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

倪金龙，郭全军，郭 颖，唐小玲，李增学

1.山东科技大学 山东省沉积成矿作用与沉积矿产重点实验室， 山东 青岛 266590；

2.中国地质大学(北京）地球科学与资源学院，北京 100083；

3.山东科技大学 化学与环境工程学院，山东 青岛 266590

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

倪金龙1，2，郭全军1，郭 颖1，唐小玲3，李增学1

1.山东科技大学 山东省沉积成矿作用与沉积矿产重点实验室， 山东 青岛 266590；

2.中国地质大学(北京）地球科学与资源学院，北京 100083；

3.山东科技大学 化学与环境工程学院，山东 青岛 266590

地质思维是地质工作者必须具备的思维能力，地质思维时空观是地质思维的重要方面，其本质是对地质过程的理解与认识。“构造地质学”课程教学对于构建地质思维时空观非常重要，通过课程教学中与地质图相对应的立体图、平衡剖面的制作及典型构造形迹实例的几何学、运动学及动力学解析反演地球系统时空变化特征，可以快速培养初学者的空间思维、时间与空间相对应的能力，对于构建地质思维时空观非常有益。

地质思维；时空观；构造地质学

地质思维是地质现象在人脑中间接而概括的反映，如何分析地质现象是地质思维的重要内容。地质思维的培养与建立程度如何，直接关系到学生对地质学科的学习兴趣、专业知识的掌握程度及以后从事地质专业的能力等。地质思维时空观是地质思维的一个重要方面。如何构建学生的地质思维时空观通常也是任课老师教学中最棘手的问题。如果这个难题得以解决，将有助于培养学生的时间和空间观念，一方面可快速提高学生的学习兴趣，一方面也为后继课程的学习打下坚实基础。

一、研究现状与存在问题

关于地质思维的分析与研究国内有一些报道，但主要集中于上世纪八九十年代，侧重于哲学方面及一些理论分析，对于如何构建地质思维，尤其是如何构建地质思维时空观还缺乏分析和研究实例。

许洪才指出，地质思维由物质观与时空观所组成，地质现象的合理解释必须要有正确的物质观与时空观，并阐明了地质现象存在和发展的三个原理，即层次原理、循环原理、重复原理，及其与哲学中的对立统一规律、量变质变规律、否定之否定规律之间的相关性[1]；孙士超概述了地质思维的基本特征，并详细论述了地质思维的方法。认为地质思维可分为理性地质思维、非理性地质思维及创造性地质思维[2]；魏宽义则对“构造地质学”中的地质思维进行了初步探讨，划分出“与研究尺度有关的地质思维”、“与构造发育时间有关的地质思维”两种形式[3]。

万天丰较明确地提出了地质思维教育的内涵，指出地质思维教育要把辩证唯物主义的思想渗透到地质教学过程中，核心问题是让学生认识到:地球是由物质组成的，它们一直在无比庞大的空间和漫长的时间中运动变化着[4]。

综合前人的研究表明，地质思维的内涵及其教育均与辩证唯物主义的思想密切相关。地质思维的教育一方面要构建学生的物质观，即地球是由物质所组成，要讲清组成物质的特征、形成过程及形成机制，这是“矿物学”、“岩石学”、“晶体光学”等课程应该解决的问题[5]；另一方面要构建学生的时空观，这是“地史学”、“构造地质学”课程应该解决的问题[6]。地质思维时空观的构建相对于物质观而言其难度更大，因为后者相对来说研究对象比较小，也易于理解，并且可以通过高温高压实验进行岩石的重熔，再现其形成过程；而对于前者来说，不仅涉及地球46亿年的时间演变过程，而且涉及地球范围内的空间变化，并且也很难在实验室模拟其形成过程。就“地史学”与“构造地质学”课程在构建地质思维的时空观方面的贡献而言，前者是基础，后者是提高；前者主要是时间观念，后者把时间与空间观念相结合，尤其是空间想象能力的培养是难题所在。

二、地质思维时空观的培养与教学实践

地质思维时空观的培养与建立其难点在于初学者对于时间与空间的认识与统一，就“构造地质学”课程而言，主要表现为两个方面:第一，对地质图难以建立三维空间状态，对于地质图中地层及构造现象的展布缺乏清晰空间观念，对于其形成过程缺乏认识与理解；第二，对课本中构造形迹的理解与认识，尤其是如何从构造形迹上分析地球系统时空变化特征。

1.地质图的教学实践

基于上述问题，在“构造地质学”课程教学过程中，笔者针对涉及时空变化的内容，尤其是对地质图的阅读进行重点解剖，争取将平面的地质图与三维立体图相对照，将地层、构造现象，尤其是断层在三维空间中展示出来。通过平面与立体的结合，构建学生的空间观念，并通过平衡剖面的制作，再现构造发育过程(图1、图2）。

图1 凌河地质图（a）与立体图（b）

图1展示了凌河地质图[7]的平面与立体形式，对于初学者而言，尚未有能力从平面图建立起其空间特征，通过立体图的制作与对比，可以让其首先掌握该地质图所在地区的三维外观，分清高地、河流的分布位置，同时也可以认识地质界线是如何在空间展布、地质界线与等高线的关系等。通过图1的反复阅读与对比，初学者很快能根据地质图及其提供的等高线建立图幅所在地区的三维空间，并掌握地层在空间的展布特征。

地质思维时空观的培养与建立另一个重要方面就是培养初学者对地质过程的分析能力。地质图所展示的地质现象是地质历史时期长期作用的结果，其形成过程如何、以后可能怎样演变是地质研究应该掌握的内容，对其进行训练对于构建地质思维的时空观非常必要。

以凌河地质图为例，为了做到通俗易懂，笔者对其构造演化史进行了平衡剖面的制作，再现了其地质过程(图2）。

通过对图2的分析与讲解，初学者了解了该地区的沉降与隆升历史，掌握了该地区地质演化的历史进程，尤为重要的是，建立了动态分析地质现象的观念与意识。

针对“构造地质学”课本中需要重点剖析的地质图，笔者均进行了立体图及平衡剖面的制作。实践证明，这种辅助教学方式对于初学者克服阅读地质图时的畏惧心理，快速建立研究区的空间状态及其与地质图的对应关系非常有效；同时也加强了同学们的时空观念及对地质过程的认识，在增加课程学习趣味性的同时，加强了同学们地质思维时空观的培养与建立。

2.构造形迹的教学实践

构造形迹是指岩石圈的岩石、岩层、岩体在力的作用下形成的各种变形现象，如各种不同成因的褶皱和不同性质的断裂、节理、面理和线理，以及各种显微裂隙、晶格错位等。构造形迹是“构造地质学”课程教学需要重点阐述的内容，从构造形迹的解析反演地球系统时空变化，是构建地质思维、培养地质思维时空观的重要方面。

在教学过程中，笔者对构造形迹的分析与讲解一般按照三个部分进行，即几何学描述、运动学分析及动力学机制探讨等。其中，几何学描述是基础，也是野外识别构造形迹的重要依据；运动学特征分析能够再现构造形迹的形成过程；动力学机制是对构造形迹几何学、运动学特征形成的解析，解答“为什么”的问题。“构造地质学”教材中关于构造形迹几何学特征的内容较多，部分同学常常只注重几何学的学习，而忽视了后两者的分析，使对构造形迹的理解只停留在现象本身方面，严重阻碍了地质思维的形成。为了克服这一错误倾向，需要加强典型野外构造形迹的分析与讲解，一方面培养地质思维，一方面也能进一步理论联系实际。

图2 凌河地区地质过程的恢复

以节理与断层的教学为例，在野外特征、运动学及动力学分析的讲解基础上，对野外的实际图片或素描进行分析讲解，反演地质体的时空演化。如图3所示，地质体中发育了多种构造现象，如棋盘状节理、一条主要的逆冲断层及数条与主断层相交次级断层。棋盘状节理的形成为初次构造，逆冲断层为第二序次构造，而角度较陡的派生断层为第三序次构造。其形成是受到近水平的挤压力的作用，首先形成“棋盘状”节理，当力持续作用后，产生角度较缓的逆断层，并由此派生出一组“人”字形分支断裂。通过上述典型构造形迹的解析，一方面巩固了课本理论知识，加强了理论联系实际能力，更为重要的是通过这种教学方法使同学们学会了通过构造形迹的解析反演地球系统的时空演化，在不知不觉中培养了同学们的地质思维能力。

图3 多期构造形迹的叠加现象[8]

三、结论

(1）地质思维是地质工作者必须具备的思维能力，地质思维时空观是地质思维的一个重要方面。地质思维时空观的本质是对地质过程的理解与认识。

(2）构建地质思维时空观不仅要让初学者意识到地球不仅是由物质所组成的，而且地球还是在不断变动的，现今所观察到的地质现象是地球长期地质作用的结果。

(3）“构造地质学”课程的教学，尤其是地质图的阅读与构造演化史的分析及构造形迹的解析对于构建地质思维时空观具有重要意义。

[1] 许文才，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，1995，18(6）:618-624.

[2] 孙士超.地质思维的基本特征与方法[J].中南冶金地质，1996，(2）:112-119.

[3] 魏宽义.构造地质学中的地质思维初探[J].西安地质学院学报，1989，11(3）:39-43.

[4] 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.

[5] 杨仁超， 樊爱萍， 韩作振，等.“沉积岩石学”课程教学改革与创新型人才培养[J].中国地质教育，2010，(3）:92-95.

[6] 王平丽，李守军，李增学，等.“化石探秘”公选课课程建设探讨[J].中国地质教育，2010，(2）:56-57.

[7] 曾佐勋，樊光明，刘强，等.构造地质学实习教材[M].武汉:中国地质大学出版社，2008.

[8] 蓝淇峰，胡长雪.构造形迹地质力学分析图示[M].北京:地质出版社，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。

倪金龙，男，副教授，主要从事构造地质学的教学和研究工作。