在工程地质教学中拓展学生的思维方式

在工程地质教学中拓展学生的思维方式
作技能的同时，还要注重学生的思维训练。

根据土木工程教学指导委员会的建议，工程地质学是土木工程专业不可缺少的必修课程。

毋庸置疑，地质学有其独特的思维方式，其思维方式与工程思维方式有明显的区别。

工程地质学任课教师应该在课程教学过程中有意识的对学生进行这方面的引导，帮助学生全面发展。

本文重点讨论地质思维的几个主要特征，并分析这些思维方式对工程技术人员的意义。

关键词：工程地质；思维方式；土木工程
人类要求发展，必须与地球和谐相处，这是科学发展观的主要内容。

任何建筑工程都离不开地质环境。

近代工业化进程中出现大规模的土木工程，工程师表现出了对地球科学的需求，从而使工程地质学在30年代从前苏联开始形成了一门独立的学科。

工程地质学研究的根本目的是使工程建设和运营最大限度地适应地质条件并尽可能地保护环境。

为了达到这一目的，工程地质学既要研究天然工程地质条件对工程的影响，又要研究工程对地质环境的反作用，特别是人为地质灾害的可能性。

在这些研究过程中，都必须充分发挥地质思维的特点，在空间上从区域到场地再到区域、从深部到浅表再到深部，在时间上从历史到现状再到未来。

地质学研究对象涉及的时空跨度大，地质思维方式注重系统性、强调演化，思维过程重视观察和想象，以定性分析为主，思维成果具有相对性。

土木工程师注重工程结构形式，考虑材料特征和荷载，追求问题的确定答案。

这两种思维方式有明显的区别，以下简要地质思维的几个
主要特征，并分析这些思维方式对工程技术人员的意义。

一、地质学思维特点
1.系统性思维。

从20世纪60年代末开始，地质思维进入了新的发展阶段，即全方位系统思维阶段，它是以在时间上和空间上都达到或开始达到整体综合和系统思维为特征的。

系统性思维方式指导地质工作者从问题各要素所固有的联系来考察整体性事物，分析工程地质问题的成因联系、构成工程地质问题的组合关系、不同层次的工程地质问题整体与其背景的关系等等。

例如，2008年发生的汶川地震和2010年发生的舟曲泥石流灾害，看似是两个孤立的事件，实际上是有成因联系的。

地壳运动造成地震活动的发生，地震使斜坡上的岩土体失稳发生滑坡，松散的滑坡体岩土堆积在沟谷中，在集中降雨中遭到浸泡，在重力作用下与水一起流动，形成泥石流。

目前，大部分地质研究人员把地球视为一个由许多相互联系、相互作用的地质体所构成的统一整体，在此基础上研究系统内各个组成部分的特征及其相互之间的关系，最终从整体上把握地球的规律。

在这个统一整体中，不仅仅包括纯自然界，还包括人的作用和影响。

已故中科院院士、著名地质学家刘东生先生撰文指出：随着人类环境意识的增强和科学技术的发展，人类对环境的认识不断深入和提高，地质学家逐渐认识到人类活动作为一种地质营力，其能量已超过了自然界本身的变动，这是一个必须面对的事实。

因此必须把人为因素作为驱动地球环境变化的动力，使其参与到可持续发展的研究中来，这种人与自然的全球观正在受到越来越多的重视。

2.逆向思维。

由于地质学的研究对象是各种地质作用的最终产物，
作用本身的实际过程不能直接观察到，往往也无法重演。

因此，地质学中的许多概念只能依据对地质作用产物的观察研究，反演地质作用的过程和作用前的物质基础，然后经过实践和实验（包括模拟实验）的检验而建立和发展起来。

这种思维走向称为逆向思维。

例如，在地质史料中人类对岩石的认识过程，充分说明了逆向思维的重要性。

最初由德国的魏尔纳发现了地层的空间分布规律，认为岩石只有形成在水中才具有连续性和分带性，从而提出水成说；然后，英国的郝屯经过野外实践检验，发现花岗岩、斑岩、暗色岩以岩墙、岩枝的形式插入围岩，推测这些岩石是岩浆冷凝形成的，提出了火成说，突破了岩石的单一成岩理论，实现了人类认识岩石的一次飞跃；最后，经过英国霍尔的玄武岩溶化―冷凝的模拟实验和白垩含生物质灰岩在封闭系统中加热生成大理岩的模拟实验，证实了岩石的岩浆来源和变质来源，确立了地壳上三大岩石类型的成岩理论。

3.灾变论和渐变论的辩证统一。

19世纪，苏格兰地质学家伊莱尔出版了《地质学原理》，通过描述旧岩层不断破坏、新岩层不断形成的过程，阐述了渐变地球史观，认为地球是古今一致、不断重复的均一过程。

灾变论的代表人物是法国古生物学家居维叶，他在19世纪初出版了《地球表面灾变论》，认为不同时代地层中的古生物差别很大，说明地球历史上必定发生过灾难性的变革，从而造成物种的灭绝和更新。

灾变论和渐变论的争论一直在持续，目前多数地质学家倾向于把这两个对立的观点统一起来，承认地球演变过程中既存在渐近变化也有急剧突变，渐变论强调量变过程，灾变论强调质变过程。

这种观点体现在各种地质学研
究中，例如在滑坡灾害研究中，截止目前，大量的研究成果表明，滑坡的发生实质上是均变和灾变的相互转化过程。

斜坡上的岩土体在重力作用下发生蠕变，是一个缓慢渐变过程；而这种渐变过程积累到一定程度，一旦受到地震、暴雨等突发外界因素的干扰，斜坡体上的岩土体就有可能突然快速下滑，形成滑坡灾害，渐变就转化为灾变。

二、地质学思维工程中的应用
工程地质学需要解决的问题涉及到地质、环境和工程等很多方面，很多因素在时间和空间上相互交织，同时必须考虑人为地质作用力与自然地质作用力混合作用。

因此，在研究与工程相关的地质问题时，必须充分发挥系统性思维的优势，从对各要素自身特征及其相互联系的充分研究的基础上来考察和分析整体性问题。

分析过程中要贯彻时空统一的原则，详细分析各级各类工程地质问题的成因联系、组合关系等等，力争全面、综合、均衡地反映客观问题的整体性。

同时要注意从灾变和渐变辩证统一的运动变化角度去考虑工程地质问题的演化。

任何工程地质问题所涉及到的都是一个动态、开放的系统，通过与周围环境的物质与能量交换及其内部各部分之间的相互作用与影响，系统始终处在一个运动变化过程中。

因此，在研究工程地质问题时，思维绝不可仅仅停留在某一个阶段上，而应要把研究对象看成是不断演化的动态整体。

工程建筑物的修建，地质工作不仅仅局限在施工前的勘察，还要充分预测工程修建后的影响，这一点对大型工程特别重要。

例如三峡大坝建成后，2007年中科院长江水利委发布的《长江保护与发展报告》显示，2003年三峡水库蓄水以来，三峡地区微震活动频率明显增加，塌岸和局部滑移危及
到部分居民点的安全。