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地球化学是研究地球及其子系统的化学组成、化学机制和化学演化的科学,属于地球科学四大支柱学科(地质学、地球化学、地球物理学、大地测量学)之一。

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地球化学着重研究地质体中元素(同位素)的分布特征、迁移规律和演化过程,定量化表*地征**球科学是其最大的学科特点。

地球化学经历了萌芽时期(19世纪上半叶之前)、经典地球化学时期(二战之后),目前进入了现代地球化学阶段(20世纪60年代起),其分支学科渗入到地质学、大地构造、油气藏、矿床学、环境科学、有机岩石学等领域。

地球化学具有理论性、实践性与系统性并重的特点,且注重获取直接地学数据证据。

在当前社会科学技术和现代测试技术突飞猛进发展的背景下,地球化学在地球科学领域发挥越来越重要的作用。

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目前,我国地球科学相关高校基本都开设有地球化学类课程,并将其定位为地质学、地质工程、地球化学、资源勘查工程等地球科学类专业的重要专业基础课程。

因为不同专业对于地球化学理论和技术方法的要求不同,各高校选择的教材也不同,最常用的教材有《地球化学基础》《普通地球化学》《地球化学》等。

教学内容主要包括元素地球化学、同位素地球化学、环境地球化学、勘查地球化学、有机地球化学、实验地球化学等,具体也因为专业不同而有所侧重。

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21世纪高等教育改革的重要目标之一就是“加强基础、拓宽专业、强化实践、培养素质”。

在这一背景之下,培养学生实践能力已成为各高校各专业的教学改革重点。

地球科学是重视实践教学的学科,地球化学作为其支柱学科之一担负着定量研究地球科学的重任,重视培养学生实践调查能力、地质综合分析能力和批判、创新能力。

但目前地球化学课程在实际教学过程中依旧存在重理论、轻实践的现象,影响了地球科学人才的培养质量。

因此,强化地质类专业本科生地球化学实践能力培养已成为目前地球科学人才培养教育的紧急任务。

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1 地球化学课程实践教学现状与存在问题

1.1 学生化学基础薄弱,动手操作能力差

地球化学是地质学、地质工程、资源勘查工程等专业学生的专业必修课,一般学校会安排在大三的第一学期。

这部分学生在中学时期只学习了简单的化学课,观摩过酸碱滴定等简单的化学实验,极少有学生亲手操作过化学实验。

进入大学之后,仅学过大学化学、有机化学等化学类课程,绝大多数没有做过化学实验,实践基础约等于零。

大部分学生对原子结构、核外电子排列规律、化学键类型与性质等基础知识理解不够,对烧瓶、容量瓶等基本化学实验仪器和设备陌生,对萃取、酸碱滴定等实验方法也只是知道皮毛,极少数学生甚至对元素周期表不熟悉。

学生化学基础薄弱,化学思维欠缺,因此学习难度比较大,需要教师对必要的基础知识进行复习。

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1.2 课程内容以理论讲授为主,实践环节缺失或者过少

地球化学的基础理论和技术方法已渗透到了地球科学各个领域中,如基础地质(包括沉积、矿物岩石、构造、古生物等)、能源地质、环境地质等。

这要求学生掌握基础的地球化学理论和技能方法。

但目前为止我国主要地球科学院校地球化学课程都以理论课时为主,弱化实践教学教育,实验、实习和课程设计环节非常少。

如,北京大学和防灾科技学院地球化学总课时为64课时,但全数为理论课时。

中国地质大学(北京)在64总课时中安排14课时为实习环节,占总课时的22%。

中国矿业大学、中国矿业大学(北京)和石油大学的油气地球化学在教学环节安排了12.5%的实验环节,其中部分实验是对测试仪器的参观,只有少量的实验操作和分析环节。

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2 加强地球化学课程实践教学环节的方法探讨

2.1 多种手段并用,强化课内实践教学教育

2.1.1 增加课内实习实践环节

地质类专业教学一般会重视普通地质学、矿物岩石学、构造地质学等学科的实践、实习环节[6],但弱化地球化学的实习、实践教学。

任课教师可以适当增加地球化学课内实习内容,具体可以是样品布点、采集方法、元素及同位素测试方法流程、地球化学测试数据的分析处理等。

比如,在微量元素地球化学章节,可以给学生提供样品测试数据,结合数据分析方法讲解,要求学生计算分配系数、利用计算机绘制*土稀**元素分配模式图等。

在同位素地球化学环节可以给学生展示同位素组成测试仪器和测试过程,同时提供测试数据供学生计算、分析并获得地球化学相关结论。

学生多为初次接触地球化学测试数据整理和分析,以提高学生学习兴趣为主,可以分别提供学生感兴趣的地质样品元素丰度数据。

学生采取课下分小组查阅资料,绘制图表、分析数据、形成实习报告的形式完成对地球化学数据的分析处理。

通过实习逐步提高学生对地球化学数据分析处理的能力和图表表达能力。

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2.1.2 小班教学,增加课内研讨课时

多班合上的大课教学制度不再适合高年级的专业课程的学习,因为教师很难组织有针对性的分组讨论及其他实践教学,也无法顾及每一位学生的接受程度,而学生更容易在大课教学过程中丧失对专业课的学习兴趣。

因此目前大多数高校注重小班教学。

地球化学课程尤其需要小班教学制,规模控制在30人以内效果更好。

教师可以根据每个学生的知识基础、接受程度和兴趣方向,有针对性地开展课堂研讨等实习实践内容。

比如,可以开展分组讨论某个课题,同时能有效形成竞争机制,有利于激发学生学习兴趣。

如在元素的生物地区化学循环章节,将学生分成C、H、O、N、P等元素小组,分别研讨其元素的地球化学循环过程。

要求所有的学生参与其中,分别承担资料收集、PPT制作、汇报、评委等任务,评审过程按照科学性、PPT内容和讲解等方面打分,形成竞争机制,提高学生学习热情。

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2.1.3 重视地球化学案例教学

案例教学法具有生动、具体、直观易学的特点,能够调动学生学习主动性和积极性,实现教学相长。

地球化学案例分析在直观表达复杂地球化学原理及应用方面具有重要作用。

比如,在“元素的结合规律与赋存形式”章节,在讲完“地球化学亲和性”“类质同相”“晶体场稳定能对过渡元素的控制”等元素结合规律之后,可以分享苏联远东地区锡石-石英脉的形成案例,引导学生分析Sn元素地球化学迁移前后存在形式的变化过程。

在“自然体系中元素的地球化学迁移”章节,可以从江西修水香炉山钨矿的地质和地球化学现象,引导学生用溶度积原理、络合物迁移等知识解释此钨矿的形成过程。

教师还可以将自己的科研项目与课程相结合,将地球化学科研项目的实施过程和具体细节与相关理论知识对应,给学生以身临其境之感,吸引学生对地球化学研究的兴趣,对学生形成地球化学思维具有重要作用。

地球化学案例的生动性、具体性特点可以帮助学生保持大脑持续兴奋,注意力能够及时调节,教学效果会明显增加。

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2.2 加强课外实验与实践环节

2.2.1 增加课外实习、实验等实践课时

地球化学课程注重培养学生运用地球化学的基础理论和基础技能解决实际球科学问题的综合能力,这要求实践教学应当是地球化学教学的必须组成环节。

因此,应增加实习、实验等实践教学环节的比重,将理论教学与实践教学一体化,锻炼学生动手能力、分析计算能力、地球化学信息提取与归纳总结能力。

具体方法可以灵活多样,如发挥教学实验室功能,增加实验环节,增加文献检索阅读、研讨环节,增加学生室外实习环节等。

中国地质大学(武汉)新修教学计划,在原48学时的基础上调整到64学时,增加6学时的文献阅读及2学时的地球化学综合实践环节。

中国矿业大学资源勘查工程专业2018版教学大纲将原来的32课时调整到48课时并增加6课时的实验实践课程。

有条件的高校、专业可以考虑设置地球化学技能训练环节,训练学生动手实验、分析测试、数据分析与计算、学术论文写作等能力,系统地锻炼学生独立思考、综合分析和解决复杂地质问题的能力,促使其形成地球化学思维。

例如,教师以“XX地区土壤元素地球化学特征”“XX地区火成岩元素地球化学特征”“XX地区地下水稳定同位素组成及分馏特征”等为题,指导学生从采样布点及采集入手,要求学生亲历整个测试分析、数据处理、图件绘制、得出结论等环节,完成相关任务,强化学生锻炼地球化学基本工作技能,同时通过技能训练,也可以反馈理论教学中存在的问题。

中国矿业大学资源勘查工程专业2016版教学目标和课程体系设置有地球化学技能训练,显著提升了学生的地球化学实践能力。

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2.2.2 结合科研项目全面提升学生实践能力

近年来教育部实行的大学生创新创业训练项目(简称“大创”)使得大批本科生有机会参与到科研工作中,提升了自身的学术水平。

地球化学相关的“大创”项目可以有效锻炼学生的学术思维和学术能力。

中国矿业大学资源勘查工程专业本科生每年都有部分学生在地球化学相关“大创”项目中获得资助,其中不少项目获得国家级、省级资助。

如“安徽巢湖桴槎山地区煌斑岩与片麻岩的年代测定和锆石Hf同位素研究”2017年获得国家资助,项目负责人和主要参与人都成功考入中国矿业大学矿产普查专业继续深造,“徐州大北望地区张夏组鲕粒灰岩微量元素地球化学特征及地质意义”为2016年省级资助项目,项目负责人被保送到中国科学院地球化学研究所深造。

在实践的过程中,学生深化了对地球化学整体理论知识的理解,并能够将理论和实践有机结合,提高了自身综合学术能力,同时培养学生定量研究思维和批判思维。

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2.3 提高实习实践能力在考核中的比例

目前,各高校地球化学结课考核基本以闭卷考试为主,题型多为填空题、判断题、名词解释、简答题、分析计算题。

结课考试成绩一般占到总成绩的60%-100%之间。

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这样的考核方式以考核理论知识为主,很难兼顾实习实践能力的考核,同时也是导致学生课堂学习效果不佳的重要原因。

教师可以考虑从以下方面入手加强实习实践能力考核。

首先,加设实习实践考核环节。

形式可以多样化,如以实习报告、研讨成绩作为总成绩的20%-30%。

增加此部分环节,更有利于教师客观了解学生对于地球化学基础理论和技术方法的掌握情况。

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其次,在闭卷考试试卷中加大实习实践能力考核的权重,比如,增加地球化学样品采集与处理分析的考核比例,增加元素测试数据的整理、分析、图表解读的能力考核比例,增加地球化学案例的解读考核环节,弱化名词解释、简答题的考核权重。

最后,改闭卷考试为开卷考试,学生可以自由拿教材、多媒体课件等纸质材料参加考试,但不能使用网络。

开卷考试试题更具开放性、综合性、探究性,如考核学生如何利用所学地球化学理论和技术方法,解决某一地方病考察与研究工作等。

开卷考试可以翻资料,同时试题没有标准答案或答案具有多解性,学生没有心理压力,也不会出现作弊现象。

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3 结语

地球化学的学科特点、地质人才的社会需求等现状都决定了当前加强地球化学课程实践教学的必要性和迫切性。

地球科学专业大学生存在化学基础弱、动手能力差、地球化学课程弱化实践教学的基本现状。

为了增加地球化学课程实践环节,可采用小班教学、地球化学案例教学等手段强化课内实践教学,可使用增加课外实习、实验、参与科研项目等方法加强课外实验与实践环节,也可通过提高实习实践能力在考核中的比例等提升学生实践能力,锻炼学生地球化学思维。