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摘 要:本文从岩土工程的勘察、外延、特点以及其它专业的关系进行分析与研究,并指出了岩土工程对自然条件的依赖性、条件的不确定性、参数的不确定性与测试方法的多样性。
关键词:岩土工程 勘察 研究
一、岩土工程的勘察
岩土工程勘察的主要目的是为设计施工提供各类土的设计参数,其报告质量对工程的安全和造价起到重要作用。勘察成果的质量将直接影响建设项目的工程安全和工程造价。一份高质量的岩土工程勘察报告在满足相应规范的基础上,不仅要真实客观地反映勘察场地的地形、地貌、地层构造、地下水、岩土性质和不良地质现象等问题,更重要的是应该进行正确合理的岩土工程分析评价,提供合理可信的岩土工程参数和建议。
二、岩士工程的外延
岩土作为支承体:房屋建筑、道路、桥梁、弃渣场、各种大型设备等等,都建造在岩土体上,岩土体作为地基,作为支承体,研究的主要问题是承载力和变形问题、稳定问题。
岩土作为荷载或自承体:边坡工程、基坑工程、露天采矿工程等地面工程开挖,隧道、地下洞室等地下工程开挖,面临的是另一类稳定和变形问题。这时,岩土体担任的角色,既可能是荷载,也可能是自承体。同时,地下水的时空分布状态常常具有举足轻重的影响。
岩土作为材料:填方工程,特别是大面积高填方、填海造陆,要用大量岩土作为回填材料;水工围堰、水利大坝、填筑路堤等也用岩土作为当地材料,就近取材。这些工程除了研究其稳定和变形等特性外,岩土材料的质量、数量、运距和施工质量控制是主要的岩土工程地质问题。
地质灾害的防治:岩溶、塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等地质灾害,对工程构成严重威胁,防治工程必须针对具体地质条件和地质演化规律进行设计和施工。场地和地基的地震效应也是岩土工程的一部分。
环境岩土工程:随着人们对环保意识的重视,地质和水文地质环境的评价、废弃物的卫生填埋、土石文物的保护等等,都涉及复杂的环境岩土工程问题,环境岩土工程正日益受到更大的重视。
以上各类工程,不仅涉及天然岩土,还包括各种人工土,包括对天然土的加固和改良,利用排水、压实、加筋、改性、注浆、锚定、设置增强体等人工改造方法,改变岩士体的强度、变形和渗透等性能。岩土加固和改良是岩土工程的重要组成部分,也是近年来新兴起来的一门新的岩土工程技术。
三、岩土工程的特点
(一)岩石的裂隙性
岩石总是或稀或密、或宽或窄、或长或短地存在着各种各样的裂隙,这是岩石区别于混凝土的主要特点。这些裂隙有的粗糙不平,有的光滑;有的平直,有的弯曲;有的充填,有的不充填;有的产状规则,有的规律性很差。裂隙的成因复杂多样,有岩浆凝固收缩形成的原生节理.有沉积间断形成的层理,有构造应力形成的构造节理,有表生作用形成的卸荷裂隙和风化裂隙,还有变质作用形成的片理、劈理等等,在岩石中构成极为多样非常复杂的裂隙系统。人们将岩石和裂隙视为一个整体称为“岩体”,将裂隙概化为“结构面”。搞清结构面的产状、参数和分布,是岩土工程勘察设计的重点,也是难点。
(二)土的孔隙性
根据土力学解释:土是一种散体结构的材料,存在孔隙。对于饱和土是固、液两相;对于非饱和土,是固、液、气三相。于是产生了有效压力和孔隙压力;孔隙压力又有孔隙水压力和孔隙气压力。在饱和土中,由于孔隙水压力的增长和消散,不同的加速率地基承载力不同;是否及时支撑,对软土基坑稳定有不同的表现;渗透系数和地层组合的差别。导致基础沉降速率的差别等等。饱和土中的超静水压力可导致挤土效应,使桩被挤断、挤歪和上浮;地震时的超静水压力导致砂土和粉土液化。非饱和土的孔隙气压力形成基质吸力。基质吸力随着土中含水量的增加而降低,因而是不稳定的。膨胀士和黄土随湿度的增加而强度显著降低,非饱和土基坑雨季容易发生事故,花岗岩残积土边坡暴雨容易发生浅层滑坡,都和基质吸力降低有关。总之,把握好孔隙压力是岩土工程的重要关键。
四、岩土工程和其它专业的关系
(一)岩土工程与工程地质的关系
二者的区别:工程地质是地质学的一个分支,是研究与工程建设有关地质问题的科学。工程地质学的产生源于土木工程的需要,其本质是一门应用科学;岩土工程是土木工程的一个分支,其本质是一门工程技术。从事工程地质的是地质专家(地质勘察师),侧重于研究地质现象、地质成因和演化过程、地质规律、地质与工程的相互作用;从事岩土工程的是工程师,关心的是如何根据工程目标和地质条件,建造满足使用功能要求和安全要求的工程或工程的一部分,解决工程建设中的岩土技术问题。因此,无论学科领域、工作内容、关心的问题,两者都是有区别的,各自的侧重点不同。
但是,二者的关系又非常密切。有人说,工程地质是岩土工程的基础,岩土工程是工程地质的延伸,虽然不一定十分准确,但有一定道理。岩土工程师面临的岩土材料,无论性能和结构,都是自然形成的,都是经过了漫长的地质历史时期,是多种复杂地质作用下的产物。对岩土的性能和结构,只能通过勘察来查明,而又不能完全查明。一些关键性的问题,需根据地质规律推测或预测。尤其在地质构造复杂的山区,有经验的工程地质学家,通过大量的地面地质调查,综合分析就可大致判断、推断地质构造的框架、轮廓,利用物探、钻探、槽井探等勘探手段揭示,由粗而细,由浅入深,构画出工程地质模型。没有地质学基础,哪能识别断层、裂隙?哪能识别软弱夹层和结构面的空间分布形态?哪能说清地下水的赋存条件和补给、径流、排泄的运动规律?如果要开挖隧道,哪些地段会冒顶?哪些地段会突水?在地质构造复杂地区,离开了工程地质专家,可以说土木工程寸步难行。
关键词:水文地质 工程地质 关系
一、水文地质及工程地质的内容
水文地质指自然界中地下水的各种变化和运动的现象。水文地质学是研究地下水的科学。它主要是研究地下水的分布和形成规律,地下水的物理性质和化学成分,地下水资源及其合理利用,地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。随着科学的发展和生产建设的需要,水文地质学又分为区域水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、供水水文地质学、矿床水文地质学、土壤改良水文地质学等分支学科。近年来,水文地质学与地热、地震、环境地质等方面的研究相互渗透,又形成了若干新领域。
工程地质是调查、研究、解决与人类活动及各类工程建筑有关的地质问题的科学。工程地质研究的主内容有:确定岩土组分、组织结构(微观结构)、物理、化学与力学性质(特别是强度及应变)及其对建筑工程稳定性的影响,进行岩土工程地质分类。本书可作为高等学校土建类专业工程地质课程教材,也可作为水利工程、采矿工程等相关专业的教材和参考书,还可供其他相关专业方向的师生及工程技术人员参考使用。
二、水文地质与工程地质区别和联系
1、水文地质与工程地质的区别
水文地质勘查主要是针对区域内的水环境进行调查,了解地下水的补给、径流、排泄特征,进行的工作主要是抽水试验、长期观测及示踪法等;工程地质勘查主要是调查工程的岩土体性质、持力层等,解决边坡的稳定性及地基承载力和地下水的内水压力等问题。
2、水文地质与工程地质联系
地下水既是岩土体的组成部分,直接影响岩土体工程特性,又是基础工程的环境,影响建筑物的稳定性和耐久性。至于容易被忽视,是在实际的地质勘察工作中,在勘探成果内因为很少直接涉及水文参数的利用,水文地质问题往往只被认为是象征性的工作,在勘察中大多只是简单地对天然状态下的水文地质条件作一般性评价。在一些水文地质条件较复杂的地区,由于工程勘察中对水文地质问题研究不深入,设计中又忽视了水文地质问题,经常发生由地下水引发的各种岩土工程危害问题,令勘察和设计处于难堪的境地。为提高工程勘察质量,在勘察中加强水文地质问题的研究是十分必要的,在工程勘察中不仅要求查明与岩土工程有关的水文地质问题,评价地下水对岩土体和建筑物的作用及其影响,更要提出预防及治理措施的建议,为设计和施工提供必要的水文地质资料,以消除或减少地下水对岩土工程的危害。
三、岩土水理性质
岩土水理性质是指岩土与地下水相互作用时显示出来的各种性质。岩土水理性质与岩土的物理性质都是岩土重要的工程地质性质。岩土的水理性质不仅影响岩土的强度和变形,而且有些性质还直接影响到建筑物的稳定性。以往在勘察中对岩土的物理力学性质的测试比较重视,对岩土的水理性质却有所忽视,因而对岩土工程地质性质的评价是不够全面的。
既然岩土的水理性质是岩土与地下水相互作用显示出来的性质,首先介绍一下地下水的赋存形式及对岩土水理性质的影响, 然后再对岩土的几个重要的水理性质及研究测试方法进行简单的介绍。
地下水的赋存形式:地下水按其在岩土中的赋存形式可分为结合水、毛细管水和重力水三种,其中结合水又可分为强结合水和弱结合水两种。
岩土的主要的水理性质及其测试办法有五种:软化性;透水性;崩解性;给水性;胀缩性。软化性是指岩土体浸水后, 力学强度降低的特性,一般用软化系数表示,它是判断岩石耐风化、耐水浸能力的指标。在岩石层中存在易软化岩层时,在地下水的作用下往往会形成软弱夹层。各类成因的粘性土层、泥岩、页岩、泥质砂岩等均普遍存在软化特性;透水性是指水在重力作用下,岩土容许水透过自身的性能。松散岩土的颗粒愈细、愈不均匀,其透水性便愈弱。坚硬岩石的裂隙或岩溶愈发育,其透水性就愈强。透水性一般可用渗透系数表示,岩土体的渗透系数可通过抽水试验求取;崩解性是指岩土浸水湿化后,由于土粒连接被削弱、破坏,使土体崩散、解体的特性。岩土的崩解性与土的颗粒成分、矿物成分、结构等关系极大,以广东地区的残积土为例,一般崩解时间5~24h,崩解量1.79~34,以蒙脱石、水云母、高岭土为主的残积土以散开方式崩解,而以石英为主的残积土多以裂开状崩解为主。给水性是指在重力作用下饱水岩土能从孔隙、裂隙中自由流出一定水量的性能,以给水度表示。给水度是含水层的一个重要水文地质参数,也影响场地疏干时间。给水度一般采用实验室方法测定。胀缩性是指岩土吸水后体积增大,失水后体积减小的特性,岩土的胀缩性是由于颗粒表面结合水膜吸水变厚,失水变薄造成的。岩土的胀缩性往往是产生地裂缝、基坑隆起的重要原因之一,对地基变形和土坡表层稳定性有重要影响。标定岩土胀缩性的指标有:膨胀率、自由膨胀率、体缩率、收缩系数等。岩土的水理性质尚有持水性,溶水性,毛细管性,可塑性等。
四、工程勘察中水文地质的作用
鉴于以往在评价地下水对岩土工程的作用和危害过程中,所做的分析工作与基础设计和施工需要结合不够紧密,导致发生许多基础下沉和建筑物开裂的质量事故。总结以往的经验和教训,我们认为今后在工程勘察中,应注意分析水文地质的以下作用。
1、地下水对已有建筑物的影响
由于地质、气候、水文、人类的生产活动等因素的作用,地下水位经常会有很大的变化。这种变化对已有建筑物可能引起各种不良的后果,特别是当地下水位在基础底面以下变化时,后果更为严重。当地下水位在基础底面以下压缩层范围内上升时,水能浸湿和软化岩土,从而使地基的强度降低,压缩性增大,建筑物就会产生过大的沉降或不均匀沉降,导致建筑物的倾斜或开裂;当地下水位在基础底面以下压缩层范围内下降时,水的渗流方向与土的重力方向一致,地基中的有效应力增加,基础就会产生附加沉降。
2、地下水对桩基工程的影响
软弱地基地层很少由单一土质构成,变化相对较复杂,为此往往采用桩基工程(包括预制桩、灌注桩、搅拌桩等)加固地基,提高地基承载力。为了不使桩周地层松动或坍塌,提高成桩质量,选择相应的成桩方式时必须考虑地下水的赋存运动情况。另一方面由于受地下水的影响,当桩身下沉量小于土层下沉量时,桩周土对桩身产生负摩擦力,严重的会影响单桩承载力。特别地,当建筑场地承压水或潜水的流速大于3m/min时,不宜使用混凝土灌注桩或水泥搅拌桩。
3、地下水对基坑开挖支护的影响
随着城市的发展,高层、超高层建筑物越来越多,基坑也越来越深,受施工场地和施工工艺的影响,往往要求采用垂直开挖,开挖深度基本都超过当地地下水埋深。深基坑开挖经常会遇到地下水涌水、冒砂等问题。为降低地下水水头压力、疏干基坑、固结土体、稳定边坡和防止流沙等,常采用井点降水方法降低地下水水位(水头压力)。但是,由于降水能使局部地下水位突然下降,会对基坑支护结构和邻近建筑物产生影响,造成地表或邻近建筑物不均匀沉降。
五、结语
工程地质和水文地质二者关系极为密切,互相联系和互相作用。地下水既是岩土体的组成部分,直接影响岩土体工程特性,又是基础工程的环境,影响建筑物的稳定性和耐久性。
参考文献:
[1]李涯欣《水文地质在建筑工程中的重要作用》,2009
关键词:工程地质 ,环境 ,人才 ,机遇
Abstract: as the 20th century was established and developed a discipline, very close with the environmental engineering geological disciplines, with the speeding up of urbanization in our country, puts forward higher requirements on the engineering geological environment. At the same time, the quality of the engineering geological work of engineering plan is very important for the decision making and project construction smoothly. We will try to coordinate the relationship between the environment and engineering geology, to realize the harmonious development of man and environment. There are many problems in engineering geology, engineering accidents have occurred, to the people's life and property bring great losses, the phenomenon of decline in the quality of the engineering geological prospecting, engineering geology analysis in-depth, some even engineering geological evaluation of conclusive mistakes. So the development of engineering geology should realize the harmonious development, in the development of environmental protection, strengthen the quality of geological exploration, in-depth research and analysis, in order to meet the opportunities and challenges of the future.
Keywords: engineering geology, environment, talents, opportunities
中图分类号: P642 文献标识码:A文章编号:
当今社会的竞争越来越大,就工程地质学科来说,对对地质师素质的要求也将越来越高,
所以要使勘测队伍要走向市场,必须重视高素质人才的培养,重视人才资源的开发。工程地质学家和地质师承担着,防止灾害,造福人类,艰巨任务和不可推卸的责任,所以更要迎接机遇,为人类的发展贡献自己的力量。我们的工程地质工作存在的很多问题,只有理性的分析问题,找出解决的对策,才能是我国的勘探队伍有长足的发展与美好前景。
第一,工程地质工作存在的问题与对策
(1)工程地质勘察的质量问题
在工程地质勘察过程中,一般问题较多的是工程概念不清,勘探侧重点不明确,针对性不强,方法不当,手段落后;工程地质分析工作中所选择的理论、方法、计算公式等与实际情况有较大出入,其适应条件的物理意义混淆不清;地质报告中基本地质条件不清楚,主要工程地质问题界定不准确或论证不充分,有问题遗漏甚至结论性错误;有些地质报告没有地质结论,也有些工程没有做多少地质工作就先下结论,极不严肃。此类问题往往造成阶段性工程审查不能一次性通过,可能延误开发时机;或者尽管通过了审查,但却给工程留下了隐患,这种情况的危险性更大。
相关专业的理解问题。一种情况是地质师对其它专业不理解,这需要加强跨专业的学习。另一类现象是设计施工等相关专业对工程地质的不理解。有的不懂地质却偏要提出一些不切实际的勘探要求,有的工程由设计人员来布置地质勘探工作;有的设计人员对地质专业知其然不知其所以然,自以为是包打天下,不结合地质条件设计不当;也有的是不尊重自然地质规律,野蛮施工,严重破坏地质体的自然结构,造成重大工程事故。所有这些非地质专业的问题,往往在出了问题之后又向地质专业推卸责任,令地质师们不知所云。工程地质界知名专家学者孙广忠教授指出:“实际上,在地质工程实践中脱离地质实际的实例随手可拾,可以说,地质工程施工中出现事故的绝大部分是设计和施工脱离地质实际的结果,或者是对工程地质条件没有搞清楚或认识不清的结果,如果离开了地质基础,则其理论必将脱离地质实际必将作出错误的结论”。 潘家峥院士等前辈专家早已强调过地质学水工,水工学地质。足以可见专业之间的交叉渗透问题,早已被专家们的真知灼见道出了关键,就看我们作何行动。
勘测周期不合理的问题 。从工程地质勘察到地质报告的提交需要一定的工作周期,这是再简单不过的道理。但有些工程没有基础性的前期投入,一旦要报项目,立即就要求提交地质报告;还有些工程是今天提交了可研报告,明天就提交初设报告。此类情况多为地方性工程,一般国家投资的大型工程出现这种局面的不多。没有足够的勘测周期所造成的后果是严重的,地质条件不清楚,投资控制不住,施工后修改设计,或由于地质问题造成承包商巨额索赔等等。更可怕的是留下了工程隐患,可能造成重大工程事故。
规程规范的问题。规程规范的问题较多,甚至产生了一些混乱。水利系统与水电系统的勘测设计阶段不一致,规程规范也有区别。历经十多年的编写报批,1999年才颁布的国家标准《水利水电工程地质勘察规范》,在勘测程序和新技术的应用方面都已经明显地落后于时代的发展,一经颁布实施就难以把握。更为令人难以理解的是另一部国标《岩土工程勘察规范》并不完全适合于水利水电工程地质,而建设部的一些工程勘察监督机构则以此为依据对水利水电勘测设计单位实施质量检查,使勘测单位不得不准备满足两种规范的两套地质报告分别对付审查和检查。规程规范的修订和出台周期太长,完全不能满足工程建设的需要。水利与水电分家之后,对于工程地质这个专业来说其工作性质是一样的,但却存在不同的技术标准和勘测程序,这种情况还要继续下去,需要寻求解决或协调方案。
人才问题。十年造成的人才断层已经出现。有丰富工程实践经验的前辈地质师相继离岗,各勘测设计院明显缺地质总工人才,八十年代期间各院比较整齐的地质副院长和院级地质总工,近年来在一些勘测设计院已经相继断档,或后继无人,或后备人才尚不成熟。勘测行业不景气,社会地位和经济地位与工程地质专业不相适应,工作环境、工作条件的局限,人才资源开发机制的问题,择业行为中的浮躁动机等等,都不同程度地影响着优秀地质师的成长。高质量高水平的工程地质分析成果,出自于高水平高素质的地质师。有人说二、三年就可以培养出地质专家,实属无知。要培养出一个具有工程地质分析能力,能够解决复杂问题的地质师,没有十年以上的功夫,大量的工程实践,自身的敬业精神,理论联系实际,相关学科专业的学习和渗透,是决不可能的。十年树木百年树人,在地质师的培养过程中可以充分体现出来。培养优秀地质师的难度可以说远远超过培养博士、研究员和教授的难度。社会的发展和日趋激烈的竞争市场,对地质师素质的要求也将越来越高,最好是跨专业的复合型人才。竞争的实质是人才的竞争。勘测队伍要走向市场,必须重视高素质人才的培养,重视人才资源的开发。
技术管理问题。工程地质勘察质量的控制,技术管理是主要环节之一。近年来一些单位提交的勘测设计报告中的地质章节不是地质师写的,报告的编制人中没有地质专业负责人,或地质报告没有院级地质负责人审查把关,报告和图纸中的错误较多。这种情况给总院增加了审查难度,同时也有损勘测设计单位的质量和水平形象,还会延误工程报批的时机。当然也有上级单位工程审查把关不严,助长了这种技术责任心不强的现象。
第二, 解决问题的措施
解决问题首先要分清责任。规程规范和部分技术管理方面的问题应该由总院负责;勘测周期不合理,前期工作投入不够等问题应该是地方部门或者计划部门负责;质量、人才、相关专业的协调等问题自然应该由勘测设计单位负责;其它问题大家都有责任,但主要还是取决于大环境。责任分清楚了,落实到要有人来抓,所有问题虽然我们不敢说都能很好地得到全面解决,但至少可以前进一大步。最可怕的是大家都在畅谈必要性重要性,结果都是纸上谈兵,没有实际行动。笔者在这里也就是夸夸其谈而已,不可能提出可以操作的具体解决方案,这种方案也不该我们提,该谁提?当然应该是谁负责抓,谁就提方案追落实精指挥勤检查,最终归结到谁领导的关键问题上。到此为此,我们的对策就算出台了。其实,我们这里列出来的众多实际问题,本质上和深层次的是体制和机制问题,需要通过改革才能从根本上解决。随着勘测设计市场化进程的加快,新技术与旧管理的冲突,老观念与新思想的交锋,既是矛盾又是改革的动力,这是不难理解的。
我们要实现人与自然的和谐发展,必须把环境放到首位,在地质工程建设的同时,我们不能忽略环境的影响。同时,我们应该认真分析当前工程地质存在的问题,找出解决方案,才能实现我国地质工程的进步。人类的每一次产业革命,无不与工程建设有直接关系,与地质环境有直接或间接关系。应注重地质师的作用,培养良好高素质的勘探队伍,为我国地质事业做贡献。
参考文献:
1王思敬,工程地质学的任务与未来,《工程地质学报》1999年第3期
2崔政权,《系统工程地质学导论》水利电力出版社,1992.5
3孙广忠,论地质工程的基础理论,《工程地质学报》1996.第4期
4韦港 《工程地质随想》 1997年4月24日
5何培玲 张婷 《工程地质》 2006年1月
关键词:地球信息科学与技术;地质实践教学;秭归
中图分类号:G642.45 文献标志码:B 文章编号:1674-9324(2012)03-0030-03
一、地球信息科学与技术专业定位与专业设置
实践教学是保证地学教育质量的关键,是培养大学生实践能力、创新能力的重要途径[1]。目前,实践教学在高等学校的人才培养中的地位尤为突出,实践教学改革已成为高校中的现代教育改革的重要环节[2]。地球信息科学与技术专业是新兴学科,以地球科学、计算机科学、空间信息科学(遥感、地理信息、卫星导航定位)的交叉为特色学科,也是一门应用基础理论解决实际问题的前沿学科。它在国土规划、城市建设、资源勘察和管理、灾害预防与预报、地质环境研究、全球变化模拟、水体监测等方面都得到广泛的应用。本专业基于计算机技术和遥感技术,应用地球科学和必要的数字化制图知识,通过对各类图像的数字处理和解译,快速、准确、大量地提取各种信息,建立数据库和数学模型,着重于研究并解决地质环境与自然灾害、资源、土地利用、生态系统、城市建设等方面的勘察、规划、管理和动态监测等问题[3]。2003年,我校开办该专业并招收第一届本科生,学科定位主要以计算机科学为主、地学为辅。随着国际国内人才市场的需求的更新,并为了突出我校学生与其他学校本科生在专业上有特色性的差别,本专业在开办过程中,专业基础课程更加突出了地学课程的地位。本专业培养方案的变化不仅在于学分数量的增加,更在于地学课程的具体化和专业化。如,由2007年的地质学基础课,分划成《普通地质学》、《岩石学》、《构造地质学》和《地史学》四门课程,从而能充分保证学生能受到专业、更扎实的地学基础理论知识的训练;此外,在以往基础上,增加《矿物学》、《地质灾害风险分析》等专业选修课程,能丰富学生的视野、引发学生对专业应用的兴趣。在实践教学环节,三峡秭归地质实践教学课程建立在为期一周武汉周边地质认识实习基础之上,实习周期增加、实习内容增加,是本专业一门非常重要的专业实习课程。作者通过多年带课经历,对本专业野外实践教学有些基本认识,也有一些问题需要探讨。
二、实践教学资源和教学条件
中国地质大学秭归实习站坐落在距三峡大坝1Km的新秭归县城,是我校继周口店、北戴河之后的第三个教学实习基地。实习区位于扬子地台鄂黔台褶带与四川台向斜两个二级构造单元过渡区段的黄陵背斜内,结晶基底及盖层出露广泛,构造比较发育,岩石类型丰富,基础地质教学内容齐全。实习区(包括江北)距今18亿年前的古元古代到距今百万年前的新生代之间的各个地质时代的地层发育比较完整,出露较齐全,具有不同时代的地层、各种类型齐全的岩石以及路线尺度、露头尺度等各种类型的构造现象;实习区内崩塌(危岩体)、滑坡、泥石流、溶洞塌陷以及大型典型工程(如举世闻名的三峡工程、链子崖危岩体、新滩滑坡等)具有实例可看;区内具有典型的峡谷、岩溶等地貌类型,为地理学、地貌学、旅游、美术等专业提供了不可多得的活教材;此外,实习站交通便利,生活环境良好,是一个集基础地质、工程地质、地球化学、旅游等几位一体的综合性野外实习基地[4]。
三、实践教学内容和阶段规划
为期一个月的秭归地质实习,目的在于使学生能具备以下基本技能:掌握三大岩类的野外观察方法与描述内容,以及地层系统的建立原则;掌握野外褶皱、断层等构造现象的识别、观察与描述;掌握野外相关地质图件的绘制与要求;具备一定的资料综合分析和整理能力,独立完成实习报告的编写,为以后的学习与工作打下坚实的地质学基础。实习期间,教学形式多样,如室内教学、老师领教、学生半独立教学、学生独立填图、阶段性考试、报告编写、学术报告以及学生自由答辩等。整个实习可以分为六个阶段:
1.领教阶段。该阶段安排教学路线12条,学生由老师带领,采取老师讲解、学生记录观察的方式,主要使学生掌握野外地质工作的基本技能,掌握野外三大岩类以及褶皱、断裂构造的野外观察、识别与描述方法。主要路线安排如下:①实习区踏勘:主要向学生介绍野外地质工作的基本技能与要求,包括:地形图、罗盘和野外记录本等的正确使用;标本的采集与编号要求;另外,实地向学生介绍实习地自然地理和地质概况。②地层路线(含褶皱、断层内容)。翼家湾―九畹溪震旦系和寒武系地层路线:带学生观察震旦系与寒武系地层的岩性特征以及岩性组合特征,观察层间褶皱构造、断层构造、以及层间劈理构造等;了解信手剖面图的绘制,并绘制翼家湾―九畹溪震旦系地层信手剖面图;九畹溪―链子崖地层、构造与灾害地质路线:带学生观察寒武系至二叠系地层的岩性特征以及岩性组合特征,观察层间褶皱构造(平卧褶皱)、九畹溪断层,观察认识新滩滑坡与链子崖危岩体;泗溪震旦系路线:带学生观察岩体与围岩的接触关系;观察震旦系地层剖面,观察各组地层的岩性特征以及岩性组合特征;观察地层间的接触关系及其特征。③岩石路线。黄陵岩基茅坪复式单元岩浆岩路线:岩体类型为侵入岩,主要为兰陵溪岩体、中坝岩体、太平溪岩体、堰湾岩体和东岳庙岩体。主要观察岩体的岩性特征、脉体特征及其穿插关系等;黄陵岩基黄陵庙复式单元岩浆岩路线:岩体类型为侵入岩,主要为三斗坪岩体、青鱼背岩体和小滩头岩体。主要观察岩体的岩性特征与脉体特征等。④变质岩路线(含褶皱、断层内容):观察崆岭群区域变质岩岩性特点,了解区域变质作用和混合岩化作用的基本特点,观察变质岩区构造特点。⑤实测地层剖面路线:选择泗溪日月坪南华系莲沱组作为实测对象。让学生掌握实测地层剖面的基本方法,在老师的指导下,学生以小组为单位进行实测地层剖面工作。
2.室内授课。①区域地质介绍(3学时):简述实习区区域地质特点、区内地质特征,概述构造运动与沉积发展史。②实测地层工作方法(2学时):介绍实测地层剖面的意义与工作方法,分工、注意事项;讲解实测地层剖面的后期资料整理、剖面图的绘制方法与注意事项。③野外地质填图工作(3学时):介绍地质填图工作的意义与方法,实习区地质填图范围、填图单位与相关要求等。④实习报告的编写与附图的绘制(6学时):向学生介绍编写野外地质实习报告的意义、报告的格式、章节与相应内容、报告主要附图的绘制方法与要求等。
3.半独立阶段。选择高家溪震旦系地层作为填图单元,在老师的带领下,让学生掌握野外地质填图的基本方法并分组练习。
4.阶段性考试。安排一次室内闭卷考试,考查学生对前期路线教学阶段对教学内容的掌握程度,促进学生对前期的实习内容有个全面的掌握、巩固和提高,并为后期的独立填图打下坚实的基础。
5.独立填图阶段。学生独立完成测区的填图工作,老师在填图区主要地段留守及时指导与解决学生遇到的各种问题。
6.报告编写阶段。学生按报告编写和图件绘制要求,在规定时间内完成报告的编写与装订。
7.自由答辩。在独立填图阶段结束后,让学生以小组为单位,自由报名,自由选题,以PPT形式,汇报实习成果及其中存在的疑问等。
8.学术报告。在实习期间,老师选择与实习相关的内容,以PPT形式,开展相关教学内容或者科学研究的学术报告活动,让学生在课余时间更多地了解地质实习的相关内容,激发学生对地质相关学科的兴趣。
四、实践教学效果
此次实习,学生在对理论的深层次理解、对专业的认识和对自我人格锻炼等方面,都有着不同程度的收获。
1.教学内容本身。实践教学使学生对所学地质相关理论知识有了更深刻的实践性认识。在开展此次实习工作之前,学生已学过《地质学基础》、《构造地质学》和《岩石学》等课程,但平时对理论的理解仅停留于书本和课堂,缺乏对地质知识的直观认识。通过实践教学的学习,学生认为对课堂知识掌握更加牢固。实习也在学生脑中形成了基本的地质工作步骤、程序和规范。经过前期的野外观察实习,建立了基本的思维方式和分析研究的方法,对我们以后的工作至关重要。
2.对专业的认识程度加深。由于本专业相对我校其他专业而言较新,学生对专业的认识尚且处于道听途说阶段,缺乏对专业的理解。通过此次实习,学生普遍认为所学的专业是一门综合性较强的学科,明白了未来就业和继续深造的具体方向,更加积极地热爱和投入目前的基础知识的学习中。
3.人格锻炼。野外实践教学中,具备独立填图环节,其具体实施过程是要求学生在没有老师带领的情况下,学生以小组为单位在规定的时间内完成面积约1.2km2的地质填图工作。工作过程中,学生需要自己制订工作计划,分配工作任务,指定相应工作的负责人;遇到知识分歧时相互辩论,在老师的鼓励下,勇于创新,大胆提出自己的设想和见解;在野外遇到行动上的困难时,小组成员之间相互帮助,形成一个有凝聚力的团队;在野外的生活上,学生艰苦朴素,能克服生活条件的困难;在需要当地老百姓帮助时,不再畏缩犹豫,能很好地跟他人进行交流和沟通。从挑战自我方面,除追求科学、追求真知的态度外,还要有不服输不气馁的态度,累了,再坚持一下就会有重大的发现;伤了痛了,忍耐一下,你就能成就一只队伍……
五、教学过程中的工作体会
1.踏勘阶段。踏勘是整个教学实习的最基础路线。在实习过程中,应教授学生开展地质工作的基本思维方法,即宏观――微观――宏观的工作模式。有的老师在领教过程中,只要遇到教学点,就让学生近距离观看,使得学生没有一个宏观的概念,没有一个独立思考的过程。因此,在学生近距离接触教学点之前,让学生手持实习区地形地质图,使其明白其所处的地形位置、地质区域,知道自己下一步要做什么;在观察描述结束后,再远距离观察,用宏观思维的方式思考,总结此教学点与其他教学点之间的区别与联系,引导学生自主思考后再做总结,不能盲目灌输。踏勘时,要求教会学生熟练使用罗盘。有的学生没有一定的工作基础,不能熟练使用罗盘;可现场携带一块小黑板,将书本中阐述的岩层产状理论用图示的方式给学生演示并讲解;将小黑板作为岩层面,让学生模拟测量产状,并教给学生在不同图件(如平面图、剖面图)中正确的产状表达方式。
2.素描图的现场描绘。在野外,有的学生为了室内野簿的美观和整洁,遇到构造观察点时,不愿使用野簿方格子页面,而是采用随手的笔记本。这样做的后果是,学生的素描比例不协调,室内整理时图件失真。在这种情况下,应引导学生在现场使用野簿,教授其简单绘图方法,教其采用地形突变点作为绘图控制点、使其学会估算现场的实际距离或高度,以便接近真实地进行素描。
3.变质岩的教学观察。同岩浆岩的教学形式基本相同,但有所不同的是,某一教学点可见的变质岩岩性多样。在教学时间有限的情况下,可以以某一种岩性为例,讲述描述方法后,让学生以小组为单位,采集不同的标本,老师现场认可后,让学生回到室内,对野外标本进行观察和详细描述。
4.室内野簿检查。由于野外教学时间有限,学生在野外对教学内容的消化也是有限的;此外野簿检查结果可以作为实习平时成绩的依据。因此,需要在野外教学后,在当天下午或者晚上进行室内野簿的整理和消化。在这种情况下,老师可以告知学生野簿检查方式和具体时间。实践证明,在学生上交野簿前半小时以小组抽查的形式效果十分显著。
5.让学生带着疑问进行第二天的教学。在当天野外教学结束时,现场总述教学内容,简要介绍第二天的教学内容,并对学生提出疑问。学生回到室内,复习理论知识,带着疑问参加第二天的实践教学。实践表明,学生第二天野外实践的积极性非常高。
6.结合学生专业进行实践教学。为了让学生明确野外地质实习的重要意义,并进一步激发学生对专业的兴趣和爱好,在野外教学过程中,老师可以结合专业特征,讲述各教学内容在专业中的体现。此外,由于地球信息科学与技术专业是一门较新的专业,相对本校其它地质专业而言,其在人才市场上的认可度还较低,学生对专业的认识还不够深刻;因此,有必要在此次重要实践教学过程中,结合专业进行适当引导。在进行矿物含量估计和岩性定名时,是否可以通过影像的解译快速和准确的实现呢?在地质灾害教学过程中,学生是在链子崖顶远距离观察对面的新滩滑坡,遥看就如一幅影像图,那么就可以引导学生思考:根据滑坡的野外地貌特征,如何使用遥感影像快速解译滑坡并圈出边界呢?
以上仅仅是教学中几个简单的例子,但是,实践表明:通过这样的例子,学生对自己所学专业的应用方面有了一个更为直观的认识和了解,学习的积极性和兴趣会有很大的提升。
参考文献:
[1]刘建朝,薛春纪.实践教学是保证地学教育质量的关键[J].中国地质教育,2004,(1):24-25.
[2]梁四海,万力,王旭升.实践教学在素质教育和创新能力培养中的贡献[J].中国地质教育,2006,(2):86-88.
[3]/
一、岩矿类课程体系改革的必要性
目前,各个高校的岩矿类课程都是实验教学与理论教学融合在一起。实验教学通常占课程全部学时的1/3-3/5,在整个课程体系中占有至关重要的地位,决定了学生动手能力和技能的培养。然而,在最终成绩分配上,实验教学成绩通常不足50%,成绩构成主要为平时实验报告成绩。由于缺乏合理的考核方式,学生把实验成绩当做平时成绩不够重视,无法达到学生动手能力以及实验技能培养的目的。因此,建立一个能有效评价学生实验效果的新岩矿课程体系势在必行。
二、建立实验教学独立成课的课程新体系
岩矿类课程新体系的建立要解决两个关键问题:第一,在当前高等院校通识教育学分普遍提高、专业课程学分逐渐降低的情况下,如何在有限的学分里最大限度地争取更多的专业课学时;第二,如何突出实验教学的地位,建立合理的实验教学考核评价体系,提高学生动手能力,培养创新型地学人才。针对这两个核心问题,利用中国石油大学(华东)2013新版教学大纲编订的契机,对岩矿类课程的课程体系做了重大调整。即:将岩矿类课程实验课独立成课。按照学分和学时分配规则,理论课中16个学时为1个学分,实验课程24个学时为1个学分,这样可在学分保持不变的情况下,增加适当学时,达到突出实验教学并增加岩矿类专业课程学时的目的。以结晶学与矿物学为例,原为3.5学分,56学时(实验部分32学时),分解为结晶学与矿物学(1.5学分,24学时)和结晶学与矿物学实验(1.5学分,36学时),虽然学分减少了0.5学分,但是总学时却增加了4学时,全部增加到了实验教学上。改革后,中国石油大学(华东)地质学岩矿类课程总学时增加了10学时,资源勘查工程专业增加了20学时,实践教学学时增加显著。
三、建立实验课堂教学新模式,激发学生学习兴趣
原课程体系下岩矿类课程的实验教学主要在实验室完成,而学生仅仅能在实验室内完成对矿物岩石的鉴定是远远不够的,因为自然界的岩石在种类、新鲜程度、结构构造等方面与实验室有较大区别。必须将实验教学由实验室的第一课堂延伸到室外的第二课堂,甚至教师科研的第三课堂[2]。每一个地质类院校,其校园内外的石材都是十分丰富的。实验教师在事先备课情况下,把学生带到校园内外,对地砖、路基、雕塑等天然石材进行详细讲解,使学生明白自然界的岩石与实验室的标本是有明显区别的。通过实验室第一课堂和校园内外的第二课堂学习,调动学生学习的积极性。教师还可以将学生引入到科研的第三课堂,将科研过程中的标本、薄片带给学生观察、讲解,培养学生提出问题、解决问题的能力。利用目前高校的大学生创新创业计划项目,将学生逐渐引入到矿物岩石学的科研课堂。
四、完善新课程体系下实验考试制度,保障改革效果
1、新课程体系下实验课考试改革的思想与理念
新的课程体系下,虽然理论教学与实验教学单独设立课程,但两门课程的教学过程仍然紧密联系。理论课程在前、实验课程在后,且在同一个学期开课。新的考试制度本着“课程分离,考试不分离”原则,即在实验考核过成中要兼顾理论知识的穿插,避免脱节,理论课程闭卷考试中也要涉及相应的实验教学知识点。课程的考试应该遵循“方式多样、内容灵活、成绩复合”的思想。
3、新课程体系下实验考试改革的主要内容
实验环节单独设置课程后,必须制定完整的课程考试方案。实验课的考试方式包括课堂内考核、课堂外考核以及实验延伸考核三部分。课堂内考核成绩所占比例最大,约为60%,主要包括学生平时听课及回答问题的专注情况、实验报告撰写情况以及期末阶段学生鉴定未知矿物岩石的能力。学生鉴定能力的考核应该兼顾手标本和显微镜薄片,以岩浆岩与变质岩为例,期末考核时每位同学都应该对一个未知岩石手标本和一个岩石薄片进行系统鉴定、书写鉴定报告。课堂外考核以团队形式进行,成绩约占30%。凭借中国石油大学(华东)青岛校区内及周边地区的天然露头优势,在教师指导下,学生自选观察点,进行详细观察、描述、查阅资料,采用课堂讨论或者报告形式进行汇报,计入课外考核成绩。实验延伸部分成绩所占比例较低,约占10%。主要是针对某些学习兴趣较高的学生,结合相关教师的科研项目或者大学生创新创业计划项目进行科学研究工作,针对其研究思想及效果给予成绩,培养具有一定科研潜力的学生。
五、岩矿类课程新体系的实施效果
2013级我校地质学与资源勘查工程专业均采用了新版教学大纲,其中地质学的结晶学与矿物学,资源勘查工程专业的结晶学与晶体光学都采用了理论课与实验课分离的课程体系。课程新体系实施过程中,理论课与实验课为同一教师,按照理论课相对在前,实验课相对在后的原则逐一进行,在师资力量、学生学习态度,学习效果等方面均有较大进步。
1、实验环节师资队伍显著提高
原课程体系下,由于班级较多,理论课教师只能兼顾一个行政班级的实验课,其他班级往往由实验室教师或者助教完成,这
往往导致理论课与实验课内容脱节。每门课程的实验环节单独设立课程后,在我校小班上课的大环境下,实验课程也由理论课程老师亲自授课,避免了原课程体系下部分实验教师参与教学的情况,提高了实验教学的师资力量,目前我校岩矿类课程教授上课率达到100%。
2、学生对实验环节重视程度增加
原有课程体系,实验环节成绩作为平时成绩纳入课程总成绩,部分同学投入不够。在新的课程体系与考核标准下,由于实验课为独立课程,具有单独的学分,学生的重视程度普遍提高。2个学时的实验课普遍延长到3~4个学时,实验室开放期间,一座难求的现象十分普遍,学生学习的态度端正了,教师的授课热情也随之显著提高。此外,学生对岩矿类科研项目的兴趣也显著提高。“小珠山花岗岩类型研究”、“灵山岛老虎嘴地区流纹岩流动方式研究”等一批大学生创新计划项目相继立项。
3、课程成绩分布更加合理
原课程体系下,虽然学生的掌握程度不同,但实验报告差别并不大,任课教师所给实验报告成绩也差别不大。新课程体系下,2013级两个专业两门岩矿课程的成绩都为正态分布,学生实验课成绩虽然以70~90分为主,也有部分学生成绩介于60~70分和90分以上,体现了学生的真实水平,同时也引起下一届学生对实验课的重视。
五、结束语