“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”教學(xué)實踐及探索

馮娟萍

“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”是地質(zhì)類各專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，是學(xué)好晶體光學(xué)、巖石學(xué)、地球化學(xué)、材料學(xué)及寶玉石學(xué)等課程的前提與基礎(chǔ)。沒有牢固的結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)基礎(chǔ)，這些課程很難學(xué)好。同時，礦物學(xué)作為研究固體地球物質(zhì)成分的基礎(chǔ)科學(xué)之一，其本身也具有為地質(zhì)找礦服務(wù)的性質(zhì)。隨著地球科學(xué)的發(fā)展與用人單位對復(fù)合型地質(zhì)人才的渴求，如何培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)扎實、知識面廣、創(chuàng)新能力較強(qiáng)的高素質(zhì)人才成為高校地質(zhì)教學(xué)改革面臨的現(xiàn)實問題?！敖Y(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課程教學(xué)改革無疑是高校素質(zhì)教育改革的重要組成部分，具有不可替代的重要作用。為此，我們這幾年在“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課程教學(xué)改革中作了一些探索和嘗試，取得了良好的效果，對高校地質(zhì)教學(xué)改革具有一定的借鑒作用。

課程特點與教學(xué)改革對策

“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”是以晶體和礦物為研究對象來揭示固體地球的物質(zhì)組成，該課程具有以下三個特點，教學(xué)改革針對課程特點采取如下措施：①部分內(nèi)容比較抽象，需要有較強(qiáng)的空間想象力。如晶體的投影、微觀及宏觀對稱、晶體的定向以及晶體和礦物的微觀組成與排列方式比較抽象，看不見，摸不著，學(xué)生理解起來有難度，可利用計算機(jī)技術(shù)制作生動的教學(xué)多媒體和晶體模型，以便學(xué)生直觀地觀察、理解和融會貫通。②實踐性比較強(qiáng)。該課程不僅要求學(xué)生掌握基本的理論知識，而且還要求學(xué)生具有對晶體模型進(jìn)行實際對稱操作和實際鑒定礦物的能力，掌握幾何單形的描述，如晶面的形狀、數(shù)目、相互關(guān)系、晶面與對稱要素的相對位置以及單形橫切面的形狀等；掌握常見礦物的結(jié)晶學(xué)、礦物學(xué)特征，能用肉眼或者借助簡單手段對礦物進(jìn)行鑒定。因此，要加重實習(xí)課的力度，同時給學(xué)生創(chuàng)造室內(nèi)外多途徑接觸各種礦物的機(jī)會，培養(yǎng)學(xué)生實際鑒定能力。③內(nèi)容上具有較強(qiáng)的連貫性。如晶體的對稱要素、對稱操作、對稱型、晶體定向、晶體符號及單形分析等內(nèi)容邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，如果前一部分內(nèi)容沒有很好地掌握將直接影響到后續(xù)內(nèi)容的理解，因此在教學(xué)過程中要注意循序漸進(jìn)、由淺入深。

教學(xué)實踐及探索體系

1.教學(xué)理念

以往教學(xué)過程中往往以教師為主，不夠重視或完全忽視了學(xué)生應(yīng)該是整個學(xué)習(xí)活動的主體。本次教學(xué)中確立“以學(xué)生為主”的教育觀念，將學(xué)生由被動地接受知識變?yōu)橹鲃荧@取知識，即教師引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題，決定學(xué)生應(yīng)是教學(xué)過程中主動、自覺地參與者和探索者[1]。同時始終把素質(zhì)教育融于專業(yè)教育之中[2]，促進(jìn)個性全面、和諧、自由與充分的發(fā)展。樹立學(xué)生熱愛地質(zhì)專業(yè)以及勤奮學(xué)習(xí)的思想和決心，使學(xué)生具有愛崗敬業(yè)、誠實守信、甘于寂寞、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神和奉獻(xiàn)精神的職業(yè)道德。

2.教學(xué)內(nèi)容

“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課程講授對象為晶體與礦物，課程體系包括兩個部分：理論教學(xué)與實踐教學(xué)。怎樣在有限的課時內(nèi)，選擇授課內(nèi)容是講好這門課的關(guān)鍵。教學(xué)內(nèi)容選擇上要抓住主線，提綱挈領(lǐng)。結(jié)晶學(xué)部分的重點和難點主要是晶體的宏觀對稱及其與微觀結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系及規(guī)律、晶體的定向及晶體符號、單形與聚形分析。在礦物學(xué)部分，抓住礦物的物質(zhì)成分、晶體結(jié)構(gòu)、形態(tài)、物理性質(zhì)及形成條件之間的相互制約這一主線，使學(xué)生理解礦物的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與形成條件控制了礦物的物理性質(zhì)，物理性質(zhì)是礦物成分、結(jié)構(gòu)和形成條件的外在表現(xiàn)，是鑒定礦物、判斷成因和加工利用的重要依據(jù)。實驗課的主要目的是要求學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R應(yīng)用于實際以便能夠獨立分析問題和解決問題。

本次改革后“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”總學(xué)時設(shè)為64學(xué)時，其中44學(xué)時為理論教學(xué)，為了培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，將實驗教學(xué)增加至20學(xué)時，具體安排如下：

（1）理論教學(xué)。

結(jié)晶學(xué)部分：共14學(xué)時。包括晶體與晶體的基本性質(zhì)（2學(xué)時）、晶體生長模型及晶體投影（2學(xué)時）、晶體的外部對稱（2學(xué)時）、晶體定向與晶體符號（2學(xué)時）、單形與聚形（3學(xué)時）、晶體結(jié)構(gòu)與晶體化學(xué)（3學(xué)時）。

礦物學(xué)部分：共30學(xué)時。包括緒論（1學(xué)時）、礦物的形態(tài)（1學(xué)時）、礦物的物理性質(zhì)（4學(xué)時）、礦物的化學(xué)成分礦物的命名與分類（1學(xué)時）、礦物的形成演化與共生組合（2學(xué)時）、自然元素大類（1學(xué)時）、硫化物及其類似化合物（2學(xué)時）、氧化物和氫氧化物（2學(xué)時）、硅酸鹽礦物（12學(xué)時）、碳酸鹽、硫酸鹽礦物（2學(xué)時）、鹵化物及其他礦物（2學(xué)時）。

（2）實驗教學(xué)。共10次，20學(xué)時。結(jié)晶學(xué)部分3次，包括晶體的投影和對稱（2學(xué)時）、晶體定向與晶體符號（2學(xué)時）、單形與聚形（2學(xué)時）。礦物學(xué)部分7次，包括礦物的形態(tài)和物理性質(zhì)（2學(xué)時）、硅酸鹽礦物（6學(xué)時）、硫化物及其類似化合物（2學(xué)時）、氧化物和氫氧化物（2學(xué)時）、自然元素、碳酸鹽、硫酸鹽礦物、鹵化物及其他礦物（2學(xué)時）。

3.教學(xué)方法

(1)采用“啟發(fā)式”教學(xué)方法?？鬃釉唬骸安粦嵅粏?，不悱不發(fā)”，可見在教學(xué)中啟發(fā)學(xué)生的思維、調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和促使他們生動活潑的學(xué)習(xí)是多么重要。在整個教學(xué)過程中，教師經(jīng)常給學(xué)生提出一些探索性的問題，留有一定的思維空間，啟發(fā)學(xué)生積極思考并進(jìn)行討論，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。例如當(dāng)講到某一礦物的物理性質(zhì)時，啟發(fā)學(xué)生從其成分、結(jié)構(gòu)和形成條件方面思考，引導(dǎo)學(xué)生獨立分析此種礦物的物理性質(zhì)，并將礦物的成分、結(jié)構(gòu)和形成條件三者有機(jī)結(jié)合起來分析礦物的成因產(chǎn)狀，進(jìn)一步探討礦物的組合、共生和伴生及形成礦物的地質(zhì)作用等問題。同時穿插一些能引起學(xué)生興趣的內(nèi)容，不至于使學(xué)生感到該課程枯燥乏味。例如在講到某些可以作為寶玉石的礦物時，可以適當(dāng)穿插一些有關(guān)寶石、玉石的常識，并展示一些寶玉石圖片供學(xué)生欣賞，一看到這些“精美的石頭”，學(xué)生們馬上表現(xiàn)出濃厚的興趣，此時再“趁熱打鐵”，講授該礦物的成分、結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、成因產(chǎn)狀及用途，學(xué)生都樂意接受。這種師生雙方共同創(chuàng)造的和諧互動氛圍，保證了教學(xué)任務(wù)的完成和良好的教學(xué)效果。

(2)加大實習(xí)課力度。在以往教學(xué)過程中，學(xué)生對晶體的微觀組成、排列方式難以理解，并且對常見礦物的鑒定也比較難。本次教學(xué)改革中特別注重學(xué)生的實際動手能力，包括分析晶體模型和鑒定礦物標(biāo)本，增加了實驗課的比重，總計安排了10次。

具體做法是每次實習(xí)課之前，教師要求學(xué)生先對內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，課堂前10分鐘，教師先對每次實習(xí)課的重點和難點給予提示，然后指導(dǎo)、幫助學(xué)生完成具體的認(rèn)識操作。學(xué)生可以分組討論，教師也可以隨時參與進(jìn)來。在緊張、愉快的氛圍中掌握不同類型晶體結(jié)構(gòu)模型和礦物標(biāo)本的鑒定程序和方法，掌握將晶體結(jié)構(gòu)和礦物標(biāo)本有機(jī)結(jié)合在一起分析問題和解決問題的方法，學(xué)會初步分析礦物的成因及其產(chǎn)狀，并在課堂上完成實習(xí)報告。通過實習(xí)，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固課堂上所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識，運(yùn)用這些知識去觀察、研究、分析和判斷各種地質(zhì)現(xiàn)象，解決實際問題。

(3)實行實驗室開放。開放“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”實驗室，這不僅能增加學(xué)生觀察和實際操作的機(jī)會，更重要的是為有特長和個性需要的學(xué)生發(fā)展個人潛能創(chuàng)造有利條件，提供更好的個性發(fā)展平臺和空間。學(xué)生可以在規(guī)定的時間段或預(yù)約使用實驗室，如果學(xué)生有需求，教師可隨時參與討論和指導(dǎo)。

4.教學(xué)手段

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新的科學(xué)技術(shù)成果的不斷發(fā)明和應(yīng)用，一部教科書、一支粉筆、一塊黑板、幾幅掛圖等的傳統(tǒng)教學(xué)手段所傳遞的信息量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代教學(xué)的要求。因此，除了常規(guī)的教學(xué)手段以及應(yīng)用常規(guī)的教學(xué)儀器與設(shè)備外，要及時探索最先進(jìn)的教學(xué)手段，需要采取多種教學(xué)手段相結(jié)合的方法，此次在“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”的教學(xué)改革工作中主要做了以下幾項工作。

(1)制作交互式教學(xué)多媒體。優(yōu)選了Authorware軟件制作了“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課程的專業(yè)水準(zhǔn)的交互式多媒體，將文字、圖形、聲音、動畫和視頻等各種多媒體項目匯集在一起，使得該課件具有較大的互動功能，提供按鍵、按鼠標(biāo)和限時等多種應(yīng)答方式，實現(xiàn)教師和學(xué)生之間的互動。同時提供了許多系統(tǒng)變量和函數(shù)，可以根據(jù)學(xué)生的響應(yīng)情況，執(zhí)行特定的功能。

(2)構(gòu)建礦物晶體立體結(jié)構(gòu)模型。礦物晶體立體結(jié)構(gòu)對于學(xué)生來說比較抽象，學(xué)生理解起來比較困難。以往教學(xué)主要展示實體教學(xué)晶體模型，一來教學(xué)晶體模型數(shù)量有限，二來展示不生動，導(dǎo)致展示效果一般。本次利用flash軟件構(gòu)建了各種礦物晶體立體結(jié)構(gòu)模型，一來這樣構(gòu)建的模型多，并節(jié)約了購買教學(xué)晶體模型的經(jīng)費，二來可以在多媒體中多方位、多角度展示晶體的結(jié)構(gòu)，并且還可以展示一個晶體的形成過程。這樣把以往抽象的晶體立體結(jié)構(gòu)非常直觀、生動地展示給學(xué)生，使學(xué)生能夠充分理解晶體的生長、對稱、定向與結(jié)晶學(xué)符號的含義。

(3)走出教室，開闊學(xué)生的視野。為了開闊學(xué)生的視野，該課程堅持“請進(jìn)來，走出去”的教學(xué)方針。請西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所野外經(jīng)驗豐富的專家給學(xué)生講解礦物的類型、組合特點、物理性質(zhì)、化學(xué)成分以及如何在野外鑒定礦物。利用課外時間，組織學(xué)生去西北大學(xué)地質(zhì)博物館和西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所礦物陳列室參觀，去寶玉石市場實地考察，開闊學(xué)生的視野。

考核機(jī)制與教學(xué)效果

“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”屬于專業(yè)基礎(chǔ)課程，西安科技大學(xué)以往采用理論考試占70%，實驗課成績占30%的成績計算方式。為了培養(yǎng)學(xué)生將抽象晶體結(jié)構(gòu)與實際礦物標(biāo)本有機(jī)結(jié)合的能力，提高學(xué)生鑒定礦物的實際能力，在學(xué)生最終的總成績中將理論考試所占比例調(diào)整為60%，實驗課成績比例仍然為30%，加入10%的標(biāo)本測試成績，改變了學(xué)生以往“重理論、輕實踐”的弊病，提升了學(xué)生對實驗課的積極性和主動性。

近幾年的教學(xué)效果證實，該課程的教學(xué)實踐及探索在現(xiàn)階段內(nèi)取得了良好的教學(xué)效果，既保證了學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的掌握，又提高了學(xué)生的實踐操作能力，獲得了學(xué)校和學(xué)生的一致好評。相信該課程在西安科技大學(xué)“教育教學(xué)改革與研究項目”資助下會越來越適應(yīng)地質(zhì)學(xué)的需要，為培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代社會所需求的綜合型地質(zhì)人才作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

[1]周鼎武,賴少聰,張成立等.地質(zhì)學(xué)實踐教學(xué)新體系[J].中國地質(zhì)教育,2006（4）:47-53.

[2]羅靜蘭,張成立,王潤三等.“晶體光學(xué)”課程改革的探索與思考[J].高等理科教育,2004（4）:67-69.