周口店地质实践教学中的逻辑思维认知过程

2018-01-03刘宁强魏玉帅龚庆杰张秀宝

中国地质教育 2017年4期

关键词：剖面图剖面绘制

刘宁强，魏玉帅，龚庆杰，张秀宝，陶树

1.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083；2.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083

周口店地质实践教学中的逻辑思维认知过程

刘宁强1，魏玉帅1，龚庆杰1，张秀宝1，陶树2

1.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083；2.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083

逻辑思维是人脑的一种理性活动，是一种高级思维形式，有助于我们正确认识客观事物、准确表达思想。本文以周口店地质实践教学中地层路线信手剖面图绘制为例，从实证出发探讨地质实践教学中的逻辑思维认知过程，并从理论层面剖析其重要性，认为教学不仅是知识的传授过程，更重要的应为知识的逻辑思维认知过程的再现。

周口店；实践教学；地质；逻辑思维

周口店地质实践教学是中国地质大学（北京）地质类专业学生步入地质殿堂的必修环节，其目的是使学生初步掌握野外地质工作方法和初步建立正确的地质思维方法。自1954年我校在周口店建立实习站以来，有组织的地质实践教学活动持续60多年，这一过程甚至可以上溯至1914～1915年章鸿钊、丁文江、翁文灏等创立的我国第一个地质启蒙教育野外实践训练班[1]。在几十年的教学实践活动中，我们注重地质工作方法的掌握，尤其是正确地质思维方法的建立[2-5]，对于学生今后独立的创新实践活动有重要的指导性意义。

在多年的课堂和野外实践教学过程中，笔者注意到学生对于知识体系的理解和掌握缺乏逻辑性，仅限于知识的点对点，而不是点对面、对体的融会贯通。或者说在教与学的过程中，没有注意到知识背后的逻辑思维认知过程，而过多地注重知识点，故当其仅掌握了知识点，而不能由点及面、举一反三，更不要说思维创新活动。

尤其是对于野外地质实践教学过程更是如此，如不注重其逻辑思维认知过程，加之野外现象的复杂性、时空的交叠转换，及由自然现象到人脑投射过程中的形象思维到抽象思维的认知过程，事倍功半的教学效果可想而知。且学生即便“掌握”，大多也仅限于得“鱼”而非“渔”，即其不能独立地进行知识的由点及面的思维认知。

本文将以周口店地质路线信手剖面图的绘制为例，从野外现象观察和信手剖面图的形成和绘制两方面讨论其中的思维认知过程，在此基础上，从理论上探讨思维认知过程在教育教学中的重要性和意义。

一、信手剖面图绘制的思维认知过程

有关周口店地质实践教学过程中信手剖面图绘制的方法和要求，魏玉帅等在《地质路线信手剖面图的绘制与教学—以周口店八角寨-栓马庄中新元古代地层观察路线为例》一文已有详细论述[6]。在教学过程中，发现多数学生在图件结构的规范和完整性方面仍存在问题，笔者认为这和教学过程中逻辑思维认知过程的欠缺有必然联系。

周口店实际地质现象错综复杂，我们要将实际地质现象变成野簿上的信手剖面图，是逻辑思维认知活动的结果。这里面有两个层次的思维活动：将实际的地质现象通过观察经由形象、抽象思维投射到大脑中形成完整的地层剖面；将人脑初步形成的完整的地层剖面按照一定的方法和规范绘制成地层信手剖面图。

首先，第一层思维活动，即将实际的地质现象通过观察经由形象思维、抽象思维投射到大脑中形成完整的地层剖面。要将实际地质现象在大脑中形成完整的地层剖面，除了上述的思维认知过程外，还要用到系统科学中的整体论和还原论。

我们在野外地质路线教学时，首先要用整体论的思想告诉学生这条路线的主要任务和总体情况，甚至是背景知识，以便在其大脑中形成知识的“骨骼”框架。然后再用还原论的思想对“骨骼”框架中具体的知识点进行观察剖析，并适时地不断引导学生思维要拎着知识的“骨骼”框架，不断训练和强化学生的整体思维，这样既能够比较准确地把握该知识点的位置和重要性，同时又能将所有相关的知识点串联起来，融会贯通，最后还要回到整体认识之上，完成一个思维认知的闭合回路。

如在周口店八角寨-栓马庄中新元古代地层路线的教学过程中，教师先向学生介绍这条路线的基本情况和背景知识，这条路线出露的为中新元古代地层，包括了中元古界蓟县系的雾迷山组、洪水庄组、铁岭组，以及新元古界青白口系的下马岭组、长龙山组和景儿峪组。华北地区区域上中新元古代出露地层包括三个系，分别为长城系、蓟县系和青白口系，周口店地区长城系缺失，蓟县系地层直接覆盖在太古宙的官地杂岩之上，呈断层接触。在了解该路线整体地层出露情况之后，带领学生一个点、一个点地观察剖析每组地层层序、岩性组成、构造活动及组与组之间的接触关系，以及沉积环境等，此为还原剖析。由于地质现象的复杂性和多解性，对于多解的地质现象，运用整体论的思想将其可能的解划归和限定在整体的知识框架和背景中去，这就是可能的唯一解，此为野外地质实践教学过程中的操作方法。如果是独立工作，则应在文献调研和野外踏勘阶段完成对地质路线整体论的认识，在这一整体认识思想的指引下，完成对具体现象问题的剖析和还原，最后将还原得来的零碎认识统规和修正先前的整体认识，得出结论。

其次，第二层思维认知活动，将人脑初步形成的完整的地层剖面按照一定的方法和规范绘制成地层信手剖面图。这一过程其实就是将实际现象投射到人脑中的映像呈现于纸上的过程。

这一过程其实也简单，只需按照一定的规范和方法去绘制即可。可在实际的教学过程中发现，即便教师反复强调，仍有同学在绘制信手剖面图时图面结构不全，图绘制的不规范、不美观。究其原因，主要在于绘制过程的逻辑思维欠缺，当然肯定有没好好学、不用心和没学好的原因。

信手剖面图绘制的逻辑思维认知过程仍然无外乎系统科学的整体论和还原论。

我们要绘制信手剖面图，首先第一个问题是信手剖面图是什么样子？或者说它有哪些要素组成。如图1所示，信手剖面图主要有图名、比例尺（一般为线段比例尺）、剖面方位、剖面主图和图例四部分组成，其中由地形线、接触关系界线、岩性花纹、产状等要素构成剖面图的主图。

要根据一条实际的地层剖面绘制其信手剖面图，首先要确定比例尺，周口店路线教学中信手剖面图的比例尺一般为1∶2000，比例尺确定了，信手剖面图的大小也就基本确定。由于信手剖面图基本是在野外完成的，故其一般绘制在野簿或其他记录本上，在准确、规范的前提下，出于美观考虑，一般要求整个信手剖面图在野簿的一页纸上（确定一页一幅图），上下、左右居中，其中的部分要素也要做到上下或者左右居中，这样就达到了准确、规范、美观三个层次要求。当然准确是第一位的。

在这样的要求和前提下，根据图要素的组成情况，在野簿上确定图名比例尺位置、剖面方位位置、主图位置和图例的位置。这就是整体论的思维认知过程。有了这样一个整体的思想，就不至于在绘制过程中出现图不居中、图例没有位置画等一系列问题。故在教学过程中，训练学生在下笔之前，在整体思维认知的前提下，统筹整体规划，做到心中有数。然后用还原论的思想逐一去完善整个图件。具体为：

（1）首先要确定剖面的方位，即由剖面起点指向终点的方向，据此才能确定岩层产状的画法，据此才能在回到室内的情况下恢复整个剖面的空间关系。

（2）根据实际地形和比例尺确定地形线的形状和长度，绘制在野簿信手剖面图的相应位置。

（3）根据实际地层的接触关系和产状按照一定的表示方法绘制在地形线上，注意不同的接触关系有不同的表示方法。在不懂或不明白的前提下，切不可随意表示，此时你要想到凡事都有规矩，这里有规范。

图1 信手剖面图图面结构示意图（据文献[6]修改）

（4）根据岩石组合和地层层序按照一定的岩性花纹填充到剖面图地形线的下方。这时逻辑思维认知过程指引你思考，岩性花纹该如何画（根据岩层产状和剖面方位的关系确定左倾还是右倾），画多宽、多长，即为还原细节。

（5）将测得的地层产状、地层代号、分层号、点号、标本号按照规范标注在相应位置。

（6）根据图的组成情况（主要为岩性花纹）确定图例的个数，在居中的美观要求下按照规范绘制在相应位置。

按照上述逻辑思维认知过程，在整体论和还原论的指导下，才能绘制出满足准确、规范、美观要求的信手剖面图。

二、思维认知过程的理论探讨

於崇文先生认为自然科学的研究程度由浅入深可以分为以下四个层次：（1）将观察所得的经验事实进行总结；（2）将基本现象进行归纳和演绎，并整合成唯象理论；（3）将唯象理论上升到具有普适性和包容性的基础理论和方法论；（4）将其进一步抽象为系统的数学表达和哲学思维[7]。地质科学发展过程尤为如此，且其目前研究程度大多停留在第二阶段，即将基本现象归纳和演绎，并整合成唯象理论。这四个层次的逻辑关系不是并列等同的，而是增进上升的思维认知过程，其中不难发现逻辑思维的重要性。

综观自然科学研究程度的四个层次的逻辑关系，其和人类思维认知过程的发展极为相像，即主体（人类思维）和客体（如地质学）相互作用致使作为主体的人类思维发展过程和客体的地质学科发展过程极为相似，也就是皮亚杰发生认识论原理中的儿童思维认知的起源问题。

皮亚杰发生认识论原理直接的思想来源就是康德的认识论。康德把先验的知性范畴同后天的经验素材结合起来，认为通过感觉得到的经验材料与先验的时间、空间、因果等知性范畴相结合，导致了普遍性和必然性的知识的产生。皮亚杰吸收了康德的先验范畴理论，把先验范畴改造成为遗传的“图式”[8]。

皮亚杰的“发生认识论原理”将儿童的认知发展分成以下四个阶段：（1）感知运算阶段（感觉-动作期，0～2岁），这个阶段的儿童的主要认知结构是感知运动图式，儿童借助这种图式可以协调感知输入和动作反应，从而依靠动作去适应环境。（2）前运算阶段（前运算思维期，2～7岁），儿童将感知动作内化为表象，建立了符号功能，可凭借心理符号（主要是表象）进行思维，从而使思维有了质的飞跃。（3）具体运算阶段（具体运算思维期，7～11岁），在本阶段内，儿童的认知结构由前运算阶段的表象图式演化为运算图式。皮亚杰认为，该时期的心理操作着眼于抽象概念，属于运算性（逻辑性）的，但思维活动需要具体内容的支持。（4）形式运算阶段（形式运算思维期，从11岁开始一直发展），这个时期，儿童思维发展到抽象逻辑推理水平。其思维形式摆脱思维内容，形式运算阶段的儿童能够摆脱现实的影响，关注假设的命题，可以对假设命题作出逻辑的和富有创造性的反映。同时儿童可以进行假设—演绎推理[8-9]。

感知动作阶段是智慧的萌芽，前运算阶段出现表象和直觉思维，具体运算阶段出现初步的逻辑思维，形式运算阶段出现抽象的逻辑思维，其思维认知活动是一个递进过程。皮亚杰的发生认识论可理解为人类思维从无到有再到成熟的发展过程，由此笔者认为人类对未知事物的思维认知过程则可视为皮亚杰发生认识论的再现过程。即儿童思维认知的发展过程和人类（成熟思维）对完全未知事物的思维认知过程具有自相似性—思维分形。

综上，从自然科学的研究程度和皮亚杰的发生认识论原理重新审视教学活动，笔者认为教学活动不仅是知识的教与授过程，更为重要的是其应为对知识的思维认知过程的再现。在教授的过程中教的是知识、技术、方法，更是获得知识、技术、方法的思维认知过程。当然，教学的最终目的是让学生获得、理解和掌握知识及其思维认知过程，为其日后的独立的思维创新打下坚实基础。古人云“授人以鱼，不如授之以渔”，我们要“鱼”和“渔”兼授，最终是“渔”，社会的进步源于此，文化的传承源于此。