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構造地質學課程教學研究3篇

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構造地質學課程教學研究3篇

構造地質學課程教學篇1

2009年宿州學院被批準成為安徽省首批示范應用型本科高校.本院2007年設立地質工程專業,圍繞煤炭行業為主體,建成集工程地質、水文地質、能源地質多方向協調發展的學科體系.構造地質學是地質工程專業的一門專業必修基礎課.在能源結構調整的新形勢下,適時調整專業培養方案是學院提出基于“動態能力”構建地質工程專業人才培養體系的重要組成部分.

1教學現狀

目前宿州學院地質工程專業“構造地質學”課程,根據專業培養計劃、學校特色,為學生講授狹義構造地質學相關內容,偶涉及大地構造學.該課程課時量為48學時,其中42學時為理論教學,6學時為實驗教學.理論課主要讓學生掌握專業名詞、基本概念、基本原理.實踐教學包括認知實驗與驗證性實驗.認知實驗,即通過構造模型加深學生對地質構造的感性認識.驗證試驗,即學習編制與閱讀構造地質圖件.總的來說,當前本校構造地質學教學方案、教學思路,基本能滿足構造地質學的教學要求.在教學過程中發現一些問題,主要有:(1)課時量偏少.尤其是在實踐教學環節(2)實踐教學環節薄弱,不僅表現在課時量少,同時一些有利于學生理解相關概念的驗證性實驗未能開展.(3)學生地質思維能力薄弱,時空觀較差.(4)工程地質及水文地質案例和科研引入不足等.

2對課程改革的一些思考

在煤炭行業下滑的新背景下,結合筆者近年教學經驗及本課程的特點,認為“構造地質學”課程改革應緊緊圍繞地質工程專業改革方向,狠抓理論實踐基礎,擴展市場適用性,從以下幾個方面著手落實.

2.1夯實常規理論教學

教師應盡全力準備教學PPT.教學PPT除了專業性外,應盡量做到美觀且可讀性高[3].例如地質構造有豐富的野外地質照片,將野外工作中典型的現象向學生展示,不僅增強PPT的可讀性,而且教師的親身經歷也增強了知識點的吸引力.再如講到“褶皺的成因分析”,學生對剪切褶皺作用如何形成褶皺這一機制以及為什么這種褶皺屬于被動褶皺,理解不夠深入.構造模擬比較繁瑣,而語言表述又缺乏直觀性.本人將從網上獲得的剪切褶皺作用動畫向學生展示,解決了這一問題.在兼具美觀性的同時應強調其學術性,每一種地質構造都要融入科研及實際地質工程案例.如中國山脈分布與大地構造的關系;油氣藏圈閉與褶皺、斷層的關系;三峽大壩選址的工程地質問題;地下水徑流與斷層、節理的關系等等.通過教師親身經歷的科研成果和實際工程案例,使學生深刻理解學習構造地質學的實際意義,激發學生學習熱情,讓學生對未來就業領域和就業前景有所認識,增強專業信心和自豪感.教師不僅要明確“構造地質學”教什么,怎么教,更應該思考如何提高教學效果.本校地質工程專業大部分學生報考第一志愿非本專業.如何激發學生的學習興趣,除上述科研工程實例外,教師扎實的基礎,廣闊的視角,專業且不失新鮮感的PPT等也能激起學生的學習興趣.

2.2強化實踐環節

通過開展驗證性教學實踐———沙盤模擬實驗,強化實踐環節措施.如V字形法則,需要學生較強的空間想象能力.學生自己動手建立沙盤模擬比實際模型更直觀,更有利于建立空間概念.強化實踐環節的另一措施是增加野外實踐課時量(一周),增加野外實踐在課程考核的比例(20%).以往構造地質學實習主要集中在大二暑期巢湖綜合野外地質實踐.內容豐富,時間緊張,且實踐時間在課程學完之后,教學效果不佳.在這種情況下,開發宿州學院周邊地質資源,建立一條專門的構造地質學實踐教學路線勢在必行.如上完褶皺這一章節,帶學生到路線上看不同類型的褶皺,根據實際的褶皺構造,描述褶皺的要素,褶皺伴生構造,探討野外鑒別褶皺的方法,形成機制及與區域構造事件的關系.不僅有利于學生對地質構造的感性認識,也將室內學習的知識進行系統化的鞏固[4].強化實踐環節措施之三,與現場生產聯系程度需要進一步提高.與宿州學院周邊地礦單位合作,安排學生到單位進行1~2天的參觀學習,了解地質工作流程,邀請相關人員向學生講解構造地質學在資源、能源開發、工程實踐中的重要作用和地位.

2.3注重學生地質思維能力的培養

在構造地質學的教學過程中,強調理論知識及野外技能的積累是基礎,同時更應注重學生地質思維的培養.地質思維指的是由地質現象推斷地質構造演化與形成過程的能力[5].教學中所列舉的地質現象是有限的,因此掌握方法、舉一反三,能使學生迅速勝任未來的地質工作.地質思維能力的培養需要理論教學(包括地質讀圖)與野外實踐一起抓.在理論授課中,各種地質構造是分開講解授的,而實際上一次構造事件可能形成多種地質構造,一種地質構造也可能是多期次構造事件的疊加.要引導學生思考如何將地質構造現象綜合起來,又如何在大地構造背景下認識地質構造,從而了解其形成過程.地質讀圖是訓練學生地質思維的另一途徑.地質圖要素眾多,內容復雜.課堂講授中應將表象的地層特征、巖漿巖、構造現象,地質體之間的接觸關系置于該區域大地構造背景下,理解其形成機制.野外實踐中嘗試“學生獨立觀察描述,提出問題—老師講解—學生總結—老師總結”的模式.該模式不僅能夠訓練學生準確識別地質現象和運用專業術語的能力,而且能夠發揮學生的主觀能動性.總之,不局限于表象,透過構造現象,看到演化本質,這種地質思維能力的培養在構造地質學的教學過程中任重道遠.

3結語

為適應當前煤炭行業整體下滑的新形勢,適應社會需求,必須加快對宿州學院構造地質學教學體系的改革.根據學校實際情況和教學現狀,立足應用型人才培養目標,激發學生對構造地質學學習興趣,增加科研元素和工程案例,強化實踐教學環節,注重學生地質思維能力的培養,同時加強與地礦單位的合作,來有效提升地質工程專業的市場適用度.

作者:閔寧 孫林華 王明梁 散飛雪 單位:宿州學院資源與土木工程學院 中國地質大學( 武漢) 期刊社

構造地質學課程教學篇2

構造地質學是地質類專業的必修課程。構造地質學是與物理力學密切關聯的學科,構造地質學特別強調尺度的概念,大尺度可以粗線條,如大地構造的分區,小尺度就是需要細致的觀察,本科教學主要側重于中小尺度的構造類型。構造現象是地質體受力變形的結果,由于物體的受力狀態差異,所以形成不同的構造類型,這些構造現象可以千姿百態,變化萬千,但都可以歸納到教材中所講的幾類。如原生構造類的沉積構造和巖漿巖體的原生構造,次生構造則是構造地質學課程教材中重點講解的內容,如褶皺、節理及斷層,這其中褶皺以其幾何形態而易于理解和接受,而斷層則不那么容易領會和判別。通過幾年的教學實踐,體會有以下幾點。

一、教學總體思路

1.基本概念講解

首先要講解基本的概念術語,讓學生知道哪些是屬于構造現象,這些現象基本的幾何學特征是什么,以及它們的基本分類。常常我們在碩士生招生面試時候問及各種構造的分類問題,回答效果差強人意,顯示學生對這些構造類型的理解尚不夠深入,可能課堂上沒有直觀感性認識。個人認為專業名詞概念仍然是最基本的,這是學習的基本規律,要求先記憶,再理解,這是目前普遍的模式。

2.強調實踐教學

其次構造教學過程中必須要強調實踐,耳聽為虛,眼見為實。舉個例子,對于雁列節理的排列方式(如左行右列,右行左列,右行右列,左行左列),學生不好接受,在野外現場針對雁列脈的講解則能起到事半功倍的效用,因為可以現場比劃判斷。在帶實習的過程中,了解到學生對構造現象其實是很感興趣的,有些構造現象可以說是非常生動的圖畫,比如說褶皺巖層在人們印象中是冰冷的,強硬的,可是竟然形成各種彎曲的形態,是什么力量如此強大?比如華山千尺幢的垂直節理是如何形成的?在這些鬼斧神工的構造變形現象背后可以想象當初巖石受到了多么強大的應力作用,當然這些永久性的變形構造的形成非一日之功,尤其褶皺,是長期緩慢變形的結果,這也是流變的表現。

二、教學內容側重點

1.關于斷裂構造的教學

節理和斷層都屬于斷裂裂隙(fracture)。開裂面的性質可以幫助判斷是張節理還是剪節理。斷層往往具有多個(組)破裂面,所以斷層要比節理復雜的多,主要在于其破裂后的復雜變形史,由于沿斷層面的旋轉運動,所以斷層的效應要復雜得多,斷層的二元結構是對巖石在不同構造層次變形的直觀反映。在野外構造地質研究中我們觀察斷層效應首先是從地質圖上發現和了解的,大型斷層對成巖成礦的控制是十分明顯的,野外所見斷層帶產狀凌亂及逢溝必斷的諺語也比較直觀地反映了對斷層活動特點的認識。對于斷層的野外觀察,在帶學生野外實習過程中,首先是要學生從雜亂的產狀歸納出主要的延伸方向即斷層的走向,而要做到這一點,必須找到斷層的邊界,因為造成巖石斷裂的能量畢竟是有限的,斷裂不可能無限擴展,在橫向(寬度)和延長(走向)都有終點。由于斷裂活動依賴的是能量的釋放,能量大則擴展順利,寬度長度都大,能量大是可以產生很多分支,末端能量衰減,則會產生收縮復合現象。斷裂的多次活動則會產生復合脈或者使斷層巖的形態發生明顯變化,尤其是粒度的變化明顯,無論是脆性斷層或韌性斷層,斷層巖的細粒化是主要的,當然在韌性斷層后期會有變質重結晶,即先細化后生長如構造片巖(構造片麻巖)等。

2.關于劈理、線理的教學

劈理是一組密集的平行面,有時候在野外我們對于斷層劈理常用片理面來描述,破劈理常與剪節理分不清,在野外有些斷層是由節理密集帶發展而來,這樣的節理常有破劈理的特點,斷層的表現也常常以片理化帶的形式出現,這種平行的裂隙面顯然是斷層面剪切滑動的結果,或者表現為擠壓片理化帶。斷裂劈理與主斷層面有夾角,反映斷層運動中的旋轉特征,銳角指示對盤運動方向,片理化帶往往代表了斷層帶的總體產狀。在褶皺發育地區也常見到層間劈理,可以幫助判斷地層的層序及轉折端位置。這些理論知識在課本上是平面的,在野外卻是鮮活的、立體的。比如我們根據擦痕和階步來判斷斷層的性質,在課堂上講解學生往往理解不透,在野外卻能針對具體擦痕現象講解得比較清楚,比如會涉及線狀構造的產狀,擦痕通常是側伏的,現場測量側伏角、側伏向,并就此判斷斷層的運動性質,是左行右行還是正逆斷層,都能一清二楚,只要講解一遍,學生就可以有深刻印象。擦痕上常有一些低溫的滑抹晶體,也是一種線理構造,所以這種構造形象從形態到成因都可以系統地了解,野外真正是構造地質研究的天然實驗室。對于線理構造的理解,線理產出往往與褶皺有關,大型B線理平行于褶皺樞紐方向如窗欞構造和石香腸構造,雖然受力方式不一致,但線理延伸方向均平行于運動學的B軸方向。桿狀構造的石英棒往往是變質分異的結果,含硅質的巖石在淺變質過程中變質分異造成硅質組分的相對集中運移,且沿著應變橢球體的B軸方向延長,其實這是構造化學作用的結果或者是壓溶作用的結果,力學作用積累的物理能轉變成化學勢能從而驅動物質的溶解遷移和沉淀,也可以稱之為動力分異結晶作用。

3.關于流變學內容的教學

巖石流變學現在已成構造地質學的前沿,如何理解和研究流變學,這是教學的難題。褶皺、劈理都是塑性流變的結果,流劈理講的是物質組成的重新排列,是在強烈變形(應變)下的結果,流動變形特別強調微觀的塑性變形機制,這是顯微構造地質學研究的內容。巖石的力學性質隨著深度的變化而變化,這是不同層次巖石變形差異的根本原因。總體上強調巖石在淺部層次是脆性的,深部會發生韌性變形即塑性變形,我們在地表看到大量的節理或者斷裂變形是巖石抬升出露到淺部地表發生的變形,一般是比較晚期的變形,像褶皺這樣顯示強烈塑形變形的構造形跡,其形成時期一般處于一定的深度,是巖石韌性條件下的變形產物,可以說褶皺的形成過程可以觀察,斷裂卻是瞬間裂開的,不過二者都是長期受力的反映,都是應變集中釋放的結果。斷層片理化帶代表了強應變帶,反映斷層性質有韌性特征,如果S-C面理發育就可以稱之為韌性斷層(剪切帶),其實褶皺也有接觸應變帶,應變帶的寬度主要受強硬層的主導,強硬層的勢力范圍就是應變帶的寬度,所以無論斷裂構造或褶皺構造都是一種力學變形效應,是有邊界的,再越過邊界就進入正常的未變形的巖石。當然造山帶褶皺變形很強烈,會使得卷入的地層都發生強烈的變形。破裂變形尤其節理都是脆性變形,褶皺是流動彎曲變形,韌性斷層也是流動變形,是一種黏滯變形,所以褶皺的描述中有黏度的概念,是一種整體的塑形變形。只要不強行拉斷,會黏結在一起,這就是物體的黏性或延展性(韌性),物體彎曲而不斷裂說明韌性好(黏性好)。

三、科研實踐中對成礦構造的理解

構造現象野外觀察的重要性還反映在對實際地質問題的研究上。在成礦構造的研究中,常會提到導礦構造,通常指的是大斷裂,因為成礦物質或流體是來源于深部的,雖然地球化學同位素研究顯示可能有大氣降水的參與,但流體主體還是深部來源的,因為地球內部的水是巨量的,現在很多研究甚至認為地幔流體參與了成礦,深部存在巨大的流體庫是不爭的事實,地球化學塊體中的成礦元素長期受到這些流體的淋溶,所以有用元素的濃度增加,形成了成礦流體,既然是流體就會流動,各類構造裂隙就為流體的流動提供了空間,這就是導礦構造,從礦床學的角度來說源、運、儲是成礦作用的三個節點,容礦構造提供了礦質沉淀的空間場所,也就是我們看到的礦床位置。有時候我們會犯“騎驢找驢”的錯誤,知道礦床在哪里,礦體在哪里,卻不知道控礦構造在哪里,顯然對容礦構造的理解還只是停留于表面。實際上從我們的實踐來看構造形跡如何找尋,只要看礦床的空間位置,這也就是礦床大地構造或礦床(礦田)構造研究的靈魂所在。我們看到的礦床實際都處在構造的節點上,尤其是幾組斷裂的交匯處,如同打疫苗畫十字一樣,這樣的(成礦)效果最好,各個方向的流體都可以匯集到這個節點上。從而有利于成礦。再比如板塊構造對成礦的控制,環太平洋的斑巖銅金成礦帶,顯示匯聚背景下地殼重熔形成的酸性巖漿對成礦的制約作用,大的構造背景制約了成礦類型。中小尺度的斷層及褶皺節理層間裂隙往往是直接控制礦體的構造,特別是巖性的分層界面,如硅-鈣面是化學分界面,是酸堿界面,流體中礦質的溶解度受到酸堿度(pH值)的影響較大,溶解度大呈流體溶解態,溶解度小呈沉淀態。巖性分界面也是力學界面,易于形成裂隙空間,力學和化學雙重界面性質決定了沉淀場所。所以成礦構造的研究必須結合礦體的特征來分析,尤其是礦體的三維形態表現,往往有反映礦床成因的奇效。比如我們最近在湘西花垣整裝勘查區的研究,研究區的含礦地層為下寒武統的清虛洞組的礁灰巖,地層產狀平緩得量不到產狀,所以該區古生代以來的構造運動主要是垂直升降運動,水平擠壓變形顯然十分微弱。該礦床長期以來認為是層控型礦床,我們通過野外調查發現礦體產狀有似層狀及脈狀礦體兩種類型,似層狀礦體的富礦體呈現團包狀或透鏡狀,且通常旁側都有陡傾脈狀礦化伴隨。脈狀礦體有流體液壓致裂的現象,角礫巖的膠結物有方解石型,白云石型及重晶石型,顯示有不同成分的流體從深部上升。因此我們提出后生熱液成礦的新觀點,并指出陡傾脈是深部流體的運移通道,是對礦床成因的新解釋,我們提出的關鍵成礦因素就是礁灰巖加斷裂構造二者復合地段是有利的成礦部位,這對于指導深邊部找礦預測具有重要的意義。

要講好構造地質學課程十分不易,主要是構造過于抽象,不像巖石礦物在室內就可以很好地研究,課本上的圖解都是平面的,實際地質體的構造是三維立體的。如何從抽象到具象,唯一的途徑是野外調查,這是構造學科不同于礦物學巖石學礦床學的根本原因。由于野外調查的艱苦性,尤其是構造研究描述性的表述居多,往往不能發表高水平論文,所以近些年來構造學科的人才流失嚴重,地質專業的學生多數不愿意從事構造方向的研究。構造問題就像是疑難雜癥,同一構造現象常有不同的爭論,比如斷層性質的判斷,多期活動常造成正、逆性質的轉換,所以單純說是正斷層或是逆斷層是過于簡單的。構造地質學知識的學習非一日之功,特別是理解和運用構造地質學知識去解決實際的工程問題和找礦實踐需要長期的積累和思考。常常在野外看到的現象是孤立的,必須要放到一個背景中去思考,也就是情境中去思考,這樣才能不犯以偏概全或者盲人摸象的錯誤。常常我們提出一個理論模型,是需要尋找一系列證據做支撐的,并且反復修正理論模型。構造地質的學習需要踏實的態度,現在地學界對地球化學的研究推崇比較流行,所以在平行學科中地球化學類的學科發展很快,而傳統的構造學和巖石學發展則大大滯后,這是需要扭轉的。萬天豐發文感慨現在構造地質學到底怎么啦;在2012年武漢召開的全國第四屆構造地質會議上,許多構造地質界的前輩也大聲疾呼要重視傳統的構造幾何學的研究。可以說沒有野外調查的構造研究是無本之木,野外調查是基礎,室內結合構造年代學確定不同期構造活動的時代,建立構造時空演化史,野外和室內二者有機結合才能相得益彰,產生放大效應。

作者:孔華 唐宇薔 許明珠 趙佳進

構造地質學課程教學篇3

“構造地質學”是地質學的三大基礎學科之一,是地質類專業本科生必修的專業基礎課程,在本科教學中歷來受到重視。早有學者從教學內容、教學方法等方面討論了課堂教學、課程設計、野外實習等環節的教學改革措施[1],或者在課堂板書、思維訓練等方面提出了具有特色的教學模式[2]。近年來的教學經驗指出,應堅持研究構造現象的尺度觀、方位觀、層次觀和時間觀的教學主線[3],可以通過課程教學中的實物或動畫演示、地質制圖訓練及典型構造形跡的時空變化反演,培養學生的空間思維,建立時空觀[4-5],更有學者討論了構造地質學中的哲學性思維特征及教學[6]。構造地質學又是一門實踐性較強的學科,結合綜合性地質實習的內容開發構造地質學課程設計,可以提高學生的動手能力和綜合分析能力[7-8]。此外,不同專業對構造地質學教學的要求有所差異,在教學體系建設中尚應考慮專業特色的要求[9-10]。以往的研究側重于理論性和系統性,本文則是在課程教學過程中開展調查,主要調查了學生對課程學習的主觀目的、課程教學內容、教學形式與效果以及學生在近一個學期學習過程中的行為習慣等,針對不同問題進行了分析,總結了“構造地質學”課程教學中幾個應該注意的問題。授課班數為3個,選修人數為88人,問卷匿名收回,有效調查問卷65份。

一、學習的主觀目的性

調查問題:你認為學習“構造地質學”課程能得到什么收獲?調查結果顯示,大多數學生對課程學習的主觀目的清楚且正確,但對課程學習目的的理解還是停留在較為基礎的層面,很少能進一步上升到思維能力的培養,另外尚有極少數抱著混學分的學習態度,這樣的學習態度無疑是錯誤的,需要加強引導和修正。現今的大學生中少數學生的學習目的不明是毋庸諱言的,現在高校基本上實行學分制,不少學生只求修滿學分,不愿多修、避開難學課程,這些都是學習目的不明、沒有正確的學習動機的表現。盡管“構造地質學”是地質類專業基礎課,一般均設置為必修課,但仍然存在學生對該課程學習的主觀目的不明、動機錯誤的現象,需要教育者警醒。

二、課程教學內容的分析

課程教學包括課堂講授和課堂實習(即作圖訓練),分別設計了調查問題。調查問題有:(1)你認為“構造地質學”課程最難的內容是哪方面的;(2)你對課堂實習有何評價。“構造地質學”是一門比較綜合的課程,課程內容不僅僅是簡單的構造幾何學,同時包含地質力學、礦物巖石學、地層學等,尤其是地質力學部分,概念多、公式多,而且與褶皺、斷層、節理等構造的變形機制、成因分析密切聯系,而正是這部分內容使過半數的學生感到學習困難。區域綜合分析是構造地質學的高級進階,對這部分內容的理解和掌握是評價該課程學習優秀與否的重要標尺,也是成績較差的學生及格與否的底線。課堂實習主要是讀圖與作圖,讀圖與作圖能力是“構造地質學”課程教學的重點之一,也是地質類專業的基本技能,但是學生較普遍表現出動手能力不足的現象。考慮到初學者的接受能力,筆者在教學中都是將作業圖繪制過程演示一遍,然后關閉投影儀,指導學生自己動手作圖,盡管如此,真正能夠理解和繪圖的學生還是少數,較多的學生能聽懂,但又無從下手。因此,需要重點訓練空間思維能力。

三、教學形式與效果的調查

調查問題有:(1)你對講課的PPT有何評價;(2)你對教材有何評價。筆者經過多年構造地質學教學,不斷完善教學課件PPT,內容較豐富和全面,圖文搭配合理,還給出了專業詞匯的英譯名,學生對此持肯定態度。我校目前使用的教材是謝仁海教授編著的《構造地質學》,謝先生已逝多年,教材未得到修訂更新,由于該教材適合于我校的專業特色,因此仍在沿用,但在教學內容編排上,筆者的PPT中參考了其他主流教材,與沿用版本的教材有所不同,導致學生感覺到使用不便。

四、學生學習行為習慣分析

上課打瞌睡是一個老生常談的問題,即便是我們教師,在教學觀摩、聽報告等活動中也有類似現象。除了學生聽課不認真以外,教師講課水平、方式存在不足,甚至授課班級人數、教室大小、擴音器質量等都有影響。因此,應針對學生的反饋意見,教師首先自我查找不足,然后才是抓課堂紀律的問題。在本學年課程教學中,筆者有意識地通過助教對每堂課出勤人數進行了統計,但并非點名,筆者一向認為不能通過點名強制學生聽課,而是通過課堂提問發現經常性曠課的學生,以便客觀評價學生的平時成績。出勤人數呈隨機性波動(圖1),但結合教學日歷可以發現學生的一些學習行為習慣。調查期間的課程安排為周一1?2節、周四5?6節和周五3?4節,分析認為,學生出勤人數的波動與教學內容關系不大,而與上課時間有較大關聯:周一的1?2節出勤率最低,平均為86.5%,遲到的學生更多;周四、周五的上課時間出勤率較高,分別為90.8%和90.6%;出勤率最低點出現在國慶長假前后;課程的后期出勤率總體偏低。筆者認為,學生的學習積極性和自律能力決定了聽課的出勤率,周一早8點上課,相當多的學生起床晚而遲到,甚至曠課;長假前后不少學生請假出游,而把上課放在次要地位;還有一些學生不能保持學習的熱度,課程后期的出勤率是學習積極性虎頭蛇尾的表現。

五、結論

(1)教育者應重視學生的人生觀引導,做好學生的專業思想輔導,使學生樹立正確的學習目的和動機。(2)構造地質學包括多學科的知識內容,其中地質力學和區域綜合分析是該課程的學習難點,而空間思維的培養和作圖能力的提高是該課程的教學重點。(3)教學課件和教材是學生學習的主要材料,既要重視教學PPT的制作,也要重視教材的適用性。(4)大學生的學習自律能力尚不成熟,在重視引導的同時,也應加強學生管理,督促學生將主要精力投入到學習中。

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作者:汪吉林 屈爭輝 鞠瑋 李明 單位:中國礦業大學資源與地球科學學院

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