摘"要：地球化學(xué)是地質(zhì)類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，本文以貴州大學(xué)資源勘查工程專業(yè)為例，針對(duì)目前課程教學(xué)中存在的重理論弱實(shí)驗(yàn)、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性弱等基本現(xiàn)狀，依托學(xué)院大型儀器平臺(tái)建設(shè)成果，探討增加地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革。通過增加課程中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課程考核等，幫助學(xué)生及早參與科研項(xiàng)目，進(jìn)而促進(jìn)本科生地球化學(xué)課程綜合能力的全面提升。

關(guān)鍵詞：地球化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

地球化學(xué)是研究地球及其子系統(tǒng)（地圈、地體、巖層、巖石，甚至礦物）中地球物質(zhì)化學(xué)運(yùn)動(dòng)的學(xué)科，是地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)和資源勘查工程等地球科學(xué)類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課［13］。一般在地質(zhì)學(xué)專業(yè)中，地球化學(xué)課程總體學(xué)時(shí)長(zhǎng)、學(xué)分高，但在工科的地質(zhì)類專業(yè)中，學(xué)時(shí)減少、學(xué)分降低。例如，在資源勘查工程專業(yè)中，重理論輕實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢。而且地球化學(xué)課程與礦床學(xué)、勘查地球化學(xué)、礦產(chǎn)勘查學(xué)等專業(yè)課關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，地球化學(xué)基礎(chǔ)不牢導(dǎo)致學(xué)生對(duì)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查難以形成系統(tǒng)的地質(zhì)思維。因此，本文以貴州大學(xué)資源勘查工程專業(yè)為例，分析目前地球化學(xué)課程主要存在的問題，探討解決方案，為工科類專業(yè)中地球化學(xué)課程教學(xué)提供參考。

1"傳統(tǒng)地球化學(xué)課程教學(xué)中的主要問題

1.1"理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用脫節(jié)

地球化學(xué)是綜合基礎(chǔ)理論和技術(shù)方法的學(xué)科，與其他地球科學(xué)課程關(guān)聯(lián)度高。對(duì)工科專業(yè)而言，學(xué)生在學(xué)習(xí)地球化學(xué)基礎(chǔ)理論時(shí)，更需要掌握地球化學(xué)技術(shù)能力。目前，國內(nèi)外高校在地球化學(xué)課程教學(xué)中普遍存在重理論輕實(shí)踐問題。授課內(nèi)容以書本理論知識(shí)為主，地球化學(xué)技術(shù)的相關(guān)實(shí)踐教學(xué)偏少甚至缺失。如中國礦業(yè)大學(xué)、石油大學(xué)等高校在油氣地球化學(xué)課程中僅安排了約12.5%的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，且以參觀測(cè)試儀器為主，僅有少量課時(shí)的實(shí)驗(yàn)操作和分析［4］。在筆者博士聯(lián)培的澳洲科廷大學(xué)，本科生油氣地球化學(xué)課程16學(xué)時(shí)均為理論教學(xué)。而筆者授課的貴州大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，本科地球化學(xué)總課時(shí)為56學(xué)時(shí)，也均為理論課，未設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。

近年來，隨著本科教學(xué)高質(zhì)量發(fā)展工作的推進(jìn)，國內(nèi)高校也不斷嘗試通過實(shí)踐性環(huán)節(jié)提升地球化學(xué)課程教學(xué)質(zhì)量。如中國地質(zhì)大學(xué)（北京）在總課時(shí)64學(xué)時(shí)中組織了14學(xué)時(shí)的實(shí)踐課時(shí)［4］；南京大學(xué)則通過大三開設(shè)地球化學(xué)理論課程，大四設(shè)置了實(shí)驗(yàn)地球化學(xué)課程，以通過實(shí)踐課程提升教學(xué)效果。

1.2"教學(xué)方法單一制約學(xué)習(xí)積極性

目前，貴州大學(xué)資源勘查工程專業(yè)所開設(shè)的地球化學(xué)課程授課方式以書本內(nèi)容為基礎(chǔ)，利用板書及幻燈片展示知識(shí)重點(diǎn)和要點(diǎn)。如在穩(wěn)定同位素章節(jié)中，同位素的計(jì)量方式均以板書或幻燈片展示，對(duì)為什么同位素值的測(cè)定、表示均需使用標(biāo)樣，不同同位素會(huì)擁有不同的同位素標(biāo)樣等內(nèi)容，僅通過反復(fù)講授完成課時(shí)。但從教學(xué)效果看，由于缺乏直接的實(shí)驗(yàn)操作和直觀的對(duì)比認(rèn)識(shí)，多數(shù)學(xué)生只能做到“知其然，并不能知其所以然”，而且對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握和延伸明顯欠缺。因此，單一的教學(xué)方法難以保證課程教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)制約學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

1.3"大型實(shí)驗(yàn)儀器的缺失

地球化學(xué)是以化學(xué)理論和分析技術(shù)為基礎(chǔ)的學(xué)科，而大型儀器對(duì)地球化學(xué)的科學(xué)研究與教學(xué)支撐具有重要意義。之前，貴州大學(xué)地球科學(xué)實(shí)驗(yàn)室主要配備偏光顯微鏡、冷熱臺(tái)、碳硫分析儀、DELTA"V"Advantage穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀等，缺乏更多大型儀器設(shè)備對(duì)課程教學(xué)的支撐。隨著地球科學(xué)研究理論和技術(shù)方法的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的顯微觀測(cè)已無法滿足更深入的科研需求，因此大型儀器設(shè)備在地球科學(xué)研究和教學(xué)中發(fā)揮著越來越重要的作用。如通過電子探針分析技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在顯微鏡觀測(cè)基礎(chǔ)上對(duì)礦物元素組成的進(jìn)一步分析，以及對(duì)特殊礦物的確認(rèn)等［5］。由于缺乏與課程相關(guān)的大型儀器設(shè)備，限制了地球化學(xué)等與實(shí)驗(yàn)緊密相關(guān)課程的發(fā)展，影響了課程效果及學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

2"實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性與實(shí)驗(yàn)條件的提升

2.1"實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論課程互補(bǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是地球化學(xué)課程的重要組成部分，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)可對(duì)提升課程質(zhì)量達(dá)到事半功倍的效果。課程實(shí)驗(yàn)可從兩個(gè)方面開展，一是依托儀器設(shè)備的課程教學(xué)，包括實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)基本操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等。如在元素的晶體化學(xué)性質(zhì)與元素結(jié)合規(guī)律章節(jié)中，可增加電子探針、掃描電鏡的基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容，介紹實(shí)驗(yàn)儀器的基本結(jié)構(gòu)和測(cè)試原理、基礎(chǔ)操作流程、數(shù)據(jù)處理和解讀等，最后基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讓學(xué)生更好地理解元素的賦存形式，掌握如何定量分析不同賦存形式元素的含量等。二是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生體驗(yàn)身臨其境的實(shí)驗(yàn)過程。如手標(biāo)本觀測(cè)、樣品制備、上機(jī)測(cè)試、結(jié)果分析等，開展全流程的實(shí)驗(yàn)過程教學(xué)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論課程的互補(bǔ)，加深學(xué)生對(duì)地球化學(xué)相關(guān)知識(shí)的理解和印象。

2.2"實(shí)驗(yàn)教學(xué)增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)存在差異，后者主要著重于書本知識(shí)的授課，而前者更注重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的實(shí)際參與。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以提供多種類型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，如巖石元素含量分析測(cè)試、礦物微區(qū)元素組成、礦物形貌及元素組成、礦物傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素組成及有機(jī)質(zhì)生物標(biāo)志化合物組成等，通過讓學(xué)生多次接觸地球化學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)、處理相關(guān)數(shù)據(jù)、分析初步得出結(jié)論，并依據(jù)不同學(xué)生的興趣，分別開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，激發(fā)學(xué)生的積極性，加深學(xué)生的理解。同時(shí)，學(xué)生通過實(shí)踐參與實(shí)驗(yàn)工作、獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、繪制數(shù)據(jù)圖表、分析數(shù)據(jù)等，逐步提高學(xué)生對(duì)地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析處理的能力和圖表表達(dá)能力。

2.3"實(shí)驗(yàn)條件的提升情況

近年來，科技投入加大實(shí)現(xiàn)了貴州大學(xué)地球科學(xué)實(shí)驗(yàn)條件的快速提升。至2023年10月，已完成了大量?jī)x器設(shè)備的論證和采購工作，這些大型儀器設(shè)備為地球化學(xué)課程的深化建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。如X射線熒光光譜儀將被用于巖石、礦石、土壤等樣品的主量元素和微量元素分析教學(xué)；場(chǎng)發(fā)射電子探針可用于樣品的微區(qū)原位地球化學(xué)分析教學(xué)；礦物自動(dòng)分析系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)礦物組成自動(dòng)分析、礦物識(shí)別和共生及其元素主要賦存形式的地球化學(xué)教學(xué)等。

3"地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革思路

3.1"實(shí)驗(yàn)教學(xué)的初步計(jì)劃及授課模式

目前，國內(nèi)高校正積極開展教學(xué)計(jì)劃和課程設(shè)計(jì)改革提升地球化學(xué)課程教學(xué)效果。如中國地質(zhì)大學(xué)（北京）在課程64總學(xué)時(shí)中安排14課時(shí)為實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)；中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）通過新修教學(xué)計(jì)劃，在原48學(xué)時(shí)的理論課程基礎(chǔ)上增加了6學(xué)時(shí)的文獻(xiàn)閱讀及2學(xué)時(shí)的地球化學(xué)綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)；中國礦業(yè)大學(xué)資源勘查工程專業(yè)2018版教學(xué)大綱將原來的32課時(shí)調(diào)整到48課時(shí)，并增加6課時(shí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程［4］。

貴州大學(xué)資源勘查工程專業(yè)地球化學(xué)課程合計(jì)56學(xué)時(shí)，計(jì)劃設(shè)置48學(xué)時(shí)理論和8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。基于上述討論及實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際條件，計(jì)劃設(shè)置4項(xiàng)實(shí)驗(yàn)（下表）。其中，地球的化學(xué)組成章節(jié)中，利用X射線熒光光譜儀分析地球表面不同類巖石的主量元素組成；元素的晶體化學(xué)性質(zhì)與元素結(jié)合規(guī)律章節(jié)中，利用場(chǎng)發(fā)射電子探針、礦物自動(dòng)分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)礦物中微量元素賦存形式的探索；穩(wěn)定同位素地球化學(xué)章節(jié)中，利用同位素比值質(zhì)譜儀實(shí)現(xiàn)礦物碳氧同位素、有機(jī)質(zhì)碳同位素組成的探索；生物與有機(jī)地球化學(xué)章節(jié)中，利用氣相色譜儀實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)中生物標(biāo)志化合物的初步分析探索。

地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路表

課程章節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與目的教學(xué)方式科研創(chuàng)新探索潛在方向考核方式地球的化學(xué)組成X射線熒光光譜儀地球表面三大類巖石（火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖）的主量元素組成測(cè)試，通過與地殼、地幔、地核元素組成進(jìn)行對(duì)比，初步分析其地質(zhì)意義元素的晶體化學(xué)性質(zhì)與元素結(jié)合規(guī)律場(chǎng)發(fā)射電子探針、礦物自動(dòng)分析系統(tǒng)礦物中微量元素賦存形式分析，確定是礦物形式、類質(zhì)同象、超顯微非結(jié)構(gòu)混入等，探索其潛在的地質(zhì)意義穩(wěn)定同位素地球化學(xué)同位素比值質(zhì)譜儀利用同位素比值質(zhì)譜儀實(shí)現(xiàn)礦物碳氧同位素、有機(jī)質(zhì)碳同位素組成，了解標(biāo)樣在其中的作用、有機(jī)和無機(jī)碳同位素的測(cè)試方法差異，探索同位素在地質(zhì)過程中的指示意義生物與有機(jī)地球化學(xué)氣相色譜儀利用氣相色譜儀實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)中生物標(biāo)志化合物的初步分析，掌握如何讀取圖譜、如何分析數(shù)據(jù)，探索生物標(biāo)志化合物在古環(huán)境演化、石油地質(zhì)領(lǐng)域的初步應(yīng)用1.課堂教學(xué)，教師完成理論內(nèi)容授課、儀器相關(guān)知識(shí)內(nèi)容授課2.課后學(xué)習(xí)，學(xué)生課后自主探索學(xué)習(xí)，完成資料收集、復(fù)習(xí)儀器基本原理、了解主要操作等3.課堂教學(xué)，通過分小班，指導(dǎo)、帶領(lǐng)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作4.課堂教學(xué)+課后學(xué)習(xí)，教師課堂指導(dǎo)如何處理、分析數(shù)據(jù)等，學(xué)生課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告及初步探索1.利用火成巖探索地殼演變過程，并嘗試分析其對(duì)找礦的價(jià)值2.沉積巖沉積過程中的地質(zhì)作用，分析其對(duì)找礦的指示意義1.發(fā)現(xiàn)新的礦物2.探索礦物形成過程3.探索礦床的形成過程，及其與找礦的關(guān)聯(lián)1.有機(jī)碳同位素在石油勘探中的應(yīng)用2.無機(jī)碳氧同位素在碳酸鹽類儲(chǔ)層研究中的作用，對(duì)油氣勘探的意義1.生物標(biāo)志化合物對(duì)生物有機(jī)成礦指示意義，對(duì)找礦勘查的作用2.生物標(biāo)志化合物在油氣源對(duì)比中的應(yīng)用1.依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況考核2.依據(jù)實(shí)驗(yàn)課中實(shí)驗(yàn)操作的情況考核3.期末考試中，增加實(shí)驗(yàn)相關(guān)方面的知識(shí)內(nèi)容的考核，或增加開放性論述題等

授課過程主要包括課堂理論教學(xué)、課后自主探索學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)課程實(shí)際操作、課后數(shù)據(jù)分析及結(jié)果討論等。如地球的化學(xué)組成章節(jié)中，實(shí)驗(yàn)課程操作課前學(xué)生可以先完成資料收集，如三大巖的元素組成特征，X射線熒光光譜儀基本原理、主要操作等。實(shí)驗(yàn)課程操作完成后，總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程，分析對(duì)比數(shù)據(jù)，進(jìn)而理解地球的現(xiàn)今元素組成特征等。

課程組織上，理論課程可通過大班教學(xué)完成，實(shí)驗(yàn)課程通過分組或小班化完成。課程根據(jù)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力和研究興趣，利用課余時(shí)間開展分組實(shí)驗(yàn)和討論，通過適當(dāng)增負(fù)提升學(xué)生的參與感和成就感，達(dá)到課程教學(xué)效果的高質(zhì)量發(fā)展。

3.2"基于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的科研創(chuàng)新

地質(zhì)類專業(yè)以實(shí)踐性強(qiáng)為突出特色，實(shí)踐教學(xué)在專業(yè)人才培養(yǎng)體系中扮演著至關(guān)重要的作用，因此實(shí)踐教學(xué)的改革和創(chuàng)新也是辦出特色專業(yè)的核心所在［6］。在地球科學(xué)學(xué)科中，素質(zhì)高、基礎(chǔ)厚、知識(shí)廣、能力強(qiáng)的基礎(chǔ)研究人才一直是國家建設(shè)所急需的［7］。因而，在地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，要以學(xué)生的動(dòng)手能力、分析能力、提取信息能力為基礎(chǔ)目標(biāo)，同時(shí)兼顧培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。課程力求在完成基礎(chǔ)的理論教學(xué)、基本的實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果總結(jié)后，深入探索挖掘?qū)W生的創(chuàng)新能力，在學(xué)生可接受能力范圍內(nèi)，提供更多感興趣的內(nèi)容、科研課題等，基于大型儀器平臺(tái)，開展更多的課外實(shí)驗(yàn)分析、數(shù)據(jù)分析與計(jì)算、學(xué)術(shù)論文寫作等工作，系統(tǒng)地鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考、綜合分析和解決復(fù)雜地質(zhì)問題的能力，促使其形成地球化學(xué)思維。授課教師需指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成整個(gè)課題過程，相關(guān)成果鼓勵(lì)參與各類學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)。

3.3"實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核

貴州大學(xué)傳統(tǒng)的地球化學(xué)課程考核由平時(shí)成績(jī)和期末考試組成，其中平時(shí)成績(jī)通常反映學(xué)生回答問題情況、日常作業(yè)情況、考勤情況等；期末考試則反映學(xué)生對(duì)試卷內(nèi)容的掌握情況。但由于試卷考核主要以理論知識(shí)為主，無法有效兼顧學(xué)生實(shí)驗(yàn)技術(shù)掌握能力。下一步，計(jì)劃改革考核模式，一是增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核，通過實(shí)驗(yàn)作業(yè)完成、實(shí)驗(yàn)操作等完成實(shí)驗(yàn)考核；二是增加期末考試中實(shí)驗(yàn)相關(guān)方面的知識(shí)內(nèi)容，如考核學(xué)生繪圖、讀圖方面的能力，考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力等，更偏向于開放性的論述題，考核學(xué)生的綜合掌握情況等。通過多元化的課程考核模式，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)成果的綜合評(píng)定。

結(jié)語

增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作有利于學(xué)生掌握所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，有利于提高基本實(shí)驗(yàn)操作能力，有利于提高學(xué)生的綜合能力［8］。目前，貴州大學(xué)資源勘查工程專業(yè)地球化學(xué)課程存在缺乏實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、授課方式相對(duì)單一等問題，影響了教學(xué)效果，不利于學(xué)生的整體綜合發(fā)展。為此，本文從學(xué)院大型儀器平臺(tái)建設(shè)出發(fā)，探討了提升課程建設(shè)的思路。計(jì)劃主要從課程教學(xué)設(shè)計(jì)和組織、創(chuàng)新訓(xùn)練、課程考核等方面，通過增設(shè)地球化學(xué)實(shí)踐課程，提升學(xué)生實(shí)踐能力和對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握程度，同時(shí)利用地球化學(xué)創(chuàng)新科研訓(xùn)練，適當(dāng)給學(xué)生增負(fù)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和課程參與度，從而實(shí)現(xiàn)課程對(duì)提高學(xué)生綜合能力的支撐作用。

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基金項(xiàng)目：貴州大學(xué)一流學(xué)科專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目資助；貴州大學(xué)引進(jìn)人才科研基金資助［編號(hào)：貴大人基合字（2021）20號(hào)］

作者簡(jiǎn)介：施春華（1988—"），男，江蘇海門人，博士研究生，副教授，研究方向：有機(jī)地球化學(xué)和生物有機(jī)成礦。