層。棋盤狀節(jié)理的形成為初次構(gòu)造，逆沖斷層為第二序次構(gòu)造，而角度較陡的派生斷層為第三序次構(gòu)造。其形成是受到近水平的擠壓力的作用，首先形成“棋盤狀”節(jié)理，當(dāng)力持續(xù)作用后，產(chǎn)生角度較緩的逆斷層，并由此派生出一組“人”字形分支斷裂。通過(guò)上述典型構(gòu)造形跡的解析，一方面鞏固了課本理論知識(shí)，加強(qiáng)了理論聯(lián)系實(shí)際能力，更為重要的是通過(guò)這種教學(xué)方法使同學(xué)們學(xué)會(huì)了通過(guò)構(gòu)造形跡的解析反演地球系統(tǒng)的時(shí)空演化，在不知不覺中培養(yǎng)了同學(xué)們的地質(zhì)思維能力。

圖3 多期構(gòu)造形跡的疊加現(xiàn)象[8]

三、結(jié)論

(1）地質(zhì)思維是地質(zhì)工作者必須具備的思維能力，地質(zhì)思維時(shí)空觀是地質(zhì)思維的一個(gè)重要方面。地質(zhì)思維時(shí)空觀的本質(zhì)是對(duì)地質(zhì)過(guò)程的理解與認(rèn)識(shí)。

(2）構(gòu)建地質(zhì)思維時(shí)空觀不僅要讓初學(xué)者意識(shí)到地球不僅是由物質(zhì)所組成的，而且地球還是在不斷變動(dòng)的，現(xiàn)今所觀察到的地質(zhì)現(xiàn)象是地球長(zhǎng)期地質(zhì)作用的結(jié)果。

(3）“構(gòu)造地質(zhì)學(xué)”課程的教學(xué)，尤其是地質(zhì)圖的閱讀與構(gòu)造演化史的分析及構(gòu)造形跡的解析對(duì)于構(gòu)建地質(zhì)思維時(shí)空觀具有重要意義。

[1] 許文才，谷永昌，姚寶剛.地質(zhì)思維的物質(zhì)觀和時(shí)空觀[J].河北地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，18(6）:618-624.

[2] 孫士超.地質(zhì)思維的基本特征與方法[J].中南冶金地質(zhì)，1996，(2）:112-119.

[3] 魏寬義.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)中的地質(zhì)思維初探[J].西安地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，1989，11(3）:39-43.

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[6] 王平麗，李守軍，李增學(xué)，等.“化石探秘”公選課課程建設(shè)探討[J].中國(guó)地質(zhì)教育，2010，(2）:56-57.

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[8] 藍(lán)淇峰，胡長(zhǎng)雪.構(gòu)造形跡地質(zhì)力學(xué)分析圖示[M].北京:地質(zhì)出版社，1974.

Cultivation and Establishment on the Spatiotemporal View of Geology Thinking——Taking the Course Teaching of Structural Geology as an Example

NI Jin-long1,2, GUO Quan-jun1, GUO Ying1,TANG Xiao-ling1, LI Zeng-xue1
1.Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266510, China; 2.China University of Geosciences, Beijing 100083, China

Geology thinking is the prerequisite thinking ability for geologists.The spatiotemporal view is the important aspect of geology thinking that is the comprehension and cognization of geological process in essence.The teaching of structural geology plays significant role in establishing the spatiotemporal view of geology thinking.Through making three dimensional figures and balanced cross sections corresponding to the geological map in the process of teaching, and the geometrical, kinematical and dynamical analysis of typical structural feature case for estimating the spatiotemporal variations of the earth system, the spatial thinking and spatiotemporal corresponding ability for geology beginner can be rapidly cultivated, which is benefit for establishing spatiotemporal view of geology thinking.

geology thinking; spatiotemporal view; structural geology

G640

A

1006-9372 (2011）04-0089-04

2011-07-03；

2011-10-13。

倪金龍，男，副教授，主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的教學(xué)和研究工作。