再谈地质思维时空观的培养与建立—以“构造地质学课程设计”为例

倪金龙，张凯

山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 266590

再谈地质思维时空观的培养与建立—以“构造地质学课程设计”为例

倪金龙，张凯

山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 266590

地质思维是地质工作者必须具有的、独特的思维方式，时空观是地质思维的重要方面。“构造地质学课程设计”以巢湖北部地区作为研究对象，分理论与实践两部分内容。理论部分重点解析两个方面：第一，地层的典型特征及其所代表的沉积环境、海平面变化、地壳的升降及构造运动的强弱；第二，单一构造现象的特征及成因机制，众多构造现象的综合解析。实践部分通过学生自己动手绘制该地区的图切剖面、构造纲要图、地质报告撰写强化对该地区地质过程的理解与认识。实践证明，以地质过程为教学中心的内容安排对于学生的地质思维时空观的形成具有较大帮助。

构造地质学； 课程设计；地质思维；时空观；巢湖地区

地质学是研究地球的物质组成、内部构造、外部特征、各层圈之间的相互作用和演变历史的自然科学[1]。地质学的研究对象为广袤的地球，明显不同于数学的公式、医学的病人或计算机科学的程序语言。地质学研究对象的抽象性与复杂性决定了地质学者必须具备不同于其他学科的特殊思维能力——地质思维[2]。

作为地质学科的一个重要分支，构造地质学是研究各种构造现象的几何特征、发育规律及其形成机制的学科。正是基于这样的内容，“构造地质学”课程作为专业基础课成为地质类专业必修的重要课程，同时也担负着学生地质思维能力训练与培养的重要责任[3]。根据课堂教学与实践，笔者曾提出了“构造地质学”教学中地质思维能力培养与建立的一点心得体会[4]；本文是根据“构造地质学课程设计”，进一步提出了一些相关的做法，以期抛砖引玉。

一、地质思维的内涵

人类认识自然客观世界的思维方式是不断变化的。在人类文化发展早期，经历了朴素的哲学思维、逻辑思维的转变；随着近代科学的发展，形成了概率论思维与统计学思维，并继续向非线性思维方式进行转变[5]。与认识自然世界的思维演化一样，人类对于地质思维的形成也是循序渐进的。 “沧海桑田”的认识是古人地质思维的一种朴素表现。

与“逻辑思维”的“推理”不同，地质思维是个抽象的概念。但一般认为，时空观与物质观是地质思维的两个重要方面[6]。地质思维的物质观反映的是对地球组成物质的认识，包括三大类岩石以及组成岩石的矿物。地质思维的时空观反映的是对地球内部各种地质现象在不同地质历史时期的特点及其演变规律的认识与理解，其中包括地球圈层的结构与特征及其演化，岩石圈的结构及其演化（如板块的漂移），岩石、岩层与岩体的变形特征及其演化等。

除此之外，地质思维还包括分形观与哲学观。分形观的本质在于认为分形内部任何一个相对独立的部分，在一定程度上都是整体的再现和相对缩影(分形元)，人们可以通过认识部分来认识整体[7-8]。哲学观的本质在于运用哲学的观点去看待地质现象，在地质现象的形成与演变中，反映了大量哲学的原理，如递进变形反应的是“量变质变规律”、岩石圈中的伸展与挤压现象反应的是“对立统一规律”等[2，7-8]。

二、地质思维时空观的培养与建立

1.构造地质学与地质思维时空观的培养

在上述提及的地质思维的四个方面中，时空观是地质思维的一个重要方面，也是培养与建立的一个难点。从本质上说，地质思维的时空观体现的是对地质过程的认识与理解。因而，在教学过程中，加强对地质过程的解析是建立学生地质思维时空观的重点。

“构造地质学”理论课程中，分章节讲解了各个构造现象的几何特征及其形成机制，如褶皱、断层、节理、劈理、韧性剪切带等。学生对于课程知识的学习是通过分散的章节来进行的，然而一次构造运动可能形成多种构造现象，如我们野外观察到的变质核杂岩构造，既有形成于深部层次的韧性剪切带构造，又有形成开浅部层次的脆性断层；既有未变形的岩体，又有遭受韧性剪切而形成的面理与线理构造等。如果仅仅分别认识这些构造现象，还只是停留在初级阶段；如何将这些构造现象综合起来，并将它们放到整体的构造背景中去认识，理解其地质过程，才能真正达到掌握课程的目的。地质思维时空观的培养也正是在这样的教与学的过程中进行并完成的。当然，上述目的达成仅仅靠“构造地质学”课堂理论教学是不够的。

“构造地质学课程设计”是我校继“构造地质学”课程教学之后开设的一门实践课程，旨在通过实例分析进一步加强学生对构造地质学课程的认识与理解，并达到培养学生地质思维时空观的目的。

2.课程设计内容与实践

为了与后续的巢湖地区综合地质实习相接轨，在课程设计的课程中，我们选择巢湖地区作为实例来进行。课程设计主要包括两个部分：课堂理论分析与学生亲手制作图件并撰写报告。

课堂理论分析主要讲解巢湖地区的大地构造位置、地层特征、岩浆岩、构造现象与成因机制及构造纲要图的制作等。

如果将上述内容只是常规性地介绍一下，对于学生地质思维时空观的形成没有任何帮助，只能加深学生对地质专业的困惑。在理论讲解中，笔者更注重的是不同地质现象之间的相互联系。如对地层的讲解，如果仅停留在地层的描述上，不仅枯燥，而且起不到任何积极的意义。笔者在讲解中，按地层从老到新进行介绍，每个地层重点强调其最核心特征，并对其地质意义进行讲解。在巢湖北部地区，大量发育了海相古生代及三叠纪的地层及少量湖相的侏罗系地层，每个组都有自己的特点。课堂讲解不仅要让学生明白地层的特征与发育环境之间的联系，而且要让学生明白从老到新地层变化与地壳的升降、构造运动强弱、海平面升降等之间的联系（图1），即让学生明白地层变化的地质过程，而这恰恰是地质思维的训练的重要方面。

图1 巢湖北部地区地层典型特征及其与构造运动之间的关系

对于巢湖北部地区构造部分的讲解，侧重于两个联系：第一，将各种构造现象的空间展布特征与其动力学成因联系起来，如巢湖地区的褶皱为纵弯褶皱，其轴迹与最大主应力方向垂直；巢湖地区逆断层、平移断层及正断层的形成与安德森模式相联系等。第二，将不同的构造现象联系起来，如将褶皱、平行或垂直于褶皱走向的逆断层或正断层等的成因相联系等。对于初学者而言，对单一构造现象，或许能解释，但面对同一地区看似杂乱的众多构造现象时，可能就迷茫了。因而，用一条主线（统一的应力场）将这些构造现象串联起来对于地质思维的建立与培养至关重要。

巢湖北部地区最强烈的构造运动发生于印支期，该时期巢北地区经历了海相向陆相的重大转变，李三忠认为该地区印支期存在三个褶皱幕、三个断层幕，总体受制于NW-SE向挤压应力场；燕山期只存在一个较弱的褶皱幕[9]。因而，可以认为巢北地区1∶5万幅地质图上所反映的构造现象基本为印支运动的结果，但为什么地质图上展示了众多复杂的构造现象呢？如“M”型大型褶皱、NE-SW向展布的逆断层、NW-SE向展布的平移-正断层、NEE-SWW向平移断层等。这就要求我们将这些构造现象在统一的应力场中进行解释，并根据各自的动力学成因相互联系起来。如图2所示，当学生弄清了各种构造现象的展布特征与成因机制、不同构造现象之间看似无关，但却形成于统一的应力场时，对于“构造地质学”课程系统的理解便完成了，对于不同构造现象的形成过程也有了清楚地认识。如果将巢湖地区的构造过程与苏鲁-大别造山带的演化相结合，则将局部构造的解析升华到区域构造的理解层面，必将大大开阔学生的视野，地质思维的时空观的培养与建立就是在这一系列看似无意的过程中形成了。

图2 巢湖北部地区构造现象分布及其成因解析

除了以老师为主体的理论解析外，课程设计的另一个主体是学生。在解析完该地区的理论内容后，课程实践部分主要是通过学生自己动手绘制该地区的图切剖面、构造纲要图、地质报告撰写等，以此进一步激发学生对该地区地质现象的思考、强化对该地区地质过程的理解与认识。

三、讨论与结论

地质思维是地质类专业学生必须具备的思维能力，同时也是地质类专业教师教学的一个重要方面。“构造地质学”相关课程在培养同学们地质思维时空观方面肩负着重要责任，在教学过程中应精心设计教学内容，重点体现出“时间与空间的关系”、“局部与整体的关系”等的讲解，即体现出对“地质过程”的讲解和认识。即使是对单一构造现象，也要对其地质过程进行分析，因为每一个构造现象都是地质历史时期缓慢变形（递进变形）的结果。实践证明，以地质过程为教学中心的内容安排对于学生地质思维时空观的形成具有较大帮助。

[1] 吴泰然，何国琦.普通地质学[M].北京：北京大学出版社， 2011： 334.

[2] 万天丰.关于“地球科学概论”的教学指导思想[J].中国地质教育，2006，(2)：47-52.

[3] 倪金龙，唐小玲，余继峰，等.“构造地质学”课程教学与改革[J].中国地质教育，2007，(2)：44-46.

[4] 倪金龙，郭全军，郭颖，等.地质思维时空观的培养与建立—以“构造地质学”课程教学为例[J].中国地质教育，2011，(4)：89-92.

[5] 王根厚.周口店野外地质教学中地质思维的培养[J].中国地质教育，2004，(4)：49-51.

[6] 许洪才，谷永昌，姚宝刚.地质思维的物质观和时空观[J].河北地质学院学报，1995，(6)：618-622.

[7] 谢和平，高峰，周宏伟，等.岩石断裂和破碎的分形研究[J].防灾减灾工程学报，2003，(4)：1-9.

[8] 谢焱石，谭凯旋.断裂构造的分形研究及其地质应用[J].地质地球化学，2002，(1)：71-77.

[9] 李三忠，李安龙，范德江，等.安徽巢北地区的中生代构造变形及其大地构造背景[J].地质学报，2009，(2)：208-217.

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

Author(s):NI Jin-long, ZHANG Kai

structure geology; course design; geology thinking; the spatiotemporal view; Chaohu

G640

A

1006-9372 （2014）03-0043-03

2014-05-30。

山东科技大学教学改革项目（JG201202）；山东科技大学构造地质学精品课程项目；山东省高等学校教学改革项目（2012246，2012249）。

倪金龙，男，副教授，主要从事构造地质学的教学与研究工作。