高俊義 郝艷娥 李 尚

延安大學建筑工程學院 陜西延安 716000

工程地質學是研究人類工程活動與地質環(huán)境相互作用的一門學科。工程地質學包括工程巖土學、工程地質原理、工程地質勘察三個基本部分，它們都已形成了不同的分支學科。巖土和水流共同作用的工程地質如圖1所示。工程地質課程中涉及多個專業(yè)概念，作為高校教師，如何能夠徹底厘清工程地質學中有關概念機制，對于工程地質學教育教學方式的提高和工程地質學科未來的發(fā)展至關重要。

近年來，諸多學者對工程地質教學思考和改革方面開展了一系列探討。有關工程地質教學中實驗和理論教學思考[1-4]，土木工程專業(yè)工程地質教學中的創(chuàng)新教育探討[5]，工程地質專業(yè)杭州野外實習教學方法思考[6]和“工程地質”課程教學模式應用調查與思考[7]。

傳統(tǒng)的工程地質教學模式只注重知識的傳授，而忽略了學生對知識概念結合工程和生活實際素養(yǎng)的培養(yǎng)，而“一流課程”建設則要求培養(yǎng)學生的理論知識和工程素養(yǎng)的能力。因此，本文具體從以下方面入手展開教學探討。

1 教學模型制作與演示

工程地質課程的核心內容是地質，只有真正理解了地質，才能更好地結合實際工程把影響工程的重要地質要素糅合進去，闡明地質要素對工程影響的重要程度。要理解地質，需要從地質學的基礎知識學起，進而學習巖土的工程性質與分類，地下水，不良工程地質問題與防治，土木工程中的主要工程地質問題，工程地質勘察等這些基礎內容。

工程地質學實驗室可以統(tǒng)一采購一些橡皮泥或石膏，由于其重量小、成本低、這樣比較方便學生輕拿輕放，方便使用和教學。由于橡皮泥或石膏具有良好的彈塑性，是很好的模型制作材料。實驗室可用它們制作一些工程地質學中常用到的石頭、土壤等的物理模型，首先讓學生能夠直觀認識這些材料其實是工程地質的主要材料，以及其在實際工程中的應用。隨著課堂知識學習的逐步深入，再給學生展示它們之間相互作用機理，引導學生對模型結構系統(tǒng)有更深刻的理解，這樣由淺入深的教學環(huán)節(jié)能夠加深學生對相關概念的理解與掌握。

工程地質教學中許多概念都可以通過制作相關模型來達到教學的效果，例如，節(jié)理和斷層，制作一些橡皮泥或石膏模型，給學生課堂演示，可以加深學生對相關概念的理解與掌握。再比如地質構造中巖層褶皺構造這一章節(jié)介紹，初步接觸的學生可能感到有些陌生，可以利用橡皮泥或石膏雕刻巖層的褶皺構造，使得學生對這部分內容更加能夠深刻理解。筆者在教學過程中會提問學生同樣是巖體，那么巖層的褶皺構造與巖體節(jié)理有何區(qū)別，結果發(fā)現(xiàn)大部分學生不能回答這個問題，故可以制作材料模型說明其實巖層的褶皺構造其實巖石之間沒有斷裂，只是巖石發(fā)生彎曲，而巖體節(jié)理則是巖石之間產(chǎn)生了斷裂，這個提問非常好，可以讓學生明白，同樣是研究巖石，但褶皺巖層與節(jié)理巖體有著本質上的區(qū)別。褶皺巖層與節(jié)理巖體示意如圖2所示。

2 礦物、巖石、巖體關系探討

工程地質教材在礦物與巖石章節(jié)部分的編撰邏輯是先介紹地球，再介紹礦物，最后介紹巖石。地球從表及里分別由地殼、地幔、地核三部分組成，筆者在工程地質教學過程中經(jīng)常把地球比喻成家喻戶曉的雞蛋，雞蛋屬于橢圓形，與地球類似，而且雞蛋的蛋殼相當于地球的地殼，蛋清相當于地球的地幔，蛋黃相當于地球的地核，這樣的教學方式能夠讓學生很容易地理解，畢竟學生在日常生活中接觸雞蛋的頻率很高。地球結構類比雞蛋結構示意如圖3所示。

在教學礦物部分，地殼中的化學元素，除極少數(shù)呈單質存在之外，絕大多數(shù)的元素都以化合物的形態(tài)存在。礦物是指存在于地殼中的具有一定化學成分和物理性質的自然元素或化合物。既然涉及單質和化合物，很多情況屬于微觀層面，這部分教學內容建議有條件的高?？梢允褂媒虒W專用經(jīng)費購買一些礦物樣品。例如，構成巖石的礦物稱為造巖礦物，常見的造巖礦物有石英(SiO2)、正長石(KA1Si3O8)、方解石(CaCO3)等，如圖4所示。首先，這些礦物陳列于專用實驗室，讓學生眼觀與觸摸多感官相結合的教學效果，會產(chǎn)生一種身臨其境的感受，加深學生對課本所學礦物的物理與化學性質等深層次的認識與理解。其次，實驗室可購買顯微鏡等微觀設備來有力觀察礦物的微觀結構，使學生對其微觀結構有更深層次的認識。

在教學巖石部分，首先需要強調巖石的概念。巖石是天然生成的且具有一定的結構和構造的礦物集合體，是組成地殼的基本物質，是內、外地質動力地質作用的產(chǎn)物。學習了概念之后，這里一定要給學生強調巖石與礦物的關系，即礦物組成了巖石，更加準確地說應該是造巖礦物組成了巖石，讓學生從微觀與宏觀層面的銜接有更好地認識。自然界有各種各樣的巖石，巖石按成因可分為巖漿巖、沉積巖和變質巖三大類。這里教學一定要再三強調“成因”，即巖石形成的內、外地質作用機制，讓學生明白它們的命名機制。巖漿涌向地表或地下一定深處，因其地理環(huán)境即壓力和溫度條件發(fā)生了變化，故會冷凝成巖石，這種巖石稱為巖漿巖；沉積巖是在地表或接近地表的常溫常壓環(huán)境下，各種既有巖石遭受外力地質作用，經(jīng)過風化剝蝕、搬運、沉積和硬結成巖過程而形成的巖石。沉積巖廣泛分布于地表，覆蓋面積約占陸地面積的75%。變質巖是由原來的巖石在地殼中受到高溫、高壓及化學成分加入的影響，在固體狀態(tài)下發(fā)生礦物成分及結構構造變化后形成的新的巖石。所以，變質巖不僅具有自身獨特的特點，而且還常保留著原來巖石的某些特征。這部分教學筆者發(fā)現(xiàn)用過的兩種版本的教材先介紹巖漿巖，再介紹沉積巖，最后介紹變質巖，筆者認為這個編撰順序不太合理，應該先介紹沉積巖，再介紹巖漿巖，最后介紹變質巖，這樣與介紹地球知識的順序相同，由表及里。而且很多情況下這三大巖石可以相互轉化，轉化示意圖如圖5所示。

另外，還需要使學生徹底厘清巖石與巖體的區(qū)別，巖石的概念上文已提到，巖體是指在地質歷史中形成的、由一種或多種巖石和結構面組成的、具有一定的結構并賦存于一定的地質環(huán)境(地應力、地下水、地溫)中的地質體，是一定工程范圍內的自然地質體。即巖石和結構面組成了巖體。那么礦物、巖石和巖體之間的關系可以歸納為礦物—巖石—巖體。還有礦物物理性質解理和巖石物理性質節(jié)理區(qū)別，筆者曾經(jīng)與所在單位的一位老教授交流探討過這個問題，結晶礦物受力后，由其自身結構的原因造成晶體沿一定結晶方向裂開成光滑平面的性質，稱為解理；裂開的光滑平面稱為解理面。節(jié)理(joint)，也稱為裂隙，是巖體受力斷裂后兩側巖塊沒有顯著位移的小型斷裂構造。節(jié)理是很常見的一種構造地質現(xiàn)象，就是我們在巖石露頭上所見的裂縫，或稱巖石的裂縫。很明顯根據(jù)其定義解理針對的是礦物，是從微觀層面來講，而節(jié)理針對的是巖體，是從宏觀層面來講的。

3 工程地質勘察教學方法探討

工程地質勘察是運用工程地質理論和各種勘察技術手段和方法，為解決工程建設中的地質問題而進行的調查工作[8]。工程地質理論包括地質學基礎知識、巖土的工程性質與分類，地下水對不良工程地質問題與防治和土木工程中的主要工程地質問題等。各種勘察技術手段和方法包括室內試驗、室外原位試驗、靜力觸探試驗、圓錐動力觸探試驗現(xiàn)場、十字板剪切試驗、標準貫入現(xiàn)場試驗等，工程地質勘察常見的室外原位試驗[9]如圖6所示。工程地質勘察是工程地質學的最終歸宿，即所有的工程地質學基礎知識都是為工程地質勘察而服務的，應用工程地質學基礎知識達到工程地質勘察的目的，進而為基礎及其上部結構設計打下良好基礎。

首先，需要學生理解掌握工程地質勘察的概念、任務、基本要求和勘察方法；其次，在學生學完課程之后，可以集中組織學生去當?shù)氐囊恍┕こ痰刭|勘察企業(yè)，了解企業(yè)文化，近距離觀察企業(yè)所有的設備和儀器，通過工程技術人員的講解能夠知道它們的用途及其注意事項；最后，具體可以感受工程勘察是怎樣的概念，使用哪些設備、儀器，怎樣去勘察，從哪些步驟入手。

有條件的高?？梢越M織學生去工地現(xiàn)場近距離觀摩工程地質勘察過程，撰寫工程地質勘察感受，這樣的理論教學與實際工程相結合的教學模式，能夠達到真正意義上的產(chǎn)學研的完美結合。

結語

本文基于工程地質教學中涉及的工程地質教學中教學模型制作與演示和礦物、巖石、巖體關系探討及工程地質勘察教學方法探討三個方面開展了全方位多角度地探討，在理解概念的同時有效結合實際工程或生活中的實例進行探討，期望學生能夠在理解概念的基礎上進一步學習其他相關理論，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)、研究性思維、實踐創(chuàng)新和解決實際工程問題的能力，同時希冀引起同行教師對工程地質學的基本概念以及教學方式、方法的一些共鳴。