转自：中国科技教育
内容领域
地球科学
适合年级
6—8年级
大概念／单元
对地球资源的分层和分布建模
重要的前知识
沉积岩是由沉积物的风化、运输和沉积形成的。许多自然资源，如矿物，在地球的地壳中被发现，并以各种各样的方式被人类所普遍使用。
时间要求
3个55分钟的课时
活动概述
覆盖在原始地壳上的层层叠叠的岩层，被称为地层；地层的形成过程称为分层。地质学家利用地层学研究地层。地层学帮助地质学家探索地球的历史，研究化石并为岩石层测定年代。矿业地质学家按照地层的特点勘探矿石及矿藏。本活动叙述了1个为期3天的地层学实验室，这个实验室的内容包括相对年代测定，矿石和化石的沉积物，用制模黏土作为岩层制作地质模型，以及探索科学家发现矿藏的方法。
引 入
由于相对年代测定可能是一个不好掌握的概念，因此活动设计要激活学生原有的知识储备，并使他们把已有的知识与未知的内容建立联系。
为了给学生引入相对年代的概念，教师要求他们先想想家人的年龄。每个学生按照家人的长幼顺序写下他们的年龄，接下来全班同学讨论他们凭借哪些迹象判断家人年龄的大小。然后，告知学生进行岩石的相对年代测定是同样的道理，要解释清楚他们需要知道寻找什么样的判断依据。
此外，还要讨论相对年代测定对于了解地球历史的重要性。教师可以解释说，了解家族史和测定岩石年代是相类似的——知道家人的年龄很重要是因为可以知道你（学生）出生的时间和你生命中其他重要事件的时间；通过使用相对年代测定，可以在特定的地质单元发现矿产资源，所以我们必须了解这些地质单元是如何形成的，以便寻找特定的矿物和化石。
该实验室利用相对年代测定的知识模拟一个地质学家发现与地球历史有关的重要证据，如化石和矿石矿物。
探 究
学生的任务是制作一个地层里嵌入化石和矿藏的地质模型。不同颜色的黏土代表不同的地层。学生4人1组制作模型，每个小组成员被指定做下面4个角色中的1个：首席地质学家（组长）、沉积学家（沉积层的制作者）、古生物学家（化石和矿石的制作者）和地质历史学家（记录者）。
模型的每一个黏土层代表一个沉积岩层。沉积学家和古生物学家制作岩层和嵌入物：沉积学家将不同颜色的黏土叠放在一起做成地层，古生物学家将化石切开放在各地层中代表埋藏的化石，并使用红色的液体代表沉积的矿石。可以使用更坚硬的材料作为化石和矿石，如塑料玩具作化石，念珠作矿石。化石和矿石的沉积是各自独立的事件。例如，如果一片叶子被夹在两个岩层之间，下面的岩层是一个沉积事件，叶子化石的埋藏是下一个事件，上面的岩层沉积是接下来的事件。地质历史学家记录该小组地质模型的地层，以及化石和矿石的位置。
在第2个实验日，各小组将在“延伸和拓展”阶段（见图1）交换地质模型，找寻其他小组制作的模型中沉积的化石和矿物。学生们在纸盘上制作模型，做好后用保鲜膜包好放置一个晚上。
图1 1个小组的地质模型，有4层模型黏土，还有用于第2天进行探究的工具
解 释
在此阶段，学生们弄明白在先前探究阶段观察的结果和收集的数据。教师应该调整课程的这一部分以满足学生的具体需求。对于这个阶段，建议复习或引入斯坦诺定律和沉积岩及岩层的概念。斯坦诺定律的地层学理论对于理解沉积层的形成和检验地层模型呈现的地质历史证据至关重要。这些理论如下。
（1）原始水平律：由于重力沉降，水成沉积物是成层沉积的，沉积层在沉积的时候是水平的，或是接近于水平的。
（2）叠覆原则：在不受干扰的地层中，越老的地层越靠近底部，越新的地层越靠近顶部。
（3）原始侧向连续律：水平地层横向延伸，直到它们在其沉积盆地的边缘逐渐变薄直至没有沉积（尖灭）。
相对年代测定的概念对于检验地层模型呈现的地质历史证据也很重要。在地质和资源（例如矿物、石油）勘探中相对年代测定涉及不同地区、相同年代的化石的相关性和对比。一个重要的观点是，如果一个岩层中含有一个化石，并且我们知道该化石的动物生活的时间段，我们就可以得出结论——这个岩石是在该时间段内形成的。学生们通过在前面引入阶段的课上练习（按照长幼顺序排列家人的年龄）对于相对年代测定的概念会有一个基本的认知。
这次活动还要讨论化石是如何形成的。化石形成的基本步骤是生物体死亡，被掩埋，然后以某种方式被保存下来。生物遗迹被保存下来的方法有很多种，教师们需要根据这些概念中的细节层次决定讲解哪些比较合适。这些概念可能包括碳化、完全矿化、矿物质置换、铸模和铸型。
最后，可以讨论矿藏和矿产勘察，这会使学生们很兴奋，因为在延伸与拓展阶段学生们交换模型的时候他们可以挖金子（或选择另一种矿石）。全班可以讨论金子沿着断层和裂缝进入地层的沉积过程，或在地层单位内的结合。金块可以通过水的运动（如溪流）进入一个沉积层并沉积下来。按照逻辑接下来还要讲解溪流采样和勘探地质学的基本原则。
延伸与拓展
在延伸阶段，学生承担地质勘探工作者的角色。每个小组与另外一组交换他们的地质模型，但是保留他们记录下来的模型的地质史，这将是检验另外一组是否能正确阐述第一组地质模型地质史的标准。交换模型后，各小组使用吸管“钻”出岩心样品进行收集并分析（图2）。
图2 用吸管钻芯取样
教师指导学生要钻至少4个洞。但是钻6〜8个洞将获得更多的信息，并有可能得出更准确的结论。学生们将他们发现的结果记录在“钻芯日志”上。在岩芯样品中，学生找到地层中的矿藏和化石，为编写岩心样品的地史提供证据。钻取矿石后，学生们打开他们同学制作的模型的沉积岩层寻找矿石。
地质历史学家在“地质历史阐述”中按发生顺序写出地质事件列表，这个列表是各小组在讨论同学做的地质模型，以及在模型上“采矿”的过程中形成的。提醒学生他们在最上面打开的岩层实际上是最新的事件，这一点对他们会有所帮助。为了支持学生的学习，我们建议给学生提供钻芯日志和地质历史阐述的填入式表格（见网上的补充材料）。
评 估
可以使用一套在8年级实验室里执行的评分标准，共计50分（见网上的补充材料）。实验的记录表，包括钻芯日志和地质历史阐述，也要收上来作为正式评估的一部分。
结 论
地层学及矿石开采活动以有趣、学生亲身实践的方式成功地介绍了地质作用。学生实现了学习目标，通过实验验证了“地层越靠近底部越老，越靠近顶部越新”这个理论，并在“开采”过程和完成地质史的时候使用了该理论。学生们通过和小组其他组员一起建造模型，探索地层的形成过程，也能更容易理解原始水平律和原始侧向连续律的概念。
资源
化石着色：www.fossils-facts-and-finds.com/coloring_pages.html
网上补充资料
Download instructions, student worksheets, and a grading rubric at www.nsta.org/scope1610.