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關鍵詞:水利水電工程;地質勘察;建筑巖土工程;勘察;比較;分析
水利水電工程和建筑巖土工程地質勘察存在一定的差別,本文從工程地質與巖土工程研究內容、水利水電與建筑行業的巖土/地質標準、以及地質勘察報告等方面詳細的分析了兩者地質勘察的不同,切實說明了二者地質勘察工作存在本質上的差別。
1 內容方面的對比
工程地質學指的是專門研究人類工程以及地質環境作用的一種科學,運用地質學,特別是構造地質學相關理論去處理工程地質問題[1]。這一學科主要的研究對象為工程和地質環境、地球和人之間的相互關系,以及因此而形成的地質問題。巖土工程指的是土木工程中有關巖、土處理、使用、改造等的科技,主要針對基礎、洞室、邊坡等進行研究,這三者的變動、穩定或者滲流就是巖土工程需要解決的基礎性問題[2]。工程地質學所要研究的對象范圍遠遠大于巖土工程。前者主要任務是幫助各項工程設計、規劃、施工提供足夠的地質資料參考,由此給予工程建設一定的地質保障。基于此,需要為工程建設選定地質較好的施工地址,對于地質具有一定問題的工程必須進行深入的分析并采取有力的措施加固地基,保障工程施工的順利進行。與此同時,需要對工程建設所造成的地質問題,以及地質災害對工程和附近環境產生的影響進行分析,同時采取相應的措施予以應對。巖土工程需要對巖土性狀、力學行為、巖土體給工程造成的各方面影響,巖土體性狀、人類生存環境的改造等展開研究。這兩種在某種程度上是相似的。由此可知,工程地質包含在地質學內,屬于地質學一個分支,從本質上講它是一種應用類科學,發展相對成熟。巖土工程屬于土木工程學的一個分支,從本質而言,屬于工程技術的一種。巖土工程尚且處于發展階段,其相應的含義、內容、范疇、理論、技術、風險都需要進行進一步創新和發展。工程地質工作相關人員為地質師,該項工作偏重于針對地質現象、地質規律、地質和工程二者的作用和聯系的研究。利用工程地質勘察活動明確地質條件、尋找地質問題、選擇適當的工程施工場地、分析工程建設對地質造成的相關影響。巖土工程工作人員為巖土師,注重怎樣利用工程目標及其地質條件,建筑滿足相關質量、安全要求的工程,有效處理工程建設面臨的巖土問題。所以,在研究對象和內容方面,二者似乎存在著一定的相似之處,但是從本質上二者天壤之別。巖土工程可認定為工程地質學的分支,但是相反的,使用巖土工程表示工程地質就非常牽強。但是這些年來,工程地質學科的發展和創新面臨非常重大的考驗,工程地質學進行易名,更名為巖土工程學,工程地質勘察開始稱作巖土工程勘察。
2 水利水電與建筑行業的巖土/地質標準的對比
2.1 建筑行業工程巖土標準
建筑行業工程巖土標準屬于一項較大的地質標準體系,其中含有JGJ、CECS、GBJ等130多冊,地方標準和國家標準分別為60和10冊,大致占標準體系總冊數的40%左右。這一標準體系具有下面幾個特點:其一,應用范圍較廣,適用于市政建筑、工業建筑、民用建筑等。其二,標準規范全面,內容系統而廣泛,含有地質勘察、工程設計、工程施工、工程竣工驗收、工程質量監測[3]。其三,這一標準體系的編寫人員主要有國家建設部下屬的勘察院以及科研院等,編寫水平先進、非常實用。但是工程巖土標準很多都和混凝土存在密切的聯系。
2.2 水利水電工程巖土/地質標準
從數量規模上看,水利水電工程相關巖土標準和建筑工程相差較多,總計41本,但是國際規范共有9本,同時很多和工程巖土部分。相關標準具有下面幾方面特征:其一,國內水利水電工程建設目前已經處于世界先進行列,比如三峽水利樞紐都是世界級工程。這些大型的工程建設必然會對地質和巖土提出極高的要求,在壩基壩體穩固性、變形、地下圍巖等都提出全新的研究課題,由此水利水電工程需要及時的總結實踐經驗和科研成果,不斷提升巖土標準的水平和先進性。其二,標準、技術應用最早。水利工程中最早使用土工合成材料,為了進一步推廣和應用新技術,建立了一套較為完整的國際行業標準;最早在試驗中引進標準,當前已經是各項工程勘察工作必須做的基礎性的原位測試;最早使用菲迪克條款,這項條款而今已經成為國內進行工程建設一項基本的管理標準;在工程勘察中最早使用ASTM土分類標準,現在該項標準已經得到全面實行。其三,巖土分類、室內試驗標準系統、具有很強的權威性[4]。其中含有工程巖土分級標準、試驗方法標準等這些都對國內各個行業章程編制工作進行了全面、到位的指導。水利水電工程標準中含有更為細致的土木儀器檢驗規程、巖石試驗規程等多項標準規范。其四,因為水利水電工程建設對于地質具有非特殊的要求,其配套的規程標準也具有一定的特色,比如,地質勘察、地質測繪、物探、坑探、壓水抽水試驗、施工地質勘察等。其五,現在江河的堤防工程已經成為了水利工程中的重點項目,為確保工程建設質量,我國已經具備了一套較為完整的工程地質勘察、工程施工規范等。建筑巖土標準體系龐大、數量多,但是如果工程建設場地地質條件簡單,最后相關也就只有一個點。水利水電工程基本上都是建設在河谷或者峽谷的位置,工程一般都是一個樞紐,這一系統含有大壩、庫區、水電站、水閘等多個項目。建筑工程勘察主要集中于地質質量、土的承載力、土的沉降、地下水、基礎等,常常采用鉆探的勘察方式,很少涉及到物探的方式。利用靜探、鉆探、等方式提供相應的標準值。水利工程的地質勘察工作非常復雜,通常涉及地質構造、地層巖性、地質條件、水庫滲漏、庫岸穩定、沉陷滲流、地基承載力、建筑材料等,勘察工作需要根據相應規范使用坑探、鉆探、物探三種方法組織勘探活動。通過觸探、鉆探、巖體應力測試、高壓壓水、地下水動態觀測、注水等工作,對工程地質進行充分全面的分析,進而提出相應的建議值。
3 地質勘察報告的編寫方面的對比
從本質上分析,兩項工程地質勘察報告存在很大的區別。在實現全面勘察之后,經由建設主管部門審查合格,形成一定的巖土工程勘察蟾媯各個地區就此編制詳細的工程勘察報告編寫標準,已經較為規范,很多工程都已經存在軟件編寫報告的情況,已經發展到半自動化程度。水利水電工程報告的編制僅有一項勘察資料內業管理規范,編制格式沒有統一的標準,僅有簡單的章節順序。由于各個工程地區地質條件存在較大差別,分析論證時需要按照工程具體的情況進行文字章節,再使用一些簡單的圖片以及表格輔助說明等。我們從勘察報告中可以看出一個編寫人員業務水平、工作態度、工作能力等;同時也充分體現了勘察報告校對人、技術工程師的態度;還可以通過工程地質圖紙體現出制圖者本身的專業水平。
4 結束語
綜上,我們了解水利水電工程和建筑巖土工程地質勘察存在多方面的差別。在巖土/地質標準方面,水利水電工程的要求更加嚴格。關于地質勘察報告,水利水電工程沒有具體標準的格式,而建筑巖土工程則相對規范、標準,且已經形成半機械化狀態。
參考文獻
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[關鍵詞]巖土工程;工程地質;關系;問題
中圖分類號:P642 文獻標識號:A 文章編號:2306-1499(2014)13-0176-01
1.巖土工程與工程地質之間的關系
雖然巖土工程與工程地質分別屬于土木工程和地質學,但二者具有非常密切的關系。有專家概括巖土工程作為工程地質的基礎,是工程地質的進一步延伸。工程地質學是源于土木工程的需要而產生。
巖土工程的基礎理論是傳統的力學理論,但僅僅依靠力學計算難以解決工程中出現的實際問題,與工程地質在發生之初就具有密切的關系。結構工程研究的是鋼材、混凝土等人工生產制造的材料,具有均勻的材質,由于是工程師設計或選定的結構和材料,所以具有很強的可控性,具有十分明確的計算條件,所以說建立在結構力學和材料力學基礎上進行計算可信度非常高。但對于巖土材料而言,不管是結構還是性能,都是經過漫長的地質時期在自然中形成,是復雜地質條件相互作用的產物,工程師不能控制結構和材質,必須通過仔細勘察,但是在實際工作中難以做到勘察清楚。因為工程地質條件的不確定性和地下巖土體的區域性和不確定性,巖土工程師對工程的計算就會存在信息不全面和計算條件的模糊,不能僅僅依靠計算的結果,對工程經驗要求較高。因此,盡管巖石力學、土力學和計算技術都取得了非常大的進步,也在巖土工程設計施工中起到了很大的作用,但因為存在計算參數、計算假定、計算方法等與工程的實際有一定的誤差,就會導致計算結果與工程實際之間存在不同程度的誤差,這就需要對巖土工程進行綜合判斷。
對工程地質的正確認識和研判,對巖土工程設計和施工有著關鍵的前期引導作用。巖土工程設計和施工過程中,首先遇到的研究對象是巖土體,對其工程特性以及在地質演化過程中產生的一些地質規律進行研究和推測,就當前我國工程建設中的分工而言,必須依靠相關的工程地質工程師。比如隧道工程,由于土木工程師缺乏對工程地質的深入了解,對在工程設計和施工過程中遇到的工程地質問題的預測就會存在一些困難。在進行隧道鉆探施工過程中,雖然土木工程師可以分辨巖芯的軟硬狀態,但是不能全面掌握在何種巖土體情況下使用何種鉆進方法,對其中可能出現的工程地質問題采取何種應對措施就存在欠缺。但對于經驗豐富的的工程地質工程師而言,通過工程地質勘察手段,運用工程地質經驗,就能夠對巖土體的工程性質進行初步的判斷,預測隧道施工過程中可能遇到的工程地質問題,作出預案建議。巖土工程需要工程地質方面知識來服務,工程地質研判出的地質問題、巖土特性及其它問題需要對巖土工程發揮科學的指導作用,根據工程條件和地質條件,為設計師提供合理的巖土參數和建議,為工程施工選擇合適的施工機械、施工方法以及預測施工過程中可能遇到的地質工程問題,提出處理建議。
2.巖土工程與工程地質的共同發展
2.1力學與地質學的互相結合
力學和地質學共同支撐著巖土工程的發展,力學是巖土工程是發展的基礎。力學的出發點是力學的基本理論,與具體條件相互結合,構建模型,然后進行求解,注重在條件設定情況下的定量計算,是演繹推理。地質學的研究方法比較獨特,主要是通過調查,收集較多的數據信息,然后進行綜合對比分析,找出內在的科學規律,注重成因演化,對問題進行宏觀把握,最后進行綜合的判斷,是歸納推理。對于工程地質學家來講,假如力學理論掌握的不夠精通,就難以對工程地質問題進行定量分析,從而做出有深度的評價,就不能科學處理工程中出現的問題;對于巖土工程師來講,假如地質學知識掌握較少,就不能把握好工程與地質之間的作用,難以提出科學的解決方案。演繹推理和歸納推理具有良好的互補性,綜合應用才能很好的解決巖土工程問題,促進學科發展。
2.2巖土工程和工程地質相互依托發展
近幾十年來,不管是巖土工程還是工程地質,在我國都得到了長足的發展和不斷的創新。我國建筑行業正處于較快的發展階段,向著高空和地下同時追求最大化空間利用,深基坑越來越深,高層建筑也在追逐或者超越世界水平。城鎮化、工業化發展與環境改善共同存在。但我國幅員遼闊,各項工程建設中涉及的工程地質條件有其獨特性,給巖土工程和工程地質帶來了非常突出的問題,但是也給巖土工程技術和工程地質技術的發展與創新提供了良好的機遇與廣闊的發展空間。比如在軟土地區,進行深基坑開挖和隧道掘進的同時,如何很好的保護好周邊環境條件,特別是在城市中心的工程,周邊環境復雜,既要保證工程進度的順利,也要保證地面建筑、已有道路和紛繁復雜的地下管線及其他構筑物的安全。這就需要工程地質人員對地下土層的分布,巖土工程性質進行科學、合理的研判,充分發揮土質土力學理論知識和工程實踐經驗相結合的利用能力。同巖土工程設計師進行相互溝通和交流,進行反復假設和論證,選擇合適的設計方案和施工方案。巖土工程設計及施工以地質工程為基礎前提,而地質工程又以巖土工程為服務對象,在地質工程師掌握項目工程條件時,其目的性就更明確,更加經濟合理的開展地質工程工作。
在巖土工程技術不斷創新的同時,地質工程的勘探技術和分析技術也在發展。巖土工程技術的發展,對地質資料的準確性要求就會越高。只有地質工程勘探技術和分析技術發展起來了,才能提供更精確、更多的地質條件,多種勘探方法的同時利用,對地質條件的解讀也更加準確。比如地質數值模型的建立,將有利于巖土工程技術數值模擬的比較和選型。這需要兩個領域的相互穿插和知識的相互融合,依托發展,兩者共同構成工程建設的重要組成部分。對工程技術的創新,創造高質量精品工程是工程領域共同追求的目標。這就要求巖土工程師和工程地質工程師克服各種困難,抓住機遇,在工程建設和生產中不斷創新,探究更加科學、更加先進的實用技術和方法。只有不斷的創新,才能在國際競爭中領先,才能推動我國巖土工程和工程地質的科技進步。
2.3人才培養
當前,很多高等院校都將工程地質學科與巖土工程學科進行合并,培養具有綜合素質和綜合應用能力的人才。但在這過程中也存在不少問題,高等院校在培養人才時,注重理論知識的培養,缺少理論與工程實踐的結合,而此過程中容易造成學員缺乏對所學學科的認識,容易造成學員認為配置的教材與所學專業缺少直接聯系,以至于我們的學員在學習期間或者畢業后總覺得所學內容無所用處。我認為在高校期間的人才培養,需要利用工程實例,特別是一些失敗的工程案例結合理論知識進行解析,培養學員對學科重要性的認識,培養其分析能力,充分調動學員的學習興趣和探索能力。在高校外,學員進入各工作單位后,工作單位應根據學員所學專業配置情況,結合工程實際進行經驗傳授,讓學員學會應用規范、規程等工具書。對于人才的培養,是一個長期過程,既需要學校的科學文化知識教育,也需要社會工程實踐的鍛煉。作為一個合格或優秀的工程師,在實際工程中,如何很好利用理論知識,什么樣的工程問題需要尋求什么樣的理論分析,什么樣的技術在工程實際中可以得到創新,這是一個長期理論知識的積累和豐富工程實踐經驗的總結結果。
3.結語
巖土工程和地質工程的發展,為工程建設提供了更加科學、可靠、經濟的工程技術,兩者之間互為依托,巖土工程技術的發展促使地質工程勘探技術和解析方法的發展,地質工程提供的高精度、高準確性的地質解讀,為巖土工程技術的發展提供了巖土數據基礎,兩者共同組成工程建設的重要組成部分。對兩者的發展和探索一直是工程建設領域不斷追求的目標,同時,對具有綜合素質和綜合應用能力人才的培養也勢在必行。
參考文獻
>> 我國地質公園發展存在的問題及保護發展建議 鳳山地質公園生態旅游開發的問題與對策 關于“國家地質公園規劃編制中的重點問題”的探討 瑰麗的“世界地質公園” 世界地質公園的由來 黔東南苗嶺國家地質公園的地質旅游導游問題系統研究 興凱湖的變遷和國家地質公園的建立 云南地質公園的多重屬性和管理因素分析 雁蕩山世界地質公園的保護、教育和旅游 地質公園規劃編制關鍵問題分析 ANP法在地質公園旅游競爭力評價中的應用 暢游甘肅地質公園 中國.地質公園.元年 山崩地質公園游記 漫談地質公園省 國家地質公園 國家地質公園的開發與保護 流淌的文化福建清流溫泉地質公園剪影 美國黃石地質公園:大自然的狂歡 房山 您身邊的世界地質公園 常見問題解答 當前所在位置:.
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1 地球物理學專業開設礦物巖石學的必要性與存在問題
地球物理學專業目標在于培養具備地球物理學和地質學的基礎理論、基礎知識和基本技能,具有扎實的數學物理基礎和很強的計算機能力,能夠在科研機構、學校、以及地震、石油、礦產資源、環境和基礎工程等方面從事地球物理研究、教學、技術開發和管理工作的高級專門人才。地球物理學專業的主要研究對象仍是地球,礦物巖石是組成地球最重要的物質,學生掌握相關礦物巖石知識,對于地球物理相關專業課的學習和工作具有重要意義。
礦物巖石學課程涵蓋內容多、理論性較強,開設該課程以來,一直是任課教師和學生重點關注課程之一。礦物巖石學是資源勘查工程專業的學科基礎課程,具有較為完整的課程體系[1,2]。在我校,礦物巖石學課程體系被分為結晶學與晶體光學及實驗(理論課24,實驗課24)、礦物巖石學及實驗(理論課32學時,實驗課36學時)。如此多的教學內容在地球物理學專業中僅僅有40個學時。因此,對于地球物理專業的礦物巖石學,課程內容設計十分困難。如果設計的內容較多,教學時間不夠,學生學起來比較吃力,如果設計內容少,學生又感覺到沒什么價值。怎樣抓住這幾門課程的內在聯系,以某一個主線把各門課程的基本知識整合在一起是這門課程的重中之重。這就需要對原有的教學內容進行合理的取舍,構筑起正確的課程結構和框架。合理安排礦物巖石學中結晶學、礦物學、晶體光學以及巖石學的內容,不僅有利于學生的掌握,而且對于后續課程的安排也具有指導意義。
2 地球物理學專業礦物巖石學課程內容設置
礦物巖石學是一個較為龐大的課程體系,包括結晶學、礦物學、晶體光學、巖漿巖、變質巖多個核心內容。根據地球物理學專業特點,以礦物巖石學基本知識為主線,對課程內容、學時分配等進行相應整合。把總共40個學時的礦物巖石學分為32個學時理論課和8個學時實驗課。結晶學部分主要講授晶體和晶體的基本性質、晶體的對稱、晶體的定向、單形和聚形分析、晶體的規則連生等與礦物學密切相關的內容。晶體光學部分只講授晶體的光性分類、光性均質體和非均質體的光波傳播特點、偏光顯微鏡的原理及應用,不再涉及具體礦物的光學特征。結晶學和晶體光學部分重點講述基本理論,為礦物和巖石的學習奠定一定基礎即可,總共安排6個學時。礦物學部分重點放在總論上,重點介紹礦物的形態、礦物的物理性質、礦物的化學成分和礦物的分類命名,總共安排12個學時。礦物的各論部分放到實驗課進行學習。巖漿巖部分重點介紹巖漿及巖漿作用、巖漿巖的化學成分特征、礦物組合規律、巖漿巖的結構、構造、產狀,巖漿巖各論部分主要安排在實驗課學習,總共8個學時。變質巖部分重點介紹變質巖與變質作用、變質巖的化學成分、礦物成分、變質巖的結構構造,變質巖各論部分也安排在實驗課學習,總共6個學時。
礦物巖石學課程的突出特點為實驗教學內容較多,實驗教學環節是培養和鍛煉學生動手能力和顯微鏡基本操作技能的重要組成部分。學生通過對手標本和顯微鏡下薄片的觀察,將理論教學內容應用到實踐中,有效培養了學生綜合分析的能力。因此無論是理科還是能源類工科院校都把實驗作為這類課程的非常重要的環節,多數課程的實驗學時約占整個課程學時的一半,甚至更多。受學時限制,跨專業課程的實驗安排存在較大困難,地球物理學礦物巖石學的實驗課只有8個學時。在有限的時間里既要保證教學內容,又要保證教學效果。礦物學安排2個學時,主要講解常見的淺色礦物(玉髓、石英、鉀長石、斜長石、條紋長石、方解石、白云母、螢石等)和暗色礦物(橄欖石、輝石、角閃石、黑云母、石榴子石、電氣石等),使學時能通過手標本的顏色、形態、解理、硬度等認識這些礦物。巖漿巖安排2個學時,使學生掌握常見的超基性巖(橄欖巖)、基性巖(輝長巖、輝綠巖、玄武巖)、中性巖(閃長巖、閃長玢巖、安山巖)、酸性巖(花崗巖、花崗斑巖、流紋巖)。變質巖安排2個學時,主要觀察糜棱巖、蛇紋石大理巖、云英巖、板巖、千枚巖、片巖、片麻巖、混合巖。使學生在實驗室通過對手標本顏色、結構、構造、礦物組成方面的學習,掌握巖石的基本鑒定技能。剩下的2個學時,憑借中國石油大學(華東)及周邊地區的天然露頭優勢,如,學校內花崗巖、片麻巖、混合巖、大理巖等石材眾多,在教師指導下,學生自選觀察點,進行詳細觀察、描述,使學生明白實驗室標本和野外標本存在一定差異。
3 地球物理學礦物巖石學課程考核方式
目前的教育管理體制,考試扮演著關鍵的角色。考試像是指揮棒,很多時候,考試考什么,學生就學什么。要想培養創新型人才,對學生進行科學而有效的評價、激勵極其重要。課程考試不應簡單的以閉卷考試方式,而應將部分考核放在平時,以課堂討論、讀書報告、實驗考核等形式完成,成績也不能一刀切以期末為主,應多重復合。⒖際苑絞椒治課上、課后、實驗、期末四個部分。前三部分總共占30%,期末占70%。① 課上部分包括考勤、回答問題和課堂研討環節。考勤占5%。回答問題以搶答形式進行,設置5%的成績,每次課前提問,每人兩次機會,都回答對的,給予全部成績,這樣方式極大的督促了學生課下復習的積極性。除了包括必要的考勤外,還將實施課堂研討環節。將選課學生劃分為若干個小組,每個小組自選或者教師指定礦物巖石學課程中重要的知識點,通過查閱資料、討論、制作ppt等方式準備報告,采用課堂討論或者報告形式進行匯報,計入課上考核成績,占5%。② 課后部分,占總成績5%。針對理論課程中需要學生自學或者相對比較深入的知識點,可以通過課后作業,書寫報告的形式考察學生。比如,課程中巖漿的成因及多樣性、巖漿巖結構成因、變質相及變質帶等問題。這些問題需要學生以教材為基礎,通過查閱相關參考教材、文獻、專著等,總結相關觀點,書寫報告,培養學生書寫讀書報告的能力。③實驗課程考試方式將按照課堂內考核、課堂外考核和延伸考核進行,共占10%。課堂內考核主要包括學生平時聽課及回答問題的專注情況、實驗報告撰寫情況以及期末階段學生鑒定未知礦物巖石的能力。課堂外考核依據學生學校內花崗巖、片麻巖、混合巖、大理巖等石材的考察,撰寫報告。延伸考核主要是針對某些學習興趣較高的學生,結合相關教師的科研項目或者大學生創新創業計劃項目進行科學研究工作,針對其研究思想及效果給予成績,培養具有一定科研潛力的學生。④ 期末考試。期末考試將針對課程中重要的概念、定義、理論等采取靈活多變的題型,考察學生對知識點以及應用知識解決問題的能力。涉及理論知識部分:選用課程知識體系中核心概念、理論進行考核;知識的靈活運用部分:與傳統的“死記硬背”題目相比,靈活考查知識題目更能體現學生對知識點的掌握程度,可以采用地質素描圖、選擇等方式。比如:侵入巖的產狀包括整合侵入和不整合侵入,整合侵入又包括巖床、巖盆、巖蓋等,不整合侵入包括巖墻、巖脈、巖基、巖株等。以往考試都是以填空題形式進行考核,考生死記硬背,甚至不知道巖床或者巖墻是什么,有什么區別。按照靈活運用知識點要求,可以采用看圖填空的形式,利用模式圖或者野外地質素描圖、照片等,要求學生看圖填寫各個地質體的名稱,這樣學生不但掌握了分類,還掌握的各個地質體概念、區別等;綜合分析部分:對于期末考試題目中可以設置一些綜合題,即兩個或者兩個以上知識點的綜合歸納、分析或者運用,避免了大部分同學只記住了課程的知識點,但缺乏歸納總結的能力。如花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖區別,只考核了巖漿巖中相似巖石的區別。改革后的題目可變為花崗巖、鉀長片麻巖、花崗巖閃長巖、斜長片麻巖區別?這樣的題目將巖漿巖與變質巖融合在一起,這樣就將課程內兩個具有聯系的重要知識點放在一起,考查了學生歸納總結的能力。
4 地球物理學專業礦物巖石學課程建設效果
本課程體系和考核方式通過對兩屆地球物理學專業學生實施,取得了良好的教學效果,學生在各個方面的能力都有所提高。具體包括:① 學生上課積極性明顯提高。通過課前學生團體匯報、學生點評等方式,使全體學生能參與到教學過程中,充分調動學生聽課、提問、回答問題的積極性。② 查閱資料、書寫讀書報告能力提高。通過學生課后作業、課上報告等環節訓練,使學生真正掌握如何快速、準確查閱相關知識點資料并總結歸納的能力,具備針對某一科學問題書寫讀書報告的本領,為學生畢業設計奠定一定基礎。③ 分析解決問題能力提高。通過理論考試中知識點運用、綜合分析考題比例的提高,使學生在平時養成總結歸納、分析解決問題的習慣。
5 結束語
高等院校跨專業授課的課程較多,不同專業的培養目標差別較大,同一門課程在不同專業方向所起的作用差別較大,這就要求教師有針對性的對教學內容進行調整以適合不同專業的要求。中國石油大學(華東)地球物理學專業礦物巖石學的課程內容設置和考核方式符合其專業基本要求,建立了新的課程體系,完善了考試制度,使學生對跨專業課程更感興趣,培養了學生實踐動手能力和查閱資料能力,為將來的學習工作奠定了良好基礎。
[參考文獻]
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[關鍵詞]普通地質學;小組合作;實驗教學
[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2017)10-0028-04
普通地質學是地質類專業的入門基礎課,是地質類專業學生學習有關后續課程的基礎課程,而實驗課是普通地質學必不可少的組成部分,實驗課不但教授理論知識,也傳授實際技能,同時還是礦物學和巖石學等后續地質課程學習的主要環節,因此,其無論是教學方法還是考核方式都需要與時俱進。實驗課是普通地質學課程的重要組成部分,綜合了理論和實踐技能內容。普通地質學課程包括理論課、實驗課及野外實踐教學三個環節。由于地質學是一門實踐性很強的學科,實驗課就顯得尤為重要,是地質教學過程中不可缺少的實踐性教學環節。在教師的直接指導下,通過實驗課的實踐訓練,學生能獲得基本地質現象的感性認識,更好地掌握課堂所學的抽象理論知識,初步學會基本的地質工作方法,還能學會如何去思考,如何去理解、掌握地質現象,最重要的是培養對地質專業的興趣,學會科學的推理方法。[1][2]因此,重視實驗教學不僅可以幫助學生更好地掌握本門課程的知識,還能培養學生的動手能力以及綜合分析、解決問題的能力。普通地質學實驗課有四部分,分別是常見礦物鑒定、常見巖漿巖鑒定、常見沉積巖鑒定和常見變質巖鑒定,主要以礦物、巖石的肉眼鑒定實習為主。[3]
中國石油大學(北京)作為油氣地質及環境科學領域重要的人才培養基地、科學研究基地和學術交流基地,一直非常重視普通地質學課程的教學及學科建設工作,對學生的培養要求夯實基礎、提高動手能力;在教學學時緊張的情況下,要求保證實驗課程保障教學質量,為學生后續發展打下堅實的基礎。目前,中國石油大學(北京)為地球科學學院、石油工程學院和地球信息科學學院學生開設了普通地質學課程,學時均為48學時,其中實驗課程根據不同專業需要設置為10~12學時。
一、普通地質學實驗課教學現狀及存在問題
目前中國石油大學(北京)普通地質學教學存在以下問題:
(一)實驗課目前為大班教學,師生間溝通時間有限
作為我校的專業基礎課,普通地質學主要教授學生地質學基本概念以及野外實際工作技能。現在每學期石油工程專業普通地質學課程學習人數大約為180~200人,由于師生比例較低,現在課程理論教學采取大班教學方式,集中講授理論知識。實驗課是對理論課所講知識的重要實踐環節,要求授課教師與學生“面對面”進行指導,而大班實驗課教學只能提供有限的機會讓學生和實驗課教師單獨交流。為了適應實驗課師資力量不足、實驗室空間有限的情況(容納30~40人),建議開展實驗課小組合作的教學模式,從而增加師生互動以及學生之間交流。
(二)實驗課以教師講授為主,學生以記憶學習為主
由于實驗課時間、空間有限,實驗課課堂教學以教師講授為主,學生以記憶學生為主。2014年初我們收集了關于普通地質學課程的學生反饋意見。相關調查反饋結果顯示,學生希望在實驗課能夠由教師引導自學,并且能夠得到教師的指導與幫助,最不喜歡的是需要在短短的實驗時間內完成太多理論學習,缺少實踐鍛煉。
(三)實驗課成績考核評價缺乏科學性
在傳統實驗課考核方式下,評價學生學習程度的唯一標準是作業成績,而對學生綜合素質、實踐應用能力和創新能力的評價十分缺乏。因此,學生在實驗課學習過程中普遍存在厭學現象,學生學習沒有動力,對課程缺乏學習興趣,逃課現象比較嚴重;并且學生作業存在抄襲現象,實驗課作業成績不能全面反映學生掌握知識的程度。這對于教學效果的實現是非常不利的。
高校基礎類課程是學生進行后續專業課程學習的基礎,在學生學習過程中起著舉足輕重的作用,特別是實驗課程,可以起到培養學生動手能力、加深鞏固課堂學習效果的作用。[4]但隨著教育理念和技術的不斷發展,高校教學也在不斷變化,實驗課程教學在新的環境下受到了很大的沖擊,學生不重視、課時量減少等因素都會導致實驗教學質量不斷下滑。在這種背景下,教師應該根據學科和學生的特點及時調整實驗教學內容和方法,借鑒國外課堂教學的先進理念和方法,提高教學效果。筆者根據自己的實際教學經驗,對中國石油大學(北京)普通地質學實驗課程教學改革做了一些探討與思考,啟動教改項目來研究如何重建該課程,主要目標是改進實驗課的教學方法,采用“小組合作學習”的形式,鼓勵學生積極學習,提高教學質量。
二、采用“小組合作學習”方法的實驗課教學改革探索
(一)“小組合作學習”的理論基礎
“小組合作學習”興起于20世紀70年代初的美國,是目前被許多國家普遍采用的一種富有創意和實效的教學理論與策略體系,它具有區別于傳統班級教學的顯著特征。“小組合作學習”是以合作學習小組為基本形式,以小組成員合作性活動為主體,以小組目標達成為標準,以小組總體成績為評價和獎勵依據的教學策略體系。[5]“小組合作學習”包括以下幾個內容:(1)合作學習是以學習小組為基本形式的一種教學活動。合作學習并不排斥班級教學,但其特色在于小組活動的科學組織與展開。(2)它是以教學動態因素的互動合作為動力資源的一種教學活動,其中教學動態因素主要是指教師與學生。(3)它是一種目標導向的教學活動。所有的合作學習活動都是圍繞所要達成的特定的共同目標而展開的。(4)它是以團體成績為獎勵依據的一種教學活動。合作學習通常不是以個人成績為評價的依據,而是以各個小組在達成目標過程中的總體成績作為評價與獎勵的標準。這種機制可以把學生個人之間的競爭轉化為小組之間的競爭,從而促進小組內部的合作,使學生在各自的小組中各盡其能,得到最大限度的發展。[6] (二)“小組合作學習”的基本策略
1.小組活動學習
課堂上的小組活動主要包括小組討論、合作創作和合作演示三種形式,每種活動都有特定的目標。小組合作活動將教學變成了一種教師與學生、學生與學生之間的多向型互動,這種互動能夠有效調動所有參與者的積極投入,充分發揮每個人的聰明才智,激發高度的求異思維。[7]學生在這種多變互動與協作的群體活動中,能夠積極主動地學習和思考,通過小組討論集思廣益,學習新概念、加深理解,或者是遇到問題并尋找解決方案,提高學習自主性;通過小組成員分工合作,查找課程相關資料,針對授課教師布置的問題進行構思,設計學習思路和進行任務分配;最后通過合作演示的方式將自己的小組的研究成果展示出來,在交流信息、探討問題、分享成果的過程中,增長知識、提升能力、培養合作精神。
2.切塊拼接法
美國大學課堂上的切塊拼接式學習是通過伙伴教學的形式進行的學習活動,它是在斯拉溫的切塊拼接式學習的基礎上產生并發展而來的。切塊拼接式學習改變了傳統的“教師講、學生聽”的授課式課文講解模式,教師將課文切塊,由學生分組閱讀、合作備課、互教互學。[7]切塊拼接式教學強調的是學生自主學習的“主體地位”,授課教師自始至終都參與到學生的自主學習當中,給予必要的指導和幫助,創造一個動態的學習氛圍。每個小組不僅是學習小組,更是教研組,組中每個學生輪流擔任組長,以培養學生的責任感與集體榮譽感。組長與組員討論共同制定小組學習方案,小組成員在互教互學中學習知識,并且通過組員間的互助行為培養合作精神和領導力。
3.團隊研究式學習
研究式學習是模擬科學探究過程完成課題研究的一種情景式教學模式。美國大學課堂普遍采用團隊研究方式,一般由教師根據教學內容制訂一個研究主題和一系列子課題,每個小組選擇一個子課題,分工協作,用一定時間尋找問題答案,完成研究報告,并且向全班報告和演示研究成果。[7]研究性學習能夠激發學生學習的主動性。同時,教師主張學生積極運用發散思維去思考問題,而不是用書本知識進行知識灌輸。授課教師與學生之間、小組成員之間的互動,能夠激發起學生的創造精神、增強主體意識,學習體驗科學研究的過程,在這個過程當中學會收集篩選信息,并且提高人際交往能力。每個學生在自己的小組當中承擔一部分的研究任務,隨著課程學習的深入,學生的自身潛能能夠充分發揮,小組成員間的關系也會從剛開始的磨合階段進入到默契配合階段,這樣學生不僅能夠學習到新知識,也提高了多方面的能力。
4.小組調查法
小組調查法(GI)是最成功的一種任務專門化的小組合作學習策略,其代表人物是以色列特拉維夫大學的沙倫夫婦。在小組調查法中,學生在設計他們將要學什么和怎樣學的問題上具有重要作用。首先,他們按照對某一論題的共同興趣來組成合作學習小組,小組所有成員都積極參與設計如何研究他們的問題;然后,將任務進行分工,每一個小組成員都承擔一部分調查任務;最后,小組綜合和總結他們的工作,并向全班展示或匯報他們的研究結果。小組調查法適合于把獲得、綜合、分析信息融為一體的探究性問題的教學,如歷史、文學等學科的教學。[8]
(三)“小組合作學習”在普通地質學實驗課教學中的實施——以沉積構造和顏色實驗課為例
第一,合理異質分組。以石油工程專業普通地質學課程為例,實驗課一般安排在學期中旬。在學期期中考試結束后,授課教師根據期中考試成績并結合調查問卷對全班學生的學習興趣、特長愛好以及對普通地質學的掌握程度,充分了解學生的基本情況,然后按照異質原則,根據實際情況合理進行分組,以4~5人的規模組建學習小組。為了更好地利用小組成員的特長,使小組合作學習能夠順利進行,在進行分組時應考慮以下幾個因素:(1)組員的性別。合作學習小組中不同性別的組員組合可以豐富小組考慮問題、解決問題的思路,而不同思維互相補充促進可以使認識更加充分,也可以充分發揮男女學生各自的性格特點及特長。(2)組員的能力。根據期中考試的成績可以大概了解班級學生對課程的掌握程度,從而選取掌握程度相對優秀的學生帶動掌握程度稍微欠缺的學生,起到很好的幫扶效果。(3)組員的性格。如果同一學習小組內有的學生善于表達,樂于分享自己的觀點,有的學生性格相對內斂,前者可以帶動后者參與到小組討論當中來。
同時,由小組全體成員共同協商輪流擔任小組長的順序,小組長負責組織團隊活動,分配每次的學習任務、協調成員間的關系。這樣有助于提高每一位組員的責任心和領導力,也敦促小組中每個成員都遵守紀律,積極參與到小組活動當中來。
第二,教師教學引導。課前授課教師根據該節實驗內容設計出能夠綜合運用普通地質學基本知識的若干問題,問題可以由淺入深,有一定的思考價值和發散意義。實驗課程前,教師要利用一定時間簡要介紹實驗相關內容,向學生說明該節課程的基本要求及相關實驗課習題,并且引出該節實驗的作業及問題。隨后,讓學生以小組為單位自行設計學習方案和問題的解答思路。
在沉積構造和顏色實驗課當中,需要觀察并掌握層理構造、層面構造、化學成因的構造、生物成因的構造、變形構造、沉積巖的顏色六方面內容,這些內容在理論課學習中都已經講授過,授課教師需要帶著學生進行簡單的課程回顧,同時講述觀察描述的重點,隨后引出課程相關問題和探討。
第三,小組合作自學。每個小組要根據授課教師講授的重點內容及問題進行討論,小組長最終制定出學習方案并在課上進行自學;在完成作業時采取自愿優先、組長分配任務的形式使每位小組成員都有明確的分工,如搜集材料、問題分配、PPT制作等。分工完成學習任務并根據需要在圖書館或上網查找相關資料,如果遇到疑問隨時請授課教師進行指導,從而達到對知識有深入理解和準確把握的目的。之后,授課教師把學生自學時遇到的問題以及答疑過的問題進行集中整理。上課期間,教師要觀察記錄每個學生在小組討論時的表現,并隨時了解各小組學習的進展情況和遇到的各種問題,并且有針對性地與學生進行交流。 第四,學習成果展示。小組成員在自學和小組討論的基礎上,共同完成教師布置的問題及作業,以PPT報告和紙質作業的形式提交學習成果。每組小組長走上講臺,借助PPT進行報告,向全班展示其小組學習成果,其余報告人擔任評審成員進行打分。學生可針對其他小組做的報告提出相關問題,借鑒學習其他小組的優點。
第五,教師總結點評。教師在聽取每個小組合作學習成果報告之后,結合學生在進行小組討論時的表現和評審小組的評分情況,用一定的課時對各小組的合作學習情況進行評述,指點迷津,必要時進行補充講解,對學生存在疑問的內容給予指導,確保問題的解決。在最后的評價階段,教師一般以表揚和激勵為主,同時對于個別學生在學習過程中暴露出來的問題要及時進行批評和糾正。[5]
三、小組合作學習法的應用效果
(一)激發學生學習興趣,培養學生資助探索能力
“小組合作學習”能夠充分激發學生的學習興趣,并確立了以學生為中心的教學模式。學生通過查找資料自學或小組內討論獲得的知識是經過自己的思考和再創造而主動獲取的,他們對所學知識的理解會更加深刻、運用也更加靈活,學習自覺并且富有興趣,不容易走神分心。學習過程中唱主角的始終是學生,整個課堂氣氛生動有趣,極大地激發了學生學習和訓練的積極性,使學生最大限度地獲取并且記憶相關知識。
(二)提升學習的合作能力,有助于培養學生領導能力
對于傳統學習方式的“單兵作戰”法,在“小組合作學習”中,學習小組是一個整體,組員之間必須同心合力,才能配合默契,達到最好的學習效果。在合作學習過程中出現了問題,掌握程度好的學生要學會照顧掌握程度稍欠缺的學生,先完成的學生要照顧速度慢的學生,否則小組的整體利益將無法保障。要采取輪流當組長的方式,讓每個人都有機會成為組長;組長制定學習計劃和方案,分配給組內每個學生不同的任務,有助于培養學生學習的邏輯性和領導能力。
(三)發掘學生自身的潛能,提高學生學習邏輯能力
“小組合作學習”能夠激發學生學習的主動性,讓學生學會思考,能夠積極主動地提出學習過程中出現的問題。同時,在小組合作學習中,教師不是把書本上的觀點強加給學生,而是主張學生積極運用發散思維,引導學生能夠按照學習的邏輯先后順序進行自學,同時鼓勵學生能夠提出不同的觀點和疑問,以自己獨特的視角來發現問題并且通過教師引導從而解決問題。在小組共同學習討論當中,學生只要言之有理、言之有據,教師就可以對其進行鼓勵并將問題和學生觀點分享給全班同學,這樣不僅可以使“小組合作學習”的效果得以實現,同時可以提升整個班級的學習氛圍,使學生的自學能力得到充分發掘。
(四)改變了傳統的考核方式,教師可以更全面地了解學生
在“小組合作學習”中,每個學生都是被評價者,同時也是評價的參與者,學生可以找出自己的優點和不足,對比其他小組完成情況找到自己小組存在的不足;學習其他小組的優點,找到自己小組今后的努力方向,從而達到共同進步的目的。任課教師不僅可以從卷面作業完成情況考核每個小組的成績,并且能夠將時間和精力更多地投入到學生在完成作業過程中的表現上,可以更全面深入地了解每一個學生,從而從不同的角度進行全面評價,目的主要是通過激勵性評價,給予不同學生個性化的指導,讓每個學生的長處都能在小組中發揮出作用,并且給予一個合理的平時表現分數。
四、結語
根據學生的反饋以及實際的教學效果來看,普通地質學實驗課“小組合作學習”取得了一定成效,學生的學習熱情明顯提高了,課堂參與重心也從授課教師向學生轉移。在普通地質學實驗課中,我們將繼續使用這種“小組合作學習”教學形式。“小組合作學習”可以增加學生積極主動學習和思考的能力,挖掘學生的自學潛力,拓展學生思維。授課教師在教學方面需要做更充分的準備工作,才能引導學生更深入地思考,提升教學質量,提高教學效果。如何更好地設置問題并吸引研究生參與到課程助教工作中,是我們下一步努力的方向。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 王家生,謝樹成,龔一鳴.普通地質學野外和室內實踐教學改革與體會[J].中國地質教育,2009(2):79-82.
[2] 周鼎武,賴紹聰,張成立,等.地質學實踐教學新體系[J]. 中國地質教育,2006(4):47-53.
[3] 舒良樹,解國愛,王博,等.新形勢下普通地質學教學內容和課程體系建設的思考[J].高等理科教育,2012(4):143-147.
[4] 劉學鋒,張偉偉.理工基礎類課程教學改革探索——以力學課程為例[J].大學教育,2017(1):6-8.