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地质学的基本概念范文1
【关键词】职业院校 地质学基础 课程建设 教学方法改革
《地质学基础》是职业院校矿产地质与勘查技术专业、石油地质与勘探技术专业，矿山开采技术专业、矿山地质专业的专业基础课。地质学是关于地球的物质组成、内部构造、外部特征、各层圈之间的相互作用，并研究如何运用这些知识兴利除害，为人类服务。通过该课程的学习，可以掌握地质学的基本概念、理论和方法，为以上4个专业的专业课程学习奠定良好的基础，为学生在实际工作中参与实践提供理论依据，因此，搞好这门课的教学显得尤为重要。
一、《地质学基础》课程教学存在的问题
对《地质学基础》课程的性质和地位认识不足。在制定人才培养方案时，《地质学基础》应作为矿产地质与勘查技术专业的专业基础课还是专业主干课，曾在相关教师中有所争论，最终根据《高职高专专业概览》才确定。
使用的教材多为高等学校教材，与职业教育的要求不相匹配。高职教育主要培养具有一定理论知识和较强实践能力，面向生产、建设、管理、服务第一线的高素质技能型专门人才。要求学生具有够用的理论知识，较强的动手能力和工作适应性。职业教育与高等教育培养人才的目标是不同的。培养目标的不同决定了教学内容的不同，而大多高等院校的教材，学科理论介绍多，实际应用介绍少。
适合课堂教学的电子课件少，教师多沿用传统教学模式，教学方式单一。《地质学基础》课程专业性强，尽管多媒体电子课件在网络上随处可见，但要做好一件实用的电子课件，需要大量的资料和图片，但由于专业性较强，这方面的资料往往有一定的保密要求，一般人很难找到相关资料，再加上地质工作目前主要是相关专业的工程技术人员在实施，高职教师参与很少，导致现在的课件质量不高，适用性和吸引力不强。
教师大多沿用传统教学模式，教学方式单一在实际教学中。《地质学基础》的任课教师大多教学仍然是以课堂为中心、以课本为中心、以教师为中心，整个教学过程都在教室里完成。学生没有机会到实地考察，将理论与实际对应，因此，学习的积极性、主动性较差。学生的注意力主要集中在接受教师传授的现成知识上，学习围绕课本和考试，导致本门课程枯燥无味，再加上有些学生本身对所学专业认识不清，更是降低了课程学习的积极性。
二、《地质学基础》课程的教学体会
根据专业特点，确定教学目标。高职院校矿产地质与勘查技术专业、石油地质与勘探技术专业，矿山开采技术专业、矿山地质专业的学生学习《地质学基础》课程的目的，并不是要把他们培养成为地质专家或专门从事地质科学研究的专业人员，而是让他们成为既熟悉本专业业务，又掌握地质基本概念和基本理论的技能型人才。对这些专业的学生进行地质教育，应该面向矿产地质与勘查、地质与勘查、石油开采、矿山地质等工程领域的应用，以掌握基本理论、突出实践应用为目的。因此，本门课程的教学目标是讲清《地质学基础》的基本概念、理论，重点抓好它们的实践性和实用性教学。
依据教学目标，增加课程的实践性和实用性教学，首先是改变单一的教学方式。在《地质学基础》课程讲授中，尝试性地引入讨论式教学和现场教学。在岩石课上，先讲清基本概念，然后通过布置课外作业的方式，让学生通过互联网或相关资料查阅，可以辅导同学通过观察岩石的颜色、矿物成分、结构、构造来辨别其异同，最后让学生结合《岩石学》等课程展开讨论，加深对理论知识的理解。在对学生进行生产实习动员时，结合实训基地的情况，向学生介绍即将实习的工作区的情况，并要求学生在实习过程中收集实习地点的地质资料。其次是积极与实训基地的工程技术人员沟通，建议实训基地的工程技术人员在学生进行认识实习、课程实习、生产实习及毕业实习的过程中注意介绍地质的内容。教学方式的改变和调整，大大增强了课程的吸引力。
制作PPT演示文稿，增加课程讲授的直观性和吸引力，将教学讲义的部分章节做成PPT演示文稿，利用多媒体将枯燥的教学内容通过图片和动画展示出来，大大提高了课程讲授的直观性和吸引力。
三、《地质学基础》课程教学方法改革
职业教育肩负着培养面向生产、建设、管理和服务第一线需要的高技能人才的使命，人才培养模式必须强调实用性和技能性，这就要求在课程建设中充分考虑课程的实践性环节。
应进一步明确职业院校《地质学基础》课程的实践性教学目标，开设《地质学基础》课程的目的是学习地质的基本概念、基本理论及其应用。课程建设与改革是提高教学质量的核心，也是教学改革的重点和难点。要积极与行业企业合作开发课程，根据技术领域和职业岗位（群）的任职要求，参照相关的职业资格标准，改革课程体系和教学内容，要根据现在和将来的实际应用及需要确定教学目标和教学内容。
应充分利用现代化教学手段的优势，增加课程的直观性和吸引力。如果沿用传统的教学方法，与学生学习的心理相违背，教学效果肯定不理想。在教学中使用现代化等教学手段，通过观看地质录像片提高学习兴趣，让学生就日常所见所闻的地质现象进行图文描述和原理剖析，学以致用，增加课程的直观性和吸引力，提高教学效率和教学质量。
应增加《地质学基础》课程的实践性、开放性教学。针对《地质学基础》课程应用性、实践性较强的特点，增加实践性、开放性教学环节。要实现这一目标，仅靠职业院校是不够的，职业院校要紧密联系行业企业，实施校企合作，与企业实现资源共享，聘请行业企业的工程技术人员与能工巧匠到学校担任兼职教师，将生产一线积累的经验带进课堂，将地质学基础理论和方法应用于实际工作的事例带进课堂，增加教学的针对性和实践性。
地质学的基本概念范文2
[关键词]非地质专业 水文地质学 教学改革
[中图分类号] G423.07 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）18-0172-02
水文地质学是研究地下水的科学，主要研究地下水在与岩石圈、地幔、水圈、大气圈、生物圈和人类活动相互作用下，其水量与水质在时间和空间上的变化，以及对各个圈层产生的影响，从而服务于人与自然协调的可持续发展。[1]以河南理工大学为例，水文地质学是该校地质工程和水文与水资源工程专业的一门主干专业基础课，同时也是勘查技术与工程、地球信息科学与技术、土木工程等专业的重要基础课，是一门比较系统、基础理论性很强的地质学课程。
河南理工大学地球信息科学与技术专业（以下简称“地科”专业）主要学习地球科学与信息技术相关的基础理论知识与技能，培养具有扎实的地学理论基础，掌握地学信息获取与处理、地球物理勘探技术、地学软件开发，能从事国土资源数字化、遥感及地球信息识别、处理与分析的高级专门人才。笔者去年负责地球信息科学与技术专业2009级学生的“水文地质学”这门课的教学工作。“水文地质学”是该专业的专业限选课，2009级两个班共54名学生，其中48名学生选择此课。通过课程的学习，掌握水文地质学的基本概念、基本理论和方法，对于以后该专业学生毕业后从事相关工作提供理论依据。因此，作为任课教师，搞好非地质专业“水文地质学”课程的教学工作，显得尤为重要。
一、非地质专业“水文地质学基础”授课现状分析
以河南理工大学为例，目前，在地科专业、勘查技术与工程等和地质学科相关的非地质专业中，水文地质学作为专业限选课，有逐渐被萎缩和淡化的趋势，主要表现在一是同为地质相关专业，课程性质由必修变为限选，二是野外实践教学环节减少或取消，三是学时数减少。究其原因，主要是制订专业教学大纲时，讨论不充分，另外学校资金投入不够。地质学科实践性较强，野外实践花费较高，对于学院而言，实习经费主要花在地质专业的相关课程的实习上，而非地质专业的一些地质基础课程就处于尴尬的境地。
二、非地质专业“水文地质学基础”教学中存在的问题
一是学时较少。对于非地质专业学生学习水文地质学课程，由于缺少相关基础知识，必须拿出较多的时间学习水文地质基础知识，因而学时数需求较大。比如，中国地质大学的“水文地质学基础”课程50学时，包括实习和实验10个学时，同济大学的“水文地质学实验”13学时，而我校地科专业开设此门课程只有32学时，并无实验和实习课。“水文地质学基础”中基础知识较多、概念繁杂，在有限的学时内学好这门基础课难度较大。二是野外实习与理论学习时间安排有矛盾。地科专业在大一下学期有嵩山地质认识实习，其中一条线路是水文地质实习，而地科专业开设这门课在大四上学期。学生在没有学这门课时就去现场实习，导致老师讲得很多，学生由于没有基础，听得也很茫然。三是教学内容的学时分配上存在问题。在编写教学大纲时，是根据总的教学目标先将学时确定下来，然后根据学时来编写教学大纲，这就造成在教学内容的选择和学时的分配上存在矛盾。
三、教学探索
笔者在“水文地质学基础”课程的教学基础上，针对地科专业，在教学内容和授课方式上进行探讨，仅供借鉴。
（一）授课内容的选择
1.授课内容重点突出
笔者在授课时参考的教材为《水文地质学基础》（王大纯编）和《水文地质学基础》（第六版，张人权等编）。由于学时的关系，教师不可能采取全篇精讲的方式来教课，只能有所侧重的教授并使学生掌握水文地质学的一些概念，如岩石的水理性质、地下水的赋存等，地下水运动的基本规律、地下水补给与排泄进行重点讲解，地球上水的分布及地下水与环境等方面的内容比较简单，通俗易懂，让学生自学即可。
2.补充内容，扩展学生知识面
鉴于地科专业是地质与信息技术相结合的专业，河南理工大学又为煤炭主体专业为主的高校，多数学生毕业后去煤矿企业就业，所以笔者在授课时加入了煤矿水害防治信息化、相关研究生优秀硕士论文、课题科研报告等方面的内容，使学生了解所学知识在实际生产中的应用情况，拓宽学生的知识面，增加学习此门课程的兴趣，培养学生的创新意识。
3.增加实验环节
另外，在授课中安排4～6个学时做水文地质学实验，测定岩石的水理性质，如持水度、给水度、孔隙度、容水度等，理解地下水赋存和运移参数及相互关系；测定渗透系数，理解达西定律的物理意义。在实验中，避免“教师说得多，学生做得少”的局面，让学生先回顾相关概念和知识，然后按照实验步骤来做实验，引导学生发现一般规律，提出问题，而后老师解答问题。通过做实验，锻炼了学生的动手操作能力，并且能使学生更深刻的理解相关知识。
（二）授课方式的多样化
1.“讨论式”教学法的应用
在上每一节课之前，先提出几个和本节课有关的问题，供学生思考。可以集体讨论，如果学生都明白，就稍微一点就过；如果学生想不到，就给予适当的引导，最后讲原理和方法，让学生彻底明白。引导学生将知识和实例结合起来，启发学生的思维，激发学生浓厚的兴趣。如在讲地下水化学成分形成作用时，可以从灰岩地区泉口出现钙化的原因，提出为什么油田储层地下水中H2S、NH4+浓度较高，而SO42-，NO3-含量很低等问题；在讲地下水与环境的内容时，提出水质引起的氟斑牙、水垢、地面沉降等问题。
2.多媒体教学手段的使用
随着信息化的普及，现在高校课程都采取多媒体教学。多媒体传递的信息量大，可以丰富教学内容，图文并茂，可以弥补有限的学时满足不了教学任务的情况。但同时应该注意，利用多媒体教学，授课速度容易加快，为了让学生对所学知识消化吸收，要避免“念屏”现象。[2]多媒体不能完全替代课堂板书，课堂教学中应该板书与多媒体结合使用。比如在讲“流网绘制”这一节时，在多媒体上可以列出绘制流网的具体步骤和流网成图，但是如何画流网必须要现场板书演示，教会学生如何根据边界条件确定等水头线或流线，然后根据流线和等水头线正交规则，得到正交网格即流网图。如果只给出步骤和流网成图，学生对流网的绘制还是一头雾水。
3.角色互换法的使用
角色互换即为学生当老师，老师当学生。将班级分成若干小组，每小组3～5人，在每次课下课时，给某一小组布置任务（可以是即将上课的内容，也可以是针对某种现象进行解释等），下次课上课前抽出10～20分钟让他们对任务进行讲解（小组选出代表讲解，其他人辅助解答），之后老师和其他学生都可以进行点评或讨论。这样可以让学生产生动力多去查阅资料，多思考，真正达到师生互动，避免一贯的老师讲、学生听的被动局面。
4.教学与实践相结合
在课堂上主要是注重概念、原理和方法的讲解，要结合现场实践，注重对学生感性认识和实际操作能力的培养。在本课程的教学过程中，可以利用学校处于以煤炭为主要工业的焦作的优势，带学生深入矿区，了解矿区水资源的概况、区域地质条件和水文地质条件，了解地下水的补径排的关系，感性认识煤炭开采引起的地面沉降、岩溶塌陷等环境地质问题，结合“专门水文地质学”和“地下水动力学”等课程的学习，探讨煤矿突水的防治方法，使理论与实践相结合。
四、结语
水文地质学基础是“地科”专业比较重要的专业基础课，课程内容丰富，概念较多，理论性较强，教学难度较大。非地质专业在水文地质课程教学中，要根据不同专业对地质知识的需求选择授课内容[3]，同时教学过程中，教师要注意授课方式的多样化，让学生参与教学中来，达到师生互动，最终使学生的综合素质和创新能力得到提高。
[ 注 释 ]
[1] 张人权，等.水文地质学基础[M].北京：地质出版社，2011.
地质学的基本概念范文3
[关键词]水工环 勘察工作 难点 对策
[中图分类号] P641.69 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-8-184-1
近几年来我国的经济进入了高速的发展期，各地水利工程也得到了蓬勃的发展，水工环地质勘察是地学研究的重要组成部分，主要包括水文地质，工程地质，环境地质。在研究内容上也有所不同，工程地质学研究对象是岩土工程地质性质、工程动力地质作用、工程地质勘察理论和技术方法、区域工程地质和环境工程地质；水文地质学的研究对象是水资源，通过对水资源的形成、运动、分布规律的研究，从而对水资源进行充分地开发和利用；环境地质学的研究对象是生态环境、地质灾害、环境地质问题等。由于所研究对象都与人类的生存和发展息息相关，这一点表明水工环各部分的研究之间是有关联的，虽然说研究对象和研究方法是不相同的，但是它们的依据基础都是以研究水土为基础。因此，水土环地质勘察工作的可持续发展是保障人类生存和发展的重要因素，它担负着改造人类生存环境，提高生活质量的艰巨任务。
1水工环地质研究现状概述
水工环地质研究现状概述分为以下几个方面：①水文地质研究现状：近年来在水文地质学领域不断研究新的理论、新的技术、新的方法，在实际应用过程中推动了水文地质学的发展。主要表现为基本概念与基本理念得到了很大程度上的转变，先是从用模型进行模拟研究，再到成果展示的数字化，由原来的定性分析转变成定量研究，新阶段的突破是水文地质学研究的一大进步。另外随着现代科技的不断研发，在水文地质勘察工作过程中提高了野外探测和室内测试技术，因此在水文地质学中综合运用这些新理论，新技术，新方法极大的促进了水文地质学的发展。②工程地质研究现状：工程地质学诞生在20世纪20年代，经过长时间的摸索发展，不断的完善，现今已经有了坚实的理论基础，研究内容充实，同时与工程建设和人类的生活有着密不可分的联系，且具有各分支学科，是应用性很强的地学学科，并且借鉴国外的先进理论和技术方法，总结出了适合自己运用的新理论，形成了具有中国特色的工程地质学理论体系。③环境地质研究现状：目前我国生态环境破坏严重，自然灾害又屡发不止，成为了影响人类生存的重要因素。而现今要想保障水工环地质的可持续发展，解决环境地质问题是必然的。而且生态环境的保护又离不开环境地质工作，因此必须重视环境地质工作，把环境地质勘察工作放在首位，促进水工环的可持续发展。
2水工环地质勘察工作存在的难点
虽然水工环地质工作促进了我国经济的发展，提高了人们的生活水平，但是还需要不断的加强国民经济和社会发展的关系，为国民经济和社会发展提供更全面的服务。目前水工环地质勘察工作中还存在一些难点需要改进和加强，主要表现在以下几个方面：①勘察技术人员的短缺：为了实现资源开发与环境保护目标的共同前进，我国地质勘察单位成立了专门的水工环部，提高了水工环地质勘察工作进行的有效管理，并针对这一目标进行规划。在勘察工作中，主要还是以老一代有经验、技术的地质工作者为主力开展工作，对于参加工作不久的青年骨干队伍用的甚少，因为这一部分人员还不具备高战略分析和综合分析能力，因此需要加强青年骨干队伍的培养。②国家层次的地调项目不够：目前水工环大调查工作普及范围比较广，但是投入资金有限，因此，像“400个县市地质灾害调查与区划”，“鄂尔多斯周缘地下水”等反映国家意志，体现公益性、战略性和基础性，对人们影响较大的项目少之又少。这就需要水工环地质工作重新进行规划，遵照“有所为有所不为”的实际原则，以有限的投资投入产生更大的效益。③成果转化亟待加强：现今部分水工环地质勘察工作小有成果，应趁热打铁借助这股力量把水工环地质调查成果推向社会，并参与到这些地区社会与经济建设当中去，促进当地经济发展，如：长江中下游水患区地质环境调查”、“黄河中下游地质环境调查”、“首都圈地区环境地质与水文地质调查”等。
3水工环工作的建议
首先，工作部署原则：水工环地质大调查工作部署原则，总体上必须以副总理提出的“一个根本转变，两个更加”作为开展工作的战略方针，以寿嘉华副部长提出的“四个定位，五个提升，九个部署”为工作重点，它要求：①要以促进我国经济发展为目的。水工环地质工作的形成是我国社会经济建设的需要，其不断的完善和发展与我国经济建设是分不开的。②要从新规划勘察项目，提高勘察水平，投入相应的资金加大效益，提高影响力，更有代表性的突出国家意志。③要超前规划、实施、并服务于全过程。因此，要及早对三峡库区地质展开调查，要以生态环境地质为主题，重点了解库区第四纪地质与库岸变迁、移民迁建区人工开挖与地质灾害、25°以上斜坡地与生态环境保护等问题。
4如何提高水工环勘察工作水平
要提高水工环勘察工作水平，应坚持以下基本准则：一要坚持资源环境和社会效益相统一，在保护中开发、在开发中保护，促进人与自然和谐发展；二要统筹规划、适度超前，面向社会需求，超前部署和开展矿产资源勘查工作；三要完善体制、健全机制，建立政府与企业合理分工、相互促进的矿产资源勘查体系；四要依靠科技、全面推进，突出重点矿种和重点成矿区带矿产资源勘查；五要化解矛盾、确保稳定，正确处理好政府、企业和群众的利益关系问题；六要充分发挥基层组织作用，积极做好群众思想工作，保证矿产资源勘查工作顺利开展。
5结语
总之，我国社会经济的发展与水工环地质工作有着密切的联系，虽然目前水工环地质勘察工作在不断的完善，但是其中还存在一些难点，本文提出了这些难点并指出相应的建议，希望能对以后的水工环地质勘察工作带来帮助，并促进水工环地质勘察工作的可持续发展。
参考文献
[1]汪俊清.国土资源水工环地质勘查宁夏年鉴2004：215.
地质学的基本概念范文4
关键词：土木工程地质；课程教学；教学方法；教研改革
随着国家对新疆“一带一路”核心圈经济建设的大力投入，大量基础建设中需要具备较强工程地质专业背景的复合型人才。新疆大学作为边疆重点高校之一，正着力培养服务于西部开发与“一带一路”工程建设需要的综合性技术人才。通过工程地质课程的学习，学生了解实际工程建设中可能遇到的工程地质问题及其对工程本身的影响，依据所学知识能正确防治各类地质灾害，以保证工程建筑物的安全、经济和稳定。因此本课程对土木工程专业来讲是非常重要的一门专业基础课。
一、课程教学中存在的不足
1.前导课程设置不合理。工程地质学作为地质学的一门分支课程，其前导课程为“地质学基础”“水文地质学基础”“土力学”“岩体力学”等课程。根据新疆大学建筑工程学院土木专业最新培养计划，工程地质被安排大一下学期进行，因此会导致学生无法有效地理解和掌握一些工程地质术语的概念，导致学习效果不理想。在实际教学中，针对岩土体物理力学参数方面，学生在没有“岩体力学”“土力学”课程学习的前提下，不能较好地理解参数的具体含义及用途。此外，在滑坡稳定性计算案例中，学生不仅需要掌握岩土体物理力学的具体含义，还要具备一定的编程能力（包括Excel、C语言等）用于滑坡稳定性计算公式的编写，因此前导课程的不合理安排，导致许多教学任务无法顺利开展，这势必会影响学生专业知识掌握的熟练度。2.课程学时少、内容多。随着高校学分制的推行，笔者所在学院“土木工程地质”课时已缩短至28学时。为在有限的教学时间内完成教学任务，教师需要对教学内容做出一定调整与压缩，从而导致学生理论学习偏少，影响了课程教学质量。课程学时的压缩主，最直接的影响是案例的教学环节，学生理论知识需要借助于实际工程案例讲解才能较好地消化，如岩石矿物教学环节，必须让学生亲眼看见岩石、亲手感触到矿物才能印象深刻。此外，各类地质灾害也需要用到大量的工程案例来支撑讲解，学生往往对实际工程案例更加感兴趣。通过实际案例，学生不仅能更快掌握理论知识，也能更加今后工程实践中的工程地质问题。3.工程地质理论教学环节薄弱。目前的土木工程地质教学大纲主要侧重于地质基础知识的讲解，如岩石矿物、地层地质构造等，而具体的工程地质理论占总教学学时比例较少，如地下工程地质问题、边坡工程地质问题等。这势必会导致学生对工程地质的认识仅停留在基础地质方面，对今后工程实践可能遇到的边坡稳定、围岩稳定等问题缺乏足够的认识与重视。光靠地质基础知识根本无法解决实际工程中的各类工程地质问题。地质基础知识的学习是为了更好地掌握工程地质理论，但仅侧重地质基础知识的学习而忽视工程地质理论的学习，就无法凸显工程地质学学习的意义，学生今后无法从容应对工程实践中突发的工程地质现象与问题。4.实践教学环节没形成完整教学体系。工程地质是一门紧密联系实际工程的课程，需要学生在理论学习的基础上通过实践教学环节加以消化理解。然而，目前笔者所在学院土木工程地质实践环节尚无固定的实习路线，没有专业的实习指导书，因此实践教学效果较差，学生无法将课本所学理论知识联系实际，导致今后在实际工程中遇到工程地质问题无法快速识别与解决。实践教学环节预期效果不够理想主要表现在三方面：一是地质基础技能的掌握，如野外岩石识别、罗盘使用等；二是工程地质勘查实践能力，如滑坡、泥石流野外勘察能力；三是实习时间较短、路线长，许多学生难以掌握教学内容，实习报告编写质量堪忧。笔者针对所在学院土木专业的“土木工程地质”课程教学实践环节中存在的诸多问题进行分析总结，学校要解决这些不足，就必须采取一些行之有效的教学改革手段进行尝试探讨。
二、课程教学模式改革建议
为提高工程地质课程教学效果，让学生更深刻掌握课程知识，根据笔者所在学院“土木工程地质”教学现状，本文提出如下建议。1.优化培养计划课程编排。学校将“工程地质”课程安排在大二下学期进行，在学生学习完“土力学”“岩体力学”“计算机基础”等前导课程后学习“工程地质”课程。教师利用学生已学知识，课堂上引导学生自己探索岩土体各物理力学参数对围岩、边坡（滑坡）的稳定性影响规律，鼓励学生通过EXCEL或者C语言编程滑坡、崩塌体等地质灾害稳定性计算程序。2.突出教学重点。在无法增加课时量的情况下，教师需要把主要教学内容放在重点章节上。工程地质课程的主要任务是让学生了解工程建设中可能出现的各类工程地质现象和问题，分析各类工程地质问题对工程建设的影响，能提出相应的防治措施。因此在教学环节中，教师应重点讲解各类工程地质现象与问题的成因、影响因素、诱发机制、稳定性评价等，使学生能将所学知识能直接应用于实际工程建设中。针对部分地质基础知识，教师可适当减少教学内容，学生掌握其基本概念即可。3.加强地域特色案例教学。新疆位于我国西北边陲，处于亚欧中心，是我国陆地面积最大的省份。新疆地形地貌多元化特征明显，既有沙漠、隔壁、荒山，也有草甸、森林、河流。教师以新疆常发地质灾害类型重点分析，不仅能提高学生学习兴趣，也能为学生日后快速融入本地生产项目提供基础。裴向军通过对天山区公路边坡地质灾害发育特征的收集整理得出，新疆地区地质灾害类型主要表现为冻土、岩体冻融风化破坏、泥石流、水毁、雪害、冻害。因此，教师应在今后的工程地质教学与实践环节中，突出上述地质灾害类型的讲解，尽可能地在实践教学环节中加入上述案例现场教学。4.重视实践教学环节。新疆地貌特征虽然丰富，但由于幅员辽阔，不同地质现象相距甚远，因此导致学生的实习路线较长，学生在有限的实习时间内很难完成实习内容。因此，学校需要尽量选择地质现象特征明显、地质现象丰富的地区作为固定实习基地，安排专业教师提前踩点优化实习路线与实习日程安排，并制定完善好实习指导书。5.重视工程地质实习报告编写。学生工程地质专业知识掌握好坏的程度主要体现在工程地质实习报告中，通过实习报告，教师可知道学生是否掌握工程地质相关基本概念、罗盘使用是否正确、工程地质专业术语表述是否准确和恰当。因此，实习环节中教师需要认真指导学生识别地质现象、正确使用地质罗盘，使学生掌握野外记录薄的记录要求和地质素描技巧。教师要每天检查学生野外记录本内容，及时发现实习教学环节中的不足加以改进。实习后期，教师要加强学生实习报告编写指导，实习报告要图文并茂，地质现象描述准确。
地质学的基本概念范文5
《晶体学基础》是材料科学与工程专业的重要专业课程之一，也是进一步学习材料专业其他课程的基础。本文根据材料专业《晶体学基础》教学中存在的问题，从教学内容和次序、教学手段以及教学模式三个方面，提出了课程教学改革的详细思路。
关键词：
晶体学；教学内容；教学手段；研讨式教学；教学改革
一、前言
《晶体学基础》课程是为地质学、材料科学、矿物学等专业学生在完成高等数学、普通化学和物理学等公共课程后而开设的一门专业基础课[1-4]。对于材料科学与工程专业的学生而言，《晶体学基础》课程中的晶体结构、晶体对称性、倒易点阵、晶体投影、晶体生长、晶体缺陷等晶体学基本知识，是进一步学习《X射线衍射》、《电子显微分析》、《材料科学基础》、《材料力学性能》以及《材料物理性能》等专业课程的基础[2]。在材料科学领域，调控材料的性能是人们追求的目标。如果一种材料的成分确定，那么它的电学、光学、磁学以及力学等性能将取决于材料的晶体结构类型和晶体中存在的缺陷特征（如杂质原子的浓度、位错密度和晶粒尺寸等）。因此，《晶体学基础》课程的基础知识不仅在材料科学与工程专业各门专业课程的教学中起到重要的作用，而且将对学生们将来的材料科学与工程实践起到重要的指导作用。开设《晶体学基础》课程以前，北京航空航天大学材料科学与工程专业的晶体学教学计划主要安排在《材料科学基础》课程中，大约讲解4学时。另一方面，在《X射线衍射》和《电子显微分析》等专业课程教学过程中，过去通常要利用2～4学时来讲解布拉斐点阵、倒易点阵等晶体学知识。这使得部分晶体学知识被重复讲授，而一些重要的晶体学知识没有得到无法全面、系统和深入地讲解。基于以上原因，北京航空航天大学自2010年起对材料专业的本科2年级学生开设了《晶体学基础》课程。通过过去几年的《晶体学基础》课程教学实践，学生们普遍反应对晶体学基础知识的理解更加全面和深入了，同时在学习与晶体学相关的其他材料专业课程时，也更加得心应手。但是，目前的晶体学教学中还存在以下3个主要问题。
1.晶体学涵盖的内容十分广泛，它是多个学科的重要基础课程，不同学科对于晶体学知识的侧重点有所差别。目前，国内《晶体学基础》的教材主要是面向地质和矿物专业而编写的[5]，其包含的内容以及章节编排次序也是为了使地质和矿物专业学生更好地掌握相关晶体学知识而设计的。所以，现有教材的教学内容以及讲授次序并不完全适用于材料专业《晶体学基础》课程的教学。
2《.晶体学基础》课程中包含着很多晶体学基本概念，同时还有非常抽象的宏观和微观对称操作以及晶体的投影操作。在以往的晶体学教学过程中，主要借助一些静态的二维或者三维图片进行讲解，其表现力度有限，无法有效地使学生理解和掌握抽象的晶体学基本概念和理论。
3.在《晶体学基础》的授课形式上，过去主要以教师讲授为主，学生主动参与较少。仅仅通过教师对《晶体学基础》中复杂空间对称变换进行讲解，难以使学生深入理解晶体中对称特点、内部质点的堆积规律以及复杂的空间概念。同时，这样也不利于学生创造性思维和解决实际问题能力的培养。由以上分析可见，现有的《晶体学基础》教学已经难以满足材料科学与工程专业学生培养目标的要求。因此，我们有必要对该课程的教学内容、教学手段和教学模式进行改革，以充分调动学生的学习积极性和主动性，提高学生的学习兴趣，使学生真正理解和掌握晶体学知识的精髓，为学生在将来的材料科学与工程实践中打下良好基础。
二、教学内容和讲授次序的改革
目前，本校《晶体学基础》的教学课时共32学时，与地质学和矿物学专业相比，总授课时间较少[3，4]。为了在有限的教学时间内讲授材料科学专业学生所必需掌握的晶体学基础知识，有必要将那些与材料科学专业相关性不大的内容进行删减。例如，晶体理想形态和晶体规则连生方面的内容对地质学和矿物学专业十分重要，但是对于材料专业学生来说，只需要在课程绪论中加以概述就能够满足本专业的教学要求了。同时，对于后续材料科学的其他专业课程将详细讲解的知识点，也可以进行适当删减，如晶体相变、晶体物理学等内容。另一方面，对于进一步学习材料专业其他课程而需要用到的一些重要晶体学基础知识，应该增加讲解内容的深度。例如，倒易点阵、吴氏网等基础知识对于分析材料的微观结构特征至关重要，但是，现有教材中的以上相关内容过于简单，无法满足材料专业学生的培养要求，所以，需要增加相关的授课内容。教学内容的变更促使我们进一步思考授课内容编排的逻辑性。由于晶体学授课内容和侧重点发生了变化，所以，我们就不能按照现有教科书中针对地质和矿物专业的教学目的来安排授课次序，而应该按照材料专业对晶体学教学内容的要求，研究如何安排授课次序才能更有利于本专业学生由浅入深、循序渐进地学习相关晶体学基础知识。例如，在讲解晶体宏观对称性之前，有必要先讲解一些典型晶体结构的实例，以帮助学生形象地理解复杂的空间对称操作；将晶体的微观对称和空间群知识从原教材的第七章提前到第三章[5]，使其与晶体宏观对称合并成晶体宏观和微观对称一章，这样有利于从宏观和微观相互联系的角度进行讲解；另外，倒易点阵知识应该从原教材的第一章后移到第四章，在讲解完晶体定向和晶体学符号之后，学生们熟练掌握了晶体正空间的晶面和晶向指数，此时讲授倒易点阵知识更有利于学生理解复杂的正空间和倒易空间的相互变换。
三、教学手段的改革
《晶体学基础》课程的难点是晶体宏观和微观对称、晶体的投影以及内部质点的堆积。除了采用传统的板书和二维图形对这些晶体学难点知识进行讲解以外，我们应该更加注重利用一些三维模型。例如，在讲解晶体的球面投影和吴氏网过程中，利用地球仪作为三维实物模型，能够更好地说明晶体的各个晶面在进行球面投影过程中的操作次序，以及解释如何利用吴氏网来计算晶面夹角。在讲解晶体的旋转对称时，可以利用一些特制的三维立体模型，形象地显示出不同轴次的旋转对称；另外，在讲解晶体的极射赤平投影时，可以针对一些具有特殊对称特点的宏观晶体，让学生自己动手制作相关的三维实物模型，通过观察各晶面的投影特点，加深对极射赤平投影知识的理解。同时，为了使学生更加形象地把握各种对称变换特征和晶面投影规律，我们应该进一步利用三维多媒体软件，制作一些三维动画作为辅助教学手段[6]。这样能够通过三维旋转来观察晶体的宏观对称特点以及晶体结构中的质点（原子、分子或离子）位置，满足晶体宏观和微观对称要素及其操作等抽象教学内容的教学目的，使学生能够直观地观察不同宏观和微观对称操作的特点，从而加深对这些抽象晶体学概念的理解。
四、研讨式教学模式的改革
本校《晶体学基础》课程在开课初期的授课形式为大班整体授课，包括所有材料专业大二的学生（约150名）。由于听课学生人数较多，导致教师难以实时掌握学生的听课效果。故而，本校自2013年起对《晶体学基础》课程进行了“小班化”教学实验（每班70～80人），有效地提高了授课效果。但是，目前的教学模式基本上还是以教师的“填鸭式”教学方式为主要授课模式，学生缺乏学习的主动性，没有积极地思考问题。因此，应该实现教师和学生共同主导本课程的教学过程，通过师生之间以及学生之间“研讨式”的教学模式，使学生在研讨过程中理解和掌握《晶体学基础》的基本概念和抽象知识。针对每堂课的重点讲授内容，教师在课堂中提出相关问题，将学生分成若干小组，每组4～6人，在教师的引导下，通过学生之间反复讨论将复杂的晶体学问题进行逐步阐明，这样也有利于检验学生对每堂课知识的掌握情况。同时，将分组讨论的结果纳入平时成绩的考核体系，鼓励学生主动提出问题，并积极地通过讨论来相互启发，进而解决各个难点问题。另外，师生应该充分利用本校在校园网上建立的晶体学课程中心平台。一方面，鼓励学生在网络上进行自由讨论，另一方面，让学生针对以上问题在课堂上以小组为单位进行发言和讨论。通过以上“研讨式”教学模式及时获得学生学习效果的反馈，从而调整讲课速度，提高学生的学习效果。
五、总结
《晶体学基础》是材料科学与工程专业的重要基础课程，应该按照材料科学专业学生应该掌握的晶体学知识，优化编排授课内容和次序，提高授课效果；利用三维晶体学动画模型，加深学生对晶体对称要素及其操作等复杂晶体学概念和理论的理解；建立“研讨式”教学模式，针对课程的重点和难点，提出学生课堂和课后研讨的主题，检验学生对授课内容的掌握情况，提高学生通过主动提问以及相互讨论而获取知识的能力，最终使学生更好地掌握材料科学专业必需的晶体学基础知识，培养学生分析问题和解决问题的能力。
作者：刘彤 单位：北京航空航天大学材料科学与工程学院 北京市材料科学与工程实验教学示范中心
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地质学的基本概念范文6
关键词 纳米科技;纳米地球化学;纳米矿物学;纳米矿床学
中图分类号TB383 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)31-0083-02
1 概述
纳米科学技术(nano scale science and technology)作为新兴的学科[1],在人类社会进入世纪之交的关键转变年代,在世界范围兴起,发展迅速,前景诱人,国际竞争已经开始。人类对自然世界的认识始于宏观物体,又逐渐认识到原子,分子等微观粒子,然而对纳米微粒却缺乏深入的研究[2]。原子是自然界的基本组成单元,原子的不同排列方式使自然界物种丰富多样化。1959年,著名的物理学家诺贝尔物理学奖得主查德・费曼说:“如果有一天可以按人的意志安排一个原子,将会产生怎样的奇迹。”纳米科技则使人们能够直接利用原子、分子制备出包含原子的纳米微粒,并把它作为基本构成单元,适当排列成一维的量子线,二维的量子面,三维的纳米固体。纳米材料有一般固体都不具备的优良特性,所以有着广阔的应用前景。钱学森指出:“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。” [3]
1.1 基本概念
纳米(Nanometer)又称毫微米,是一种长度单位。1纳米等于10-9m(十亿分之一米)。上田良二教授于1984年从测试的角度给纳米微粒下了一个定义:用电子显微镜(TEM)能看到的微粒称为纳米微粒[4]。纳米技术是1974年在东京由日本精密工程学会(JSPE)和国际生产工程研究学会(CIRP)联合主持的会议上由日本东京科学大学机械工程教授谷口纪男提出的[5]。纳米科技(Nanost)是一门在0.1nm~100nm范围内对物质和生命进行研究应用的科学。这是一种介观区域(宏观和微观之间的连接区域)进行开发研究的新技术。它使人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到分子和原子。纳米科技涉及到物理学、数学、化学、生物学、机械学、信息科学、材料科学、微电子学等众多学科以及计算机技术,电真空技术,扫描隧道显微镜及加工技术,等离子体技术和核分析等各种技术领域,是一门综合性的新兴科学技术。
1.2 纳米科技的发展历史
纳米科技是20世纪科技领域重要突破它的发展经历了孕育萌芽阶段,探索研究阶段和应用开发阶段3个时期。
1)孕育萌芽阶段。费曼设想在原子和分子水平上操纵和控制物质。1860年,胶体化学诞生之日,对粒径约(1~100)nm的胶体粒子开始研究,但由于受研究手段限制,发展缓慢;
2)探索研究阶段。30年后,1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩召开,同年《纳米生物学》和《纳米科技》专业刊物相继问世。这标志着一门崭新的科学技术-纳米科学技术,在经过30年的曲折道路,终于诞生了。费曼的美妙设想成为现实了[6];
(3)应用阶段。1993年,开始进入蓬勃的发展时期,20世纪末获得许多成果,达到预期目标可能还要经历10~20年的努力。
1.3 纳米固体的基本特征
纳米固体的重要特征,决定了纳米科技具有划时代意义。这些特性有如下4个方面[6] :
1)表面与界面效应。纳米微粒尺寸小,表面积大,所以位于表面的原子比例相对增多。尺寸与表面原子数的关系见表1。当物质粒径小于10nm,将迅速增加表面原子的比例,当粒径降到1nm时,原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由于表面原子数增多,使得这些原子易与其它原子相结合而稳定,具有很高化学活性,表面吸附能力强,扩散系数增大,塑性和韧性都大大提高;
表1纳米微粒尺寸与表面原子数的关系
2)小尺寸效应。当纳米微粒的尺寸与光波的波长相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏,电,光,磁,声,热力学等特征均会出现小尺寸效应;
3)宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。宏观量子隧道效应的研究对基础研究及应用都有重要的意义;
4)量子尺寸效应。量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到最低值时,费米能级附近的电子能级变为离散能级的现象。而当颗粒中所含原子数随着尺寸减小而降低时,费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级。当能级间距大于静磁能,磁能,热能,静电能,超导态或光子能量的凝聚能时,就导致纳米微粒磁,热,声,光,电以及超导电性与宏观特征显著不同,称为“量子尺寸效应”。例如导电的金属在超细微粒时可以是绝缘的。
表面界面效应,小尺寸效应,宏观量子隧道效应和量子尺寸效应是纳米微粒与纳米固体的基本特征,它使纳米微粒和纳米固体呈现出许多不同的物化性质。
2 纳米科学研究的分析手段
具有原子分辨率的扫描隧道显微镜(STM),高分辨透射电镜(HRTEM),和原子力显微镜(AFM)等手段[7-9]能直接观察出纳米固体,纳米微粒,和纳米结构特征。
1)扫描隧道显微镜(STM)
扫描隧道显微镜(STM)具有原子级的空间分辨率。主要描绘表面三维的原子结构图。主要用于导电纳米矿物原子级的空间分辨率研究 ,如金属硫化物研究。
2)高分辩透射电镜(HRTEM)
高分辩透射电镜(HRTEM)空间分辨率可达0.1nm～0.2nm。主要用于各种矿物纳米级的成分,形貌,结构的综合研究。如金属硫化物,硅酸盐矿物,矿物中的出溶物以及胶体矿物研究。
3)原子力显微镜(AFM)
以扫描隧道显微镜(STM)为基础发展起来的原子力显微镜(AFM)
能探测针尖和样品之间的相互作用力,达到纳米级的空间分辨率。为了获得绝缘材料原子图像,又出现了原子力显微镜。AFM主要是用于非导电纳米矿物原子级的空间分辨率研究。如硅酸盐矿物,胶体矿物等研究。在纳米材料方面主要是观察纳米材料物质等在矿物物质表面的吸附和沉积,以及天然纳米微粒形状。
3 纳米科技理论在地学上的应用
纳米科技与地学的结合形成了以下3种学科纳米地球化学,纳米矿床学和纳米矿物学。
3.1纳米地球化学
纳米地球化学就是研究地球中纳米微粒分布,分配,集中,分散,迁移规律,以及由纳米微粒的分布及组合特征反映断裂活动,探测石油,天然气,金属矿床等。纳米物质使元素具有新的地球化学活性和新的成岩成矿模式:传统观念认为,温度越高,化学活性越大,元素的迁移能力越强,反之活性就越小,越不容易迁移。为此,作为化学性质很不活泼的金,在较低温度下,理应活性很小,溶解度偏低,很难迁移成矿。事实上却与纳米金的地球化学行为相矛盾。但如果从纳米科技理论的角度考虑,就不难理解了。纳米科技理论认为,当物质的粒度达到纳米级时,由于颗粒极其细小,表面积很大,例如SiO2,其粒径从36nm减少到7nm时,其比表面积由75增加到360m2/g[10]。巨大的表面积使大量的原子处在表面,使元素的化学反应速度和扩散速度增加很多,吸附能力增强,熔点变低,物化性质发生改变。成岩成矿温度低,因而使元素具有低温活性。粒度越小,活性越大。这使纳米级的物质具有成分相同的可见颗粒所没有的特性。产生新的地球化学活性和新的成岩成矿模式。对稀有元素,活性性质不活泼的元素,分散元素和在水中溶解度极低的元素,在低温条件下成岩成矿作用有了不同的解释思路。
3.2 纳米矿床学
相同成分的纳米微粒不同的物化性特性已使地质学家对矿床学理论中有关矿质运移,富集过程有了新的认识。传统理论认为,矿物质的运移以温差,压力差或浓度差为前提条件,而对矿物质的运移和富集又限定其必须有一定的矿化剂为载体,而未意识到同种物质如果其粒度不同则其物化性质的差别非常巨大。传统成矿理论一直认为金矿的形成是由于其离子与一定络合剂结合,在一定的温度条件下迁移到一定部位,经过各种化学反应生成自然金而聚集成矿。纳米科学技术理论认为:源岩中的原子态金只要达到纳米级,其本身首先就由于极大的自扩散系数和吸附性而扩散,迁移合富集成矿。目前为止,地学界一直对砂金为何能在低温条件下甚至使常温态下能够形成“狗头金”的事实没有定论,现在看来,很有可能是纳米级的金自身扩散,迁移,吸附的结果。这种聚集成矿作用,在内生金属成矿作用过程中可能也同样起着不可低估的作用[11]。
3.3 纳米矿物学
目前,由于科技的限制,人类对矿物学的认识,往往注重宏观矿物单体,聚合体的形态及有关特性,注重微观矿物成分及原子排列的情况,而对纳米矿物微粒,纳米矿物结构缺乏深入细致的研究。在传统矿物学研究中,把矿物看成理想的晶体点阵,但在纳米矿物学中则着重研究纳米矿物微粒和矿物结构特征以及与此有关的岩石学,矿床学,构造地质学,地球化学等地质学科。
所谓的纳米矿物就是指晶体粒度细小至纳米量级的矿物颗粒。往往是以集合体形式结合一起[12]。彭同红、万朴等人运用扫描电镜发现以下几种非金属矿晶体,具有纳米尺寸的结构:
1)沸石, 其内通道直径为13nm~113nm;
2)条纹长石、月光石、日光石,其晶间距为2nm;
3)膨润土、高岭土、海泡石,其层间距离为2nm等;
4)鳞片石墨经高温膨化后形成蠕虫石墨,形成网状结构,其孔径直径为10 nm~100nm[13]。
目前,已发现的纳米矿物资源主要分布在大洋底部及陆地。例如:海洋中的“黑烟囱”和陆地上的纳米矿物有氧化物和硅酸盐等。但受限于开采技术,目前仅其中层状结构的黏土矿物并已初步进行开发利用。纳米物质的巨大的比表面积、特殊的界面效应、临界尺寸效应及高能量状态赋其不同于普通物质的特性。例如, 普通金的沸点为2 966℃,而纳米相金则在700℃~800℃条件下熔解、气化[12]。其它纳米相金属也具有此特性。因而纳米级矿物开发利用有着广阔的应用前景。
4 结论
纳米科技的研究是国际当前的研究热点,它使人类在改造自然方面进入了一个新层次,即从微米级层次深入到纳米级层次。也使地质学科学家的认识改造自然界进入一个新层次。HRTEM,STM,AFM等测试方法的在纳米矿物学中的研究运用,一些新概念、新理论、新方法随之孕育而生,使21世纪矿物学的研究将上一个新台阶,这将促进地质科学飞速发展。
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