高校地质类专业“矿物岩石学”课程教学内容改革新思路

刘瑞斌，穆满根，焦希颖，荆丽波

山西工程技术学院 地质与环境工程系，山西 阳泉 045000

矿物学和岩石学都属于地质学的二级分支学科，其中矿物学主要研究地壳中矿物的化学成分、晶体结构、物理化学性质、地质成因和工业用途等，岩石学主要研究岩石的矿物成分、结构构造、产状和分布、岩石成因和形成环境等。无论从事地质学基本理论的研究，还是勘探开发利用地下资源或解决实际工程地质问题，都需要有矿物岩石学的基本理论[1]。因此，在我国本科院校开设的地质类工科专业，包括资源勘查工程、地质工程、勘查技术与工程、地下水科学与工程专业，都将“矿物岩石学”课程作为一门重要的专业基础课。

早在北京地质学院、北京矿业学院等地矿院校成立之初，“矿物岩石学”课程就纳入了教学计划。迄今70年的时间里，“矿物岩石学”课程形成了一个比较丰富复杂的课程体系，包括了“结晶学与矿物学”“晶体光学”“火成岩岩石学”“沉积岩岩石学”“变质岩岩石学”“成因矿物学”“岩石学”“矿物岩石学”“环境矿物学”“岩矿石显微镜下分析”“岩矿物理学”等十几门课程[2]。矿物岩石学是矿产普查（包括金属与非金属矿产、能源矿产等）、水文地质、工程地质勘查、环境地质、勘查地球物理和勘查地球化学等学科的基础，都是在对地壳的组成物质矿物岩石学的研究基础上开展工作的。地质类本科专业“矿物岩石学”课程的课时相对较少，根据专业方向和侧重点不同，普遍开设“结晶学与矿物学”和“岩石学”两门课程或者“矿物岩石学”一门课程。随着新一轮的全球科技革命和产业变革，我国经济转型发展迫切需要培养具有较强工程实践应用能力和竞争力的高素质地质技能人才。然而地质类专业“矿物岩石学”课程的教学内容却存在诸多弊端，迫切需要进行教学内容改革和创新。

一、“矿物岩石学”课程现有的弊端和不足

1．教学内容同质化严重

在1997年以前，矿物学、岩石学和矿床学是三个独立的二级学科，后来国务院学位办进行学科专业调整，将先前的三个二级学科合并为一个二级学科，即现今的矿物学、岩石学、矿床学。由于矿床学只针对资源勘查工程专业固体矿产勘查方向开设，所以矿物学和岩石学在地质类本科专业都是基础课程。然而地质类本科专业矿物岩石学的教学内容，所有高校千篇一律。除了中国地质大学、中国矿业大学、中国石油大学等“双一流”高校，在“矿物岩石学”的课程建设中，根据学校专业特色对教学内容各有侧重外，其他普通高校“矿物岩石学”的教学内容都是基本照搬《结晶学与矿物学》和《岩石学》两本教材的基本内容。

2．教学内容陈旧

现有的“矿物岩石学”课程教学内容包含结晶矿物学和岩石学两大部分。结晶矿物学中的结晶学部分主要包括晶体的基本性质、晶体的生长规律、晶体定向与晶面符号、晶体对称分类和晶体的单形聚形等知识；矿物学部分包括自然元素矿物大类、硫化物及其类似化合物矿物大类、卤化物矿物大类、氧化物和氢氧化物矿物大类、含氧盐矿物大类中各个常见矿物物理化学性质、晶体特征和地质成因等知识。岩石学部分包括岩浆岩、沉积岩、变质岩三大岩类的具体划分方案、主要矿物成分、结构构造特征、形成及其地质演化等内容。在国际地球科学领域，与矿物岩石学有关的材料矿物学、工业矿物岩石学、宝玉石学、环境矿物学等学科蓬勃发展，在矿物岩石学学科基础上开展的有关页岩气、可燃冰等清洁能源的勘探和开发也有了重大突破，但是这些最前缘的新知识和新理论并没有在矿物岩石学的教学内容上有所反映。

3．教学内容与工程实践应用联系不紧密

地质类本科专业主要是培养服务于固体矿产资源勘查和开采、煤及煤层气勘探和开发、石油天然气资源勘查和抽采、工程地质勘察、地球物理勘探、地质灾害防治与治理、环境地质调查等地学领域的工科专业。尤其是勘查技术与工程和地质工程专业，在我国很多高校中“矿物岩石学”课程的教学内容与地质学本科专业几乎相近，并没有将重磁勘探、勘查地球化学、岩土工程勘察等工程领域中所运用到的矿物岩石学内容紧密联系起来。致使很多地质类专业的本科生，在学习完“矿物岩石学”课程以后，掌握不了地球物理勘查过程中不同岩石类型的重力、磁性、电性等物理特征，不理解地球化学勘查中为什么不同的矿床类型由于主要矿石和矿物成分不同会引起特定的矿化异常，不明白岩浆岩、沉积岩、变质岩中，由于岩石矿物成分、结构构造等不同，在工程地质勘察中岩石的力学性质和水文地质中岩石的透水性是不同的。

二、“矿物岩石学”教学内容改革的原则

1．科学性

教学内容的调整要把握规律，保证矿物岩石学课程原教材内容体系的完整性，遵循学生学习和认知规律，将矿物学和岩石学基础理论知识和应用性知识紧密联系起来，处理好不同章节和不同内容之间的逻辑关系，避免出现知识点的脱节，使教学内容前后不连贯。充分考虑地质类本科专业学生在大学一年级或二年级已具备的地质学知识背景和能力水平，选择合适教学内容，为后续开设的专业课程打好基础。

2．简明性

“矿物岩石学”这门课程知识体系庞杂，涉及结晶学、矿物学和岩石学三个学科的内容。自然界中已被发现的矿物3300多种，而主要常见的矿物不到200多种，其中构成岩石的常见造岩矿物只有30多种；岩石的种类也很多，但野外常见的只有30多种[3]。在教学内容改革中，对课程体系和结构做以下调整：结晶学部分做大幅度删减，只介绍晶体的概念、晶体的性质、晶体的对称分类和晶体形态等矿物晶体学知识，其他内容不做具体要求[4]；矿物学部分在讲授完矿物的概念、化学成分、形态、物理性质后，着重学习各大类矿物中的常见矿物；岩石学部分主要介绍岩浆岩、沉积岩和变质岩的矿物成分、结构构造、产状以及野外鉴定和描述方法；在上述基础上，将矿物岩石学的知识延伸拓展至固体矿产勘查、工程地质勘察、勘查地球物理、工业矿物与岩石、宝玉石加工等工程应用领域。在教学改革中，删减结晶学比较抽象难懂的部分，调整课程体系，突出重点章节，增加应用性内容，使课程内容更加系统、简明。

3．应用性

当前，我国已经建成了世界上最大规模的高等教育体系，但随着经济发展进入新常态，高等教育同质化倾向严重，人才供给与需求关系矛盾突出，生产服务一线紧缺应用型、复合型、创新型人才。2015年教育部、国家发改委和财政部联合发文，引导部分地方普通本科高校向应用型转变。地质类专业是典型的应用型工科专业，“矿物岩石学”课程教学也要为应用型人才培养服务。教学内容改革中，“矿物岩石学”课程原教学内容的基础知识要更系统、完整和简明，又要在教学内容上增加矿物岩石学在应用性方面的知识。针对各高校传统的办学特色，不同地质类专业和方向，学生毕业后从事的工作性质存在差异，要求应用性矿物岩石学教学内容侧重点也要有所区分。

三、“矿物岩石学”教学内容改革的具体措施

1．教学目标

地质类专业属于应用型工程技术专业，主要培养学生在系统掌握地质学的基础知识、基本理论和基本技能后，能在资源勘查工程、地质工程、地下水科学与工程、勘查技术与工程及相关领域从事工程设计与施工、分析和解决复杂地质工程问题的人才。因此，矿物岩石学的教学目标，就是要让学生在扎实学好矿物学和岩石学的基本理论知识后，能够熟练应用于地质工程技术领域。造岩矿物的鉴定特征及三大类岩石（火成岩、沉积岩和变质岩）的基本知识、分类命名、观察描述思路与鉴定方法，这些是“矿物岩石学”课程的重要内容。在此基础上，让学生能够识别在地质矿产勘查中不同矿床围岩蚀变和矿化现象，熟练掌握重磁勘探中常见造岩矿物和岩石的密度大小、磁性特征，知道工程地质勘察中不同岩性的工程地质条件，了解矿物岩石学在建筑材料、陶瓷材料、耐火材料等工业原料和工业制品以及宝玉石中的应用，知道矿物岩石学在地质样品分析中常用的研究手段。

2．教学内容

（1）调整相关专业基础课实验内容，采用理论实践教学一体化，减少重复环节。

在“普通地质学”和“矿物岩石学”这两门课程中，矿物的物理性质、形态特征和鉴定方法均是重要的教学内容，鉴于该部分内容已经在“普通地质学”中重点讲解，在“矿物岩石学”理论教学和实验课教学中，只需稍微加强一下即可，或者自学[5]。在光性矿物学显微镜教学内容中，适当改变教学方式，省略矿物薄片实验教学的环节，直接采用岩石学薄片进行镜下鉴定和认知。这样以便学生既能掌握矿物在显微镜下的鉴定特征的同时，又能掌握相应岩石薄片显微镜下矿物的组成、结构构造等特征。

“矿物岩石学”部分章节可以采用理论实践教学一体化的方法，将一些理论性的内容放到实践课堂上，结合手标本进行详细讲解，让学生有更多感性认识，例如矿物学和岩石学理论部分，其具体鉴定特征可以在实践课上进行讲授，同时提高了教学效率和教学效果。在矿物岩石薄片教学观察中，采用多媒体实验教学，通过电子显微相机拍摄效果可以使显微镜下的内容在PPT中清晰成像并让学生观察清楚。使典型的矿物、岩石手标本和多媒体教学相结合，让理论教学和实验教学内容融为一体，使得教学更形象、更生动。

（2）针对不同专业和方向，教学内容增加矿物岩石学应用部分。

当前中国的高等教育即将从大众化阶段迈入普及化阶段，一大批普通本科高校将向应用型转变，更加注重学生所学知识在工程实践中的应用和实际动手能力。地质类本科专业中，除了资源勘查工程专业“矿物岩石学”课程学时较多，其余专业“矿物岩石学”课程的学时较少。如何在较短的学时内让学生们掌握矿物学和岩石学的基本知识，又能与后续课程所涉及的矿物岩石学应用知识很好串联起来，以满足新时代背景下经济转型对培养卓越工程师人才的需求，这无疑给地质类专业矿物岩石学教学工作提出了更高的要求。无论是姜荛发主编的《矿物岩石学》十二五职业教育国家规划教材，还是李昌年主编的中国地质大学（武汉）地学类系列精品教材《矿物岩石学》，都未涉及矿物岩石学在地学工程技术领域的应用性知识。笔者结合资源勘查工程专业固体勘查方向、地质工程专业工程地质勘察方向、勘查技术与工程专业应用地球物理方向和应用地球化学方向以及矿物岩石学在其他相关学科中的实际应用情况（图1），对“矿物岩石学”课程的教学内容做适当补充和完善，并提出一些教学内容改革的新思路。

矿物岩石学在地质找矿勘查中的应用：矿床是由地质作用形成的、有开采利用价值的有用矿物的地质聚合体。在对金属、非金属矿产进行普查与找矿勘探时，在矿体周围总会有围岩蚀变等找矿标志出现。蚀变岩是一种变质岩，对不同类型矿床围岩蚀变产生的变质特征总结和归类，让学生掌握在固体矿产勘查时识别各类型矿床的围岩蚀变现象。

图1 “矿物岩石学”课程教学内容改革图示

矿物岩石学在工程地质勘察中的应用：在土木工程中，道路选线、建筑物地基的选址、矿山开挖、寻找地下水等，都与岩石、岩体的关系密切。岩石的密度、岩石的孔隙率和透水性、岩石的变形特征和强度等工程地质性质，一方面与岩石自身的性质有关，还决定于岩体内部裂隙系统的性质及其分布情况。让学生明白岩石的矿物成分、结构构造及成因与岩石本身的工程地质性质之间的关系，熟练掌握工程地质勘察中常见岩石的物理性质、水理性质和力学性质。

矿物岩石学在勘查地球物理中的应用：矿物组合成岩石，岩石的磁性强弱和密度大小与矿物组成有直接关系。地壳中不同地质体之间存在的磁性差异和密度差异，是开展磁法勘探工作和重力勘探工作的地球物理前提条件。学习完常见造岩矿物的物理性质后，让学生知道抗磁性矿物、顺磁性矿物和铁磁性矿物都有哪些，决定岩石磁性特征和密度大小的主要因素是什么。了解矿物和岩石地磁性特征与密度大小，以便对磁异常和重力异常能够做出正确的地质解释。

矿物岩石学在工业矿物岩石学及相关材料学中的应用：由于矿物和岩石本身的化学成分、矿物成分或技术物理性能，一些矿物和岩石在工业上具有重要利用价值，被广泛应用于工业矿物、工业岩石原料和工业岩石制品中。在掌握常见造岩矿物鉴定特征的基础上，让学生知道其他一些矿物的晶体化学特征、物理性质和工业应用，了解工业矿物与岩石在建筑材料、陶瓷材料、耐火材料和工业原料等领域的应用。

矿物岩石学在宝玉石学中的应用：作为宝玉石的矿物，由于其颜色鲜艳柔和，质地美观，结构匀称，硬度较大，化学成分稳定，自古以来一直被视为珍贵的收藏品或加工成装饰品用来佩戴。让学生知道宝玉石的形成、化学成分、物理性质，清楚宝玉石与矿物结晶学和晶体光学之间的密切关系，并能掌握宝玉石基本的矿物学物理性质、鉴别方法和质量评价参数。

矿物岩石学在地质样品化学分析中的应用：地质分析测试工作是地质科学研究和地质调查工作的重要技术手段之一。现代地球科学研究领域的外延拓展对地质分析测试技术的需求日益增强，迫切要求地质分析测试技术不断地创新和发展。地质类本科专业的毕业生，也会在地质实验室从事化学分析测试工作。要让学生了解矿物岩石学的研究分析测试技术，熟悉X射线荧光光谱(XRF)分析、等离子光谱（ICP—AES）分析、等离子质谱（ICP—MS）分析、原子吸收光谱（AAS）分析、电子探针（EMPA）分析及岩石主微量化学分析等研究手段在矿物岩石学中的应用。

3．实践教学

“矿物岩石学”是一门实践性很强的课程，实验实践环节对于培养学生对矿物、岩石的鉴定能力及其野外地质工作技能是非常重要的。一方面，通过减少专业基础课程群中矿物岩石学理论与实践教学重复环节，将矿物岩石学这门课程中理论部分与实验教学联系紧密的内容或重复内容进行整合，集中在实验室授课讲解，采用理论实践教学一体化的方式，减少教学重复内容，提高效率，更重要的是相应增加了实验实践课的学时，使得实验实践课程占“矿物岩石学”总课时的比重增加，给学生提供了更多的练习机会。另一方面，针对就业招聘会上很多企事业地勘单位反映的地质类专业本科生，毕业后在工作岗位上矿物岩石学的鉴别水平不高、野外地质工作技能缺乏等问题，我们适当拓展矿物岩石学野外实践教学课堂[6]，同时根据企事业地勘单位对地质工作人员在矿物岩石学方面需要掌握的技能要求对高校矿物岩石学实验实践考核制度进行改革。我们可以因地制宜，从就近原则出发，在学校附近地区开发出一些具有典型地质剖面的路线。可以带领学生参观省市国土资源部门隶属的地质博物馆，激发他们对矿物岩石学地学知识的热爱和兴趣。按照地勘单位地质填图和地质调查的规范和流程，进行野外地质工作仿真教学，让学生真正将所学知识在野外运用到不同岩性鉴定和地层划分对比的实践中去。在当今市场经济下，我们根据企事业单位对地质人才在矿物岩石学方面需要掌握的技能和要求，对矿物岩石学考核制度进行更改和修订，根据学生在实验实践课堂上，对实际矿物、岩石、薄片鉴定的结果以及野外填图作业成果给予考核成绩。

拓展学生的实验实践资源，探索基于校企深度合作的产学研平台。在校企共建实验室和科研创新平台方面，可以组织学生参观科研生产单位扫描电子显微镜、电子探针及X射线衍射仪等大型实验仪器设备，让学生们了解并熟悉岩矿化学分析的测试过程及其在地质学领域的应用。同时让教师和学生积极参与到企业的生产实践中来，锻造教师解决实际工程地质问题的能力，也让学生的地质野外工作技能在生产实践中得到锻炼。