“地質分析測試技術”課程建設探討

朱毅秀，謝慶賓，季漢成，?；ㄅ?，王春英

中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249

地質分析來源于巖礦分析，從60 年多前的濕化學分析至30 多年前的儀器分析到近20 年自動化、智能化、信息化、高精度、高準確度的整體及微區的現代地質分析。1990 年第一屆“地質分析”國際會議在加拿大召開；1997 年6 月“國際地質分析者協會”宣告成立[1]。從此“地質分析”一詞已為越來越多的分析者所接受，它比“巖礦分析”具有更廣泛、更深刻的內涵，更能表達地質材料分析領域的現代發展[2]。地質分析方法、技術手段的改進和提高，為油氣的生成、運移、儲藏的理論研究和技術研究發展注入了活力，使石油地質研究能力從宏觀走向微觀、從表觀走向本質，大大提高了石油勘探的準確性和勘探能力范圍[3]。地質分析也是現代地學，尤其是地球化學、巖石學、礦物學和環境與生態地質學強有力的技術支撐。為了適應這一變化，同時加強地質實踐教學，深化礦物學、巖石學等專業基礎課實驗教學改革成果，新世紀初我校為地質工程專業（原石油地質勘查專業）新開設了“地質分析測試技術”（選修）課程，下面就課程特點、教學內容及教學方法等課程建設問題進行探討。

一、“地質分析測試技術”課程特點

“地質分析測試技術”課程2003 年被納入我校地質工程專業教學計劃中，是面向地質類大四年級本科生的一門重要的專業選修課，是培養學生創新精神和實踐能力、實施素質教育重要的課程之一。其目的是拓展學生的知識面，提高學生動手能力與實踐技能，強化學生應用能力，培養合格的油氣礦產資源勘探開發、研究和應用的科技人才。

1.課程涵蓋實驗方法多

科學的發展引起地質分析測試技術革命性變化，實驗測試技術由傳統的無機分析發展到有機分析與形態分析，從宏觀的整體分析轉為微觀的微區原位分析，從常規化學分析進化為大型儀器分析，由單元素分析發展成多元素分析與同位素分析，從室內分析拓展至野外現場分析，整體是一個更龐大、更復雜、更困難的綜合分析。課程涵蓋面廣，包括傳統的化學分析方法及應用、普通的儀器分析方法及應用，現代大型儀器與現場便捷式儀器分析方法及應用，海量分析數據處理方法等，實驗方法幾十種到上百種。

2.專業性強

巖石礦物分析技術除少數的經典方法外，傳統的化學分析方法大多已被高準確度、高精度、自動化和智能化的多元素快速儀器分析技術所取代[3]。各種技術所涉及實驗設備千差萬別、大小不一，大型設備技術先進、操作使用與數據處理專業性極強。多所地質院校和綜合院校相關專業以純有機或無機分析測試技術（元素分析與成分分析- 傳統巖石礦物分析）、現代分析測試技術、各單項儀器分析技術獨立開課，顯示測試技術特有的專業性。同時為滿足石油天然氣勘探開發、研究生產的基本要求，具有鮮明的石油特色，課程主要涉及地質古生物、儲層與蓋層、烴源巖與油氣運移三大方面分析測試，每一方面所采用的方法都較多，不同方法專業性較強。

3.實踐應用性強

地質分析測試技術主要是講解現代地質分析測試技術的基本方法、基本原理、儀器組成、結果分析、樣品要求等基礎知識，以及多種地質分析測試方法油氣地質學應用、多種技術間的區別和聯系，達到綜合運用各種現代地質測試分析技術解決實際生產問題，其應用性強，與生產實踐直接相聯系。如X 衍射分析（XRF）可以檢測全巖元素種類與含量，特別是粘土礦物含量，利用這一方法就可以測定在常規顯微鏡下無法檢測到的粉末狀樣品的巖石組分，確定巖石類型，并可以定名。也可以檢測泥漿組分，分析鉆井工程中泥漿是否符合設計要求，這樣可以解決大量生產實際工作問題。

本課程具有理、工兼修的特性，有大量的抽象理論(概念、分析原理)與實驗步驟、要求需要理解和記憶，更有精選的十幾種具體方法需要通過多種形式的具體實驗及海量的實驗數據分析來認識及熟練掌握，很容易造成學生難以理解和接受，甚至完不成實驗與作業，從而影響教學效果。同時，該課程課時設置僅為32 個學時，一定程度影響了學生對“地質分析測試技術”課程進一步學習，在有限的時間內學生要想全面而系統地掌握地質分析的基本方法存在一定的難度。如何讓地質分析能夠更好地和油氣地質工程專業密切結合起來，為學生的多方面能力與素質提高及全面成才奠定良好的基礎，是該課程建設的前提和關鍵。

二、“地質分析測試技術”課程教學內容建設

課程內容的精心設計與安排是本課程建設的核心，為實現教學目的、達到較好的教學效果，必須在以下方面對教學內容進行精心設計與組織。

1.優化教學內容突出石油專業特色

本課程是一門集理論性、科學性、生產實踐、實驗測試和地質研究緊密結合的應用地質學課程，是由巖石礦物分析測試技術發展而來的。在石油院校本科生中單獨設置課程相對時間較短，初步調查顯示在石油院校僅中國石油大學在本科生階段開設此課程，其他高校（如北京大學、南京大學等）的地球化學、地質學等專業均開設相關的單項測試分析課程，體系龐大、內容繁雜、使學生感到類多條繁、難以掌握，因而需要優化課程內容。

地質分析最原始的基本內容是測定巖石和礦物的化學組成、不同賦存狀態下元素及化合物（不同組分）的含量。我校培養的地質工程學生主要面向油氣勘探開發生產，在油田行業就業為主，同時在我校已開設有機地球化學方面分析測試選修課程，因而在設計教學內容中就必須做到“有所為、有所不為”，篩選分析科目、弱化儀器本身原理介紹，突出石油專業特色—研究油氣的生成、儲集和保存及有效開采，確立本課程以沉積巖中砂巖和灰（云）巖（儲層）和泥頁巖（蓋層）特征測試內容為主，重點體現傳統巖礦分析技術在油氣儲蓋層研究中應用和現代測試分析技術最新發展成果。

儲蓋層測試主要確定巖石類型、膠結物特征、孔隙特征、對儲層及封蓋能力作用評價。主要涉及分析樣品—重點是沉積巖（砂巖和灰云巖及泥頁巖）樣品（地質分析樣品取樣要求、樣品處理及污損防治、標準物質），儲油氣層常規分析方法（顯微鏡分析、粒度分析、重礦分析）、X 射線衍射分析法（XRD）及應用、微束分析法與現代表面分析技術（掃描電子顯微鏡-SEM、透射電子顯微鏡-TEM、電子探針-EM、X 射線能譜儀-EDS 等）及應用，陰極發光（CL）與熒光分析（FL）及應用，包裹體分析及應用，光譜分析（紅外光譜、原子光譜、激光拉曼光譜、核磁共振譜等）及應用，同位素分析及應用，現代蓋層及泥頁巖基本分析與測試（突破壓力測定、納米微孔隙分析等），其他現代地質分析測試技術及應用簡介，野外現場分析技術（巖心分析、現場實驗室構成與測試項目）。課程重點在于油氣地質學應用，重在解決油氣地質研究與生產問題。

在教學內容選擇分清主次與特色，理論和方法并重，增加實際方法與應用案例解剖。既要全面介紹相關的地質分析技術及理論，又要把各種方法在圍繞為油氣儲蓋層測試分析及應用這一主線上構筑成一個完整的體系。因此，教學內容的組織安排必須突出理論聯系實際，融知識傳授、能力培養、素質教育于一體，努力提高學生的主動性和創新能力。

2.精心設計實踐教學內容

實踐教學是鞏固理論知識，加深對理論認識的有效途徑，是培養具有創新意識的高素質專門人才的重要環節，更是培養學生科學思維方法，科學研究能力和創新能力，提高學生綜合素質的重要平臺。在課程建設與整個教學中，堅持理論與實踐的教學模式，重在追求實用效果。在學習基礎理論、各種方法簡介及應用的前提下，精心安排和設計各類實踐教學內容。根據課程大綱的要求，設計和安排了四個層次的實踐教學環節。

（1）分析樣品認識實習教學環節。結合礦物學、巖石學、石油地質學及油礦地質學理論知識，帶領學生描述各種儲層、蓋層巖心，學會區分真假巖屑，野外實地觀察與描繪地質現象，認識樣品及其空間組合特征。

（2）樣品制備實踐教學環節。在學習完各種測試技術對樣品要求基礎上，按要求取樣、處理樣品，達到熟悉不同地質分析方法及不同類樣品取樣基本要求，并要求學生熟練掌握其中幾種制樣方法。如微束分析樣品制備，學生自采樣，并以樣品和具體分析項目在教師指導下對樣品進行預處理（洗油、磨制、酸化、凈化、干燥）—上樁粘接—鍍膜等工序處理，完成制樣工作。

（3）大型設備參觀認識實驗教學環節。這是一種認知型的實驗教學環節。通過對校內外各種大型儀器設備（如SEM、EDS、XRD 等）進行參觀學習，了解大型儀器工作條件、簡要原理與特征、樣品要求及地質應用。

（4）測試分析方法綜合設計實踐教學環節。要求把所學到的知識靈活應用，針對地質生產與研究目的設計多種分析方法，各類地質分析結果串聯起來，完成一個綜合性實驗方案。這是一個綜合性和設計性實驗，對學生要求高，對每項分析方法均要融會貫通、運用自如，同時還要分析海量、復雜的實驗數據，學生須經過一定的專門訓練才能達到目的，因而由五人一組共同完成。此環節旨在培養學生在實際工作中運用理論知識及分析技術解決現場問題的能力。

課程中學生具體實驗學時為8 個學時，前三層次以作業和實驗報告形式檢驗、以個體完成為主，平均每項兩學時。綜合性實驗課堂安排2 個學時，教師主要在方法、實例及要求介紹，小組成員討論選擇工區和研究方案并分工，最后形成報告與PPT 完成后，并向全班宣講和大家評判與修改，最后上交綜合實驗分析報告。

加強實踐環節，提高學生分析問題和解決問題的能力是石油地質課程內容建設重點之一[4]。實踐教學環節是教學內容中的一個重要組成部分，精心設計實踐環節有利于創新班和卓越班及其他以培養創新能力為己任的同學，得到了綜合實踐的訓練，增強了他們發現問題、分析問題和處理解決問題的能力。

3.教材建設

教材建設是課程建設的重要載體[4]。教材是教學體系、課程內容、教學目的與思想的具體反映。教材要求內容豐富、系統完整、重點突出、并能反映國內外新的進展和發展趨勢[4-5]。巖石礦物分析類教材較多也較舊，且多為純有機或無機分析測試論述、分項技術論述（單行本），多見專業性非常強的儀器與測試技術介紹，儀器介紹相對全面，在適用性與綜合性上存在一定不足，不符合本課程教學大綱要求，急需進行改革。在此背景下于2009 年設立“地質分析測試技術簡明教程”教改項目，邁出課程教材建設的第一步。

課程組在2006 年與2007 年曾兩次編寫《地質分析測試技術講義》，進而在2008 年開始編寫了《地質分析測試技術簡明教程》（試用稿），并于2009、2010 年試用和適當修改。2011 年10 月底編寫出《地質分析測試技術簡明教程》（征求意見稿），并送請相關專家審閱，得到多位專家建設性與指導性意見。2012 年綜合多屆學生使用情況反映與意見，聽取多位專家修改意見進一步修改，厘定油氣特色的內容，摒棄過時的知識，增加時新性、實用性、注重實踐性，突出油氣儲層與蓋層測試分析技術特色，完成了《地質分析測試技術簡明教程》（送審稿），并在2012 年使用中得到好評。在此基礎上進一步完善，力爭早日出版。

實驗實習指導書是教材的補充和重要組成部分，正在編寫與教材相匹配的與各實驗教學環節相適應的實驗實習指導書。講義與教程在每一部分中設置一些在教材中或一些參考書中能找到答案的思考題，以培養學生讀書的興趣。

三、地質分析測試技術課程教學方法探討

教學方法與教學手段改革是課程建設的永恒主題，合理的教學方法和先進的教學手段是保證教學質量的重要前提[4，6]。課程組根據個人特長、專業特點，開展教學方法和教學手段的探討，靈活運用多種教學方法，取得較好的教學效果。

1.優化教學手段，采用多媒體教學

多媒體教學是當今普遍使用現代化教學手段之一，是提高教學效果的有效途徑之一。針對本課程特點使用多媒體教學，一方面可以利用豐富的網絡儀器介紹資源，借鑒兄弟院校成熟的單相儀器課程課件，有效地增加課堂上的信息量，促進課程體系的優化，并促使大家查閱更現代分析方法與應用，更便利地將更多的新內容補充到課堂教學之中；另一方面可提高課堂信息傳遞的質量，使紛繁復雜的儀器分析簡化，突出油氣地質應用。借助現代化的教育手段，促使抽象的教學內容、復雜的儀器原理更為具體。如地質歷史時期形成的自生礦物，經過幾萬年、幾百萬年的時間，為了使其重演，使其抽象的形成理論變為可認知的過程，這時就必須使用多媒體技術，才能使同學一目了然、心領神會；教學中通過動畫能再現實驗和測試過程，模擬錯誤實驗步驟會造成可怕的結果，對比不同方法優劣，形象而讓學生記憶深刻，易于學生學會不同的分析方法與掌握正確的實驗步驟。這樣增加了學生的感性認識，激發了其學習興趣，有效地提高教學質量。

多媒體課件的制作力求直觀、美觀、條理清楚、概念準確，內容上多圖片、動畫、視頻，少文字；強調教學內容的概括性、理論知識的條理性、各種插圖與動畫的生動性，真正能起到教學內容的優化作用。在多媒體課件的設計中，注意課件與教學大綱、教材的有機結合。多媒體課件的內容以教學大綱為準，不是教材的翻版，而是教材內容的精選。

課堂上多媒體教學同時，適當配合板書和實物講解，傳統的板書和實物講解教學手段不過時。如在巖心描述教學中，多媒體顯示了不同地區的碎屑巖、碳酸鹽巖、變質巖和巖漿巖巖心圖片，信息量大、特征也很明顯，學生掌握還是比較困難。教師可以直接拿巖心標本給大家展示，回答同學觀察巖心時的疑問，并讓同學反過來讀圖片，大家易于掌握。巖心的認識和標本的認識是一樣的，需要通過學生自己去認知，老師只能起一個輔導作用，這種傳統的教學手段是不能拋棄的，反而要給予加強。

課程組在教改項目實施及幾年教學實踐中，深入油田現場調研，了解國內外其他院校課程內容和結構，主動和油田現場（生產一線與實驗室）人員結合，了解油田生產所需，收集整理國內外文獻與油田生產、研究實驗資料，特別收集典型地質測試分析實例，達到校內外結合，歸納總結、反復修改，初步完成了本課程多媒體課件建設，并得到多屆同學和多位專家的好評。

2.剖析典型案例法及多種方法手段并用

幾年來，課程組每一位成員時刻牢記自己的使命，探討更加符合石油類地質工程專業所需的地質分析測試技術課程的教學模式，精簡知識點，開展典型分析技術教學，解剖典型油氣田地質測試分析實例，探討啟發式、討論式、研討式、案例式、探索式等新型教學法與教學方式。如解剖砂巖儲層中粘土礦物分析，展示并比較SEM、EDS、XRD、EM 等分析技術中不同種粘土礦物及混層礦物的單體及集合體晶體形貌與結構、譜圖、組分含量等特征，顯示粘土礦物的顯微形貌、顯微成分分析及元素微區分布特征，借助區分與鑒別粘土礦物這一目的，學習多種地質分析技術方法及在砂巖研究中的應用，使零散乏味的多種方法串起來，也使每種方法的應用得以對比，突出了各自特點，使大家更深刻、更全面地認識了粘土礦物的表征。

課程教學工作中，充分與學生接觸和交流，聽取多方面意見，針對學生的合理建議，改變傳統的“滿堂灌”式教學方式，增加啟發性思考的課堂時間，確立以學生為學習的主體思想，大膽嘗試多種新方式，增強師生互動和學生間的互動。如讓一部分同學分析海量實驗數據，對多種實驗結果進行解釋、自圓其說；讓另一部分同學描述野外巖石樣品與實驗室巖心樣品并采集照片，完成基礎認識實驗分析，進一步探討巖石成因、環境意義和含油氣性分析；再讓一部分同學在老師指導下自行設計實驗完成某一方面測試項目，編制實驗方案，分析部分完成實驗結果等等。通過這些方式展示大家成果、并討論，營造了良好的課堂氛圍，在參與中提高了同學的學習興趣與積極性，特別提高了大家的自信心與講解匯報時的膽量與技巧，從而提高學生分析問題和解決問題的能力。

課后及完成各實驗環節后也適當留思考題，讓同學課下查閱資料，相互討論，在研討展示課上由每個小組選取代表闡述觀點、討論、交流，從而加深印象，啟發思維。

以課程建設及教改項目實施為契機，通過對“地質分析測試技術”課程結構優化與課程內容精選、多媒體完善、多種教學手段使用等，使教學內容既繼承傳統巖礦分析測試技術的方法與理論，又體現出油氣儲蓋層測試分析特色、強化測試結果在石油地質具體研究與生產中的應用，而不過分強調實驗原理和步驟的掌握，在有限時間內最大限度地滿足教學要求，提高學生學習興趣，最終為提高“地質分析測試技術”課程教學質量，為培養應用型、創新型人才及學科建設服務。同時也殷切希望能得到地質分析界、教育界以及關注地質分析技術本身發展及人才培養的專家學者有益建議和指導。

[1]Kane R J.Foreword.Geoanalysis’97[J].The Analysts,1997,122(11)：1177.

[2]王毅民，王曉紅，高玉淑.地球科學中的現代分析技術[J ].地球科學進展，2003，18(3)：466-482.

[3]徐書榮，王毅民，潘靜，等.關注地質分析文獻，了解分析技術發展地球科學中的現代分析技術—地質分析技術應用類評述論文評介[J].地質通報，2012，32（6）：994-1016.

[4]柳廣弟，高先志，李濰蓮，等.“石油地質學”精品課程建設的經驗與啟示[J].中國地質教育，2008，(4)：109-112.

[5]王文峰，曾勇，郭英海，等.實用型“煤礦地質學”課程建設[J].中國地質教育，2007，(4)：135-137.

[6]吳勝和，徐懷民，吳欣松，等.“油礦地質學”課程建設與改革[J].中國地質教育，2010，(1)：32-35.