特色鲜明的“高等地球化学”课程建设探索

何洪涛 邢乐才 刘剑 金超 秦身钧

[摘 要] 在河北省研究生示范课的立项建设过程中，尝试探索出一条适合河北工程大学地质资源与地质工程专业“高等地球化学”课程的建设思路，是提高研究生培养质量的重要前提条件。基于学科特色和研究生的研究背景，只有“依托学科特色，兼顾前沿领域”的课程建设思路才适合“高等地球化学”研究生课程。在课程内容上重点突出黑色岩系涉及的地球化学问题，基于地球化学领域权威期刊的最新论文和国内外学术会议报告，自编讲义，授课团队建设注重年轻化、最优化，灵活安排授课及考核方式，注意引导学生从地球化学角度思考资源环境问题，培养学生的地球化学思维。

[关键词] 前沿;研究生;高等地球化学;示范课

[基金项目] 2020年度河北省研究生示范课程建设项目“高等地球化学”（KCJSX2020082）;2020年度河北工程大学教育教学研究重点项目“新工科建设背景下勘查技术与工程专业教学改革探索与实践”（XN1200130819）;2021年度河北省专业学位研究生教学案例建设项目“‘农业地质学原理课程教学案例库建设”（KCJSZ2021094）

[作者简介] 何洪涛（1985—），男，江苏东海人，博士，河北工程大学地球科学与工程学院副教授，主要从事地球化学研究;秦身钧（1977—），男，河北邯郸人，博士，河北工程大学地球科学与工程学院教授（通信作者），主要从事地球化学研究。

[中图分类号] P59   [文献标识码] A     [文章编号] 1674-9324（2021）30-0104-04   [收稿日期] 2021-04-06

一、问题的提出

自1981年1月1日起我国正式实行三级学位授予制度[1]，硕士研究生培养成为学士、硕士和博士三级人才培养体系的重要中间环节，具有承前启后的作用。事实上，本科阶段的重要任务是夯实学生的专业基础知识，主要是学习知识的阶段。而博士阶段则需要学生进行独立探索、思考和解决问题，主要是创造知识和技术的阶段。只有经历硕士研究生阶段的初级学术训练，学生才具备面对难题的勇气，培养出势必攻克难题的决心以及掌握基本的研究方法，才能顺利地进入博士阶段的学习。2020年7月，习近平总书记对研究生教育工作做出重要指示，强调研究生教育在培养创新人才、提高创新能力、服务经济社会发展、推进国家治理体系和治理能力现代化方面具有重要作用[2]。在深化研究生培养模式改革中，需要进一步优化学科课程设置，促进产学研融合，着力增强研究生的实践能力和创新能力，才能为建设社会主义现代化强国提供更坚实的人才支撑。河北省教育厅为贯彻落实《河北省关于深化研究生教育改革的意见》，加强和改进研究生课程建设，遴选出一批适应河北省经济社会发展需要、符合创新人才培养目标、体现培养单位办学特色的研究生课程体系。河北工程大学地质资源与地质工程学术型研究生的专业学位课“高等地球化学”成功获批2020年度省级研究生示范课立项建设。

我国著名的矿床学家、地球化学家涂光炽院士曾给地球化学下过一个经典的定义：地球化学是研究地球（也包括部分天体）的化学组成、化学作用和化学演化的一门学科[3] （P25-30）。该学科涉及的研究面非常广，从行星演化到金属元素富集成矿再到分子/原子层面上的同位素分馏机制，从宏观到微观。近年来，随着多接受电感耦合等离子体质谱（MC-ICPMS）、纳米离子探针（NanoSIMS）等为代表的一批先进测试手段的应用，地球化学已然成为定量探索地球科学前沿问题的重要手段，甚至一度没有地球化学数据就很难发表地学类文章。尽管全国地矿高校针对地质类高年级本科生开设了“地球化学”课程，但限于课时，大多只能浅显地介绍地球化学的基本概念、基本原理及一些地球化学指标的基本应用，并且学生缺乏参与研究课题的实战训练，不具备在研究课题执行过程中检验所学基础知识的条件。因此，在研究生阶段，各类学校多会在地质学（理学一级学科）和地质资源与地质工程（工学一級学科）的培养方案中开设“高等地球化学”这门课，以期进一步提高学生利用地球化学手段解决资源环境实际问题的能力。广泛的调研结果表明，研究生在参与导师的科研课题过程中，对于各类地球化学指标和图解，知其然不知其所以然，不注重结合地球化学原理分析元素、同位素数据背后的控制机理。此外，当前的地球科学前沿问题不断细化并呈现出多学科交叉融合的特点，如“地球早期古海洋的氧化还原状态和原生动物的协同演化”需要深度结合地球化学、沉积学、变质岩石学、古生物学和地层学等多学科知识，再如“华北克拉通破坏”这一国家自然科学基金委员会重大研究计划项目的执行需要地球化学、地质学、地球物理学和实验岩石学等多个学科专家的参与。研究生在碰到此类重要/重大地球科学问题时，难以快速进入角色，无法将各学科所学的知识进行有效的迁移、综合。究其原因，一是学生的知识面狭窄，平时没有追踪地球科学前沿报道的习惯，不具备从多个分支学科角度思考问题的能力;二是近年来河北工程大学招录的研究生多为跨专业报考或调剂的学生，本科阶段根本未曾学习过地球化学基础知识。在研究生扩招的大背景下，这也是同一层次同类高校共同面临的问题。如何在有限的课时内，将这些“门外汉”变成至少具备地球化学思维的专业研究生，普适性的“高等地球化学”课程框架和内容恐怕难以完成这一任务。考虑到各类学校的地质学或地质资源与地质工程学科具有各自的研究特色和专长，只有“依托学科特色，兼顾前沿领域”的课程建设思路才适合“高等地球化学”研究生课程。

二、课程内容

基于地质资源与地质工程的学科发展特点，组织课程内容体系。河北工程大学地质资源与地质工程硕士学位授权一级学科依托“河北省煤炭资源综合开发与利用协同创新中心”“河北省资源勘测研究重点实验室”等平台，以煤等黑色岩系中共（伴）生“三稀”矿产的成矿规律与预测研究、粉煤灰中有价元素的提取工艺研究、古环境和古生态重建为特色，并且这三个方向已被河北工程大学列为本学科的重点支持方向，同时地质资源与地质工程也是河北工程大学正在申请博士学位授权点的学科之一。此外，地球科学与工程学院的一批科研人员在这三个方向上承担了多个国家级、省部级研究课题，已取得一系列重要学术成果。选课的大部分研究生今后也将参与这些方向的研究课题。鉴于此，“高等地球化学”的授课内容应该在涵盖元素地球化学、同位素地球化学和地质年代学、矿床地球化学、环境地球化学等地球化学主要分支的基础上，着重突出煤和黑色页岩体系涉及的地球化学问题。例如，近十年来，学者们相继发现煤中Li-Ga-Ge-U-REE等关键矿产元素可以高度富集[4，5]。最为著名的是中国的两个世界级超大型锗矿乌兰图噶锗矿和临沧锗矿。它们都是赋存在煤中的锗矿床，有别于铅锌矿伴生锗矿床。因此，在微量元素地球化学和同位素地球化学这两个章节的授课过程中，介绍相关元素基本地球化学性质的同时，引入分散元素成矿理论和新兴的非传统稳定同位素，有利于探讨煤中有价元素的成矿机制和成矿物质来源。另外，黑色岩系是由大量繁殖的浮游植物和藻类死亡后堆积形成的，是海水地球化学信息的重要载体。那么，基于黑色岩系的有机碳同位素和氧化还原敏感元素的富集程度等数据，向学生介绍古海洋氧化还原状态和后生动物协同演化以及地球宜居性形成、演化和可持续性等热点问题，有利于学生掌握测试数据的具体用途，及时调整思考问题的方向。再者，出于公众对环境污染事件的关注，结合矿区土壤重金属污染问题，向学生介绍环境地球化学的研究现状以及雾霾、重金属污染修复等热点问题。