课程户外教学在贵州乌当地质公园的实践与成效

［摘 要］ 贵州乌当省级地质公园位于贵阳乌当区，因园内第四纪冰碛砾岩及其人文文化资源、石炭系底部风化壳，以及石炭—二叠系碳酸盐岩地貌具有典型性，是开展“地貌学与第四纪地质学课程”《第四纪气候及其变迁》《风化作用与风化壳》《岩溶作用及岩溶地貌》章节户外教学的一个良好基地。围绕夯实专业知识、培养人才的目标，贵州大学“地貌学与第四纪地质学”教学团队基于贵州乌当地质公园内的地质地貌资源，开展了户外教学，增加了学生学习专业知识的趣味性，提升了其对第四纪气候及其变迁、风化作用、岩溶作用理论知识的掌握。

［关键词］ 户外教学；专业趣味性；乌当省级地质公园

［基金项目］ 2022年度贵州大学校级教改项目“三维地质建模技术在乌当地质实习中的应用研究”（XJG2022004）

［作者简介］ 王秋军（1986—），男，湖南衡阳人，博士，贵州大学资源与环境工程学院副教授，主要从事地貌学与第四纪地质学研究；夏 鹏（1986—），男，贵州遵义人，博士，贵州大学资源与环境工程学院副教授，主要从事煤田地质学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）43-0137-04 ［收稿日期］ 2023-11-13

引言

贵州大学作为西部“211”、“双一流”、高水平建设高校，肩负着为“多彩贵州”和我国西部的现代化建设发展提供坚实人才保障的任务。因此，围绕夯实专业知识、培养人才的教学目标，“地貌学与第四纪地质学”课程教学团队在系统梳理课程知识体系的基础上，结合学校的教学条件，挖掘与各章节教学内容相关的且分布在贵州乌当省级地质公园的教学资源，以增加专业趣味性的方式开展《第四纪气候及其变迁》《风化作用与风化壳》《岩溶作用及岩溶地貌》三个章节的户外教学，整体加深了学生对以上章节专业知识的掌握，取得了积极的成效。本文对近年来在课程户外教学中所取得的成效进行了总结，以期与其他教育工作者交流经验，从而在以后的教学中确定工作发展的方向。

一、课程内容体系与贵州乌当省级地质公园户外教学背景介绍

“地貌学与第四纪地质学”是地质学及相关学科的一门重要的专业基础课，以地貌学和第四纪地质学的基本知识为主体，从不同角度阐释了地球表层的特征及其演化。课程内容突出了动力—地貌—沉积物—环境之间的内在联系，较系统地介绍了地貌学和第四纪地质学的主体内容，重点内容论述如下：（1）介绍各种内、外营力作用形成的地貌类型及其特征；（2）较全面地阐述第四纪气候特征、海平面波动过程、生物界演化及新构造运动；（3）讲授第四纪沉积物的特征、地层划分与对比；（4）新增《应用第四纪地质》章节，简单介绍和概括应用第四纪地质的成果。课程相关知识如生态环境保护、旅游景观开发、自然灾害防治、表层资源勘探、人体健康防治等方面，与大家关注的地球表层生态环境密切相关，因此，“地貌学与第四纪地质学”课程具有一定的科学理论性和实际生产应用性［1］，须加强理论与实际的联系，通过户外教学使学生对课堂讲授的基本理论知识得到巩固，在认识上进一步深化，以达到概念清晰、牢固掌握的目的。该课程是贵州大学资源勘查工程、地质工程专业面向本科生开设的专业大类选修课，其中室内课堂教学32学时、户外教学8学时。根据培养方案和教学计划，在完成《第四纪气候及其变迁》《风化作用与风化壳》《岩溶作用及岩溶地貌》等章节的专业知识之后，必须开展一次系统的户外课程教学。

贵州乌当省级地质公园位于贵阳市乌当区，距贵州大学约35公里，车程约1小时，两地来返交通便捷，为开展“地貌学与第四纪地质学”户外教学提供了便利。虽然地质公园虽然面积不大，但在近4.8亿年以来的地质演化中铸就了公园丰富多彩、独具特色的地质现象和地貌类型［2-3］。公园因园内第四纪冰碛砾岩及其人文文化资源、石炭系底部风化壳，以及石炭—二叠系碳酸盐岩地貌具有典型性，是开展《第四纪气候及其变迁》《风化作用与风化壳》《岩溶作用及岩溶地貌》三个章节户外教学的一个良好基地。

二、课程户外教学案例及成效

（一）基于第四纪冰碛砾岩及其人文文化资源的《第四纪气候及其变迁》户外教学

第四纪时期的全球气候发生变化，其中表现出冷—暖的频繁波动，并具有一定的变化周期，也就是冰期和间冰期交替出现，从而导致地球表层环境随之发生变化，造成动植物的更替和迁徙、海平面的波动、地貌的演化等。课堂室内教学阐述第四纪气候及其变迁，主要依靠教师对冰期、间冰期、冰期沉积物等的概念解释和图片示例，而学生须要理解教师的讲解和示例图片，才能对第四纪气候及其变迁有最初的概念性掌握，但在应用相关知识回答实际中遇到的第四纪气候及其变迁的地质地貌现象时没把握，不敢勇于表达观点。因此，教师须基于第四纪气候及其变迁的地质地貌标志，如冰碛砾岩、冰川擦痕等，针对实物，有针对性地、具体地讲解第四纪气候及其变迁相关知识点，才能提升学生对相关知识的掌握和理解。

20世纪40年代，我国著名的地质学专家李四光先生在贵阳工作期间，带领学者考察了乌当洛湾盆地的第四纪冰川遗迹。随着后期工作的深入开展，李四光先生等根据冰碛砾岩认为，洛湾盆地的第四纪冰川地貌特征清晰，因此断言中国有第四纪冰川，并将该地的冰川遗迹命名为“洛湾冰川”，按时间顺序分为南明期、洛湾期、大堡期、小梁期和关口期。相关研究成果推翻了当时国外学术界“中国无冰川”的有关论断［4］，使得贵阳乌当在中国地质学发展历史上占有一席之地，并与地质学结下不解之缘。因此，为了纪念李四光先生的学术贡献，2001年乌当区东风镇党委政府在乌当村委会对面出资修建了翠华园——李四光纪念馆，以期激励当今学子，要以严谨执着的治学精神，勇攀科学高峰。

为了让学生巩固相关知识，在理解的基础上进一步深化，以达到概念明确、能运用基本理论知识解决第四纪气候及其变迁的实际地质问题的目标，课程团队在乌当省级地质公园，针对冰碛砾岩及李四光的人文文化资源，讲解冰碛砾岩的成因和冰期的地貌演化，说明在第四纪时期陆地上的冰川曾向低纬度推进至贵阳地区，形成冰碛砾岩，当时全球气候比较寒冷，对应的是冰期；而现在冰川在中低纬度的贵阳地区没有分布，所以没有冰碛砾岩，说明全球气候比较温暖，现在对应的是间冰期，从而形象、直观地讲解第四纪的气候变迁，以及冰期和间冰期的特点，在一定程度上引导学生正确认识第四纪气候。

此外，基于李四光先生在乌当区关于冰期划分的工作事迹，对比讲解“洛湾冰川”系列（南明期、洛湾期、大堡期、小梁期和关口期）、欧洲冰川系列（多瑙期、贡兹期、民德期、里斯期和雨木冰期）、中国冰川系列（龙川期、鄱阳期、大姑期、庐山期和大理冰期）三者之间的联系，以加深学生对第四纪全球气候变化等的认识，增添学习专业知识的人文趣味性，引导学生积极学习相关知识。

（二）基于石炭系底部风化壳的《风化作用与风化壳》户外教学

风化作用是指地壳表层岩石由于受到温度、大气、水和生物等的影响，在原地（或近原地）发生的一切物理和化学变化而使岩石分解及破坏的过程。风化过程中如果造成残积物在纵向剖面上的连续堆积，形成铁质层、铝土层、硫化物层（以及高岭土层、碎石角砾层）等，就叫风化壳，其中保存在地史时期地层中的风化壳称为古风化壳。由于风化作用形成的风化壳常含有铁质层和铝土层，因此，常见的风化壳是铁矿和铝土的［1］。

课堂室内教学阐述风化作用与风化壳，主要依靠教师对风化作用、风化壳、古风化壳等的概念解释和图片示例，而学生虽然对风化作用与风化壳相关知识有最初的概念性掌握，但在实际应用中，尤其是基于风化产物判定风化壳类型时，学生往往由于缺少实际经验而没有把握，不敢进行风化壳的类型划分。因此，教师可基于风化作用与风化壳的地质地貌标志，如铁质层、铝土层、硫化物层、碎石角砾层等，针对实物，具体地讲解风化作用与风化壳的特征，以加深学生对相关知识的掌握和理解。

为了让学生理解和巩固相关知识，进一步清晰相关概念，能运用基本理论知识解决风化壳识别及风化壳类型的判定等实际应用问题，课程团队在乌当省级地质公园，针对石炭系祥摆组底部的风化壳，介绍在距今3.58亿年的石炭纪，贵州地区靠近赤道的湿热气候环境，由于紫云构造运动［2-3］，发生水平抬升，造成之前上泥盆统地层（高坡场组）出露海洋水面而遭受风化剥蚀作用，在原地形成多层残积物；而在石炭纪早期，由于海平面相对上升，以前风化作用形成的多层残积物在海水中发生沉积压实，形成铝土型风化壳，因该风化壳是在地史时期形成的，又富含铝土质，因此，又被称为铝土质古风化壳。通过在地质公园直观、形象地讲解石炭系底部风化壳，以及其指示的风化作用，帮助学生将理论和实践结合起来，在一定程度上提升学生对风化作用与风化壳的认识。

（三）基于石炭-二叠系碳酸盐岩地貌的《岩溶作用及岩溶地貌》户外教学

岩溶作用是指地表水和地下水对可溶性岩石进行的以化学溶蚀作用为主，以机械侵蚀和重力崩塌作用为辅，引起岩石的破坏及物质的带出、转移和再沉积堆积过程。由岩溶作用形成的地貌称为岩溶地貌。由于可溶性岩石包括碳酸盐类岩石、硫酸盐类岩石和卤盐类岩石，所以岩溶地貌包括碳酸盐岩地貌，以及卤盐、硫酸盐岩地貌。在地壳表层，由于碳酸盐岩分布面积广，且相对溶解度小于卤盐、硫酸盐岩而难以快速溶解，所以，现在地球表面的岩溶地貌以碳酸盐岩地貌为主。

课堂室内教学阐述岩溶作用及岩溶地貌，主要依靠教师对岩溶作用、岩溶地貌等的概念解释和图片示例，而学生虽然经过室内教学对岩溶作用及岩溶地貌相关知识有最初的概念性掌握，但在实际地貌划分和成因分析中，对碳酸盐岩中白云岩和灰岩的岩溶地貌区分没有把握，且对岩溶水系地貌与地表岩溶地貌和地下岩溶地貌的划分原则缺少理解。因此，教师须要基于岩溶作用及岩溶地貌的地质地貌标志，如白云岩岩溶地貌、灰岩岩溶地貌、地表岩溶地貌、岩溶水系地貌、地下岩溶地貌等，针对实际的地貌体，具体讲解岩溶作用及岩溶地貌的特征，加深学生对相关知识的掌握和理解。

为了让学生理解和巩固相关知识，进一步清晰相关概念，课程团队在乌当省级地质公园的渔洞峡地区，针对4套石炭-二叠系巨厚的碳酸盐岩地层［2-3］，讲解石炭系高坡场组和摆佐组白云岩及其岩溶地貌特征、二叠系栖霞组和茅口组灰岩及其岩溶地貌特征，阐释白云岩和灰岩岩溶作用的差别，以及区分地表岩溶地貌、岩溶水系地貌、地下岩溶地貌的方法。白云岩由于差异分化，在岩溶过程中，岩石表面会形成刀砍状条纹；由于受力容易形成节理裂隙，岩体较破碎；岩体经溶蚀及风化作用后，形成的红黏土比较容易在裂隙中保存下来，起到存泥蓄水的作用，所以，渔洞峡地区白云岩岩体容易从光秃秃的山头演化成生长茂密植被的地貌体。然而，灰岩由于相对白云岩而言韧性较好，受力不太容易形成节理裂隙，所以灰岩岩体较完整，即使岩体经溶蚀及风化作用后形成较多的红黏土，也会随岩体表层的流水而流失，难以起到存泥蓄水的作用，所以，渔洞峡地区灰岩岩体通常依然是光秃秃的地貌体。通过实地户外教学，能很好地向学生传授白云岩和灰岩的岩溶地貌识别标志及其成因。此外，渔洞峡由于发育成典型的岩溶喀斯特峡谷地貌，可以见到溶沟与石芽、落水洞、小溶洞、岩溶泉、石钟乳、石笋、钙化滩等岩溶地貌组合。因此，通过对比讲解地表岩溶地貌中的石芽与溶沟、落水洞、岩溶洼地、坡立谷等，岩溶水系地貌中的盲谷、干谷、断头河、岩溶泉、伏流等，地下岩溶地貌中的石钟乳、石笋、石柱、石幕等，以及阐释它们之间演化的联系，有利于加深学生对岩溶地貌三大类型地貌体的认识和理解，提升学生在以后实际应用中对不同岩溶地貌的划分能力，如岩溶洼地经过进一步岩溶演化，可以形成坡立谷甚至岩溶平原；石钟乳和石笋经过进一步岩溶作用，可以互相相连形成大的石柱；等等。

另外，以渔洞峡典型的岩溶喀斯特峡谷地貌为例，说明幼年期的岩溶地区由于落水洞、小溶洞等发育，造成地表水转为地下水，所以贵州的碳酸盐岩地区地表缺水；与广西岩溶喀斯特地貌对比，讲解处于岩溶周期老年期的碳酸盐岩地区，由于溶洞、地下河、地下湖等发生垮塌，造成地下水转为地表水，所以广西的碳酸盐岩地区发育岩溶平原及坡立谷，地表不缺水。因此，通过在户外实例讲解岩溶发育的幼年期、壮年期、老年期三大阶段（有些教材划分为幼年期、青年期、壮年期、老年期四大阶段），从而解释为什么同是岩溶喀斯特地貌地区，贵州缺水而广西不缺水的岩溶发育和周期问题，以好奇心引导和培养学生学习相关知识的兴趣。