結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)課程教學(xué)改革探索與思考

郭向國 密文天 匡永生 高成

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院 內(nèi)蒙古呼和浩特 010051

“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”是地質(zhì)學(xué)及相關(guān)專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程之一，是學(xué)習(xí)“晶體光學(xué)與造巖礦物”“巖石學(xué)”“礦床學(xué)”和“地球化學(xué)”的基礎(chǔ)[1]。該課程的研究對(duì)象為礦物晶體，授課對(duì)象為地質(zhì)學(xué)、寶石學(xué)和材料工程等相關(guān)專業(yè)的本科、大專和成人教育的學(xué)生[2],學(xué)習(xí)該課程需要一定的數(shù)學(xué)思維，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的空間和抽象思維，同時(shí)要求學(xué)生具有鑒別礦物標(biāo)本的能力，因此這是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程[3]。結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)課程抽象枯燥，學(xué)習(xí)難度較大，部分學(xué)生常表現(xiàn)出畏難情緒。在本課程的講授過程中，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)并沒有真正理解，僅僅為了應(yīng)付考試而死記硬背，這會(huì)導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)遺忘速度快、專業(yè)基礎(chǔ)薄弱的現(xiàn)象。因此，在有限的課時(shí)內(nèi)，使學(xué)生不僅能掌握課程的核心知識(shí)，提高實(shí)踐能力，而且能喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,是高校教師們關(guān)注并亟待解決的問題[3-5]。結(jié)合相關(guān)高校專業(yè)教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)谠撜n程的講授過程中做了一系列的改革措施，主要集中在教學(xué)模式和教學(xué)方法兩個(gè)方面，筆者想借此機(jī)會(huì)談?wù)勗谡n程講授過程中的一點(diǎn)心得體會(huì)。

一、當(dāng)前存在的問題

(一)學(xué)生對(duì)專業(yè)課認(rèn)識(shí)不足，缺乏學(xué)習(xí)興趣

大一學(xué)生所學(xué)課程多為通識(shí)教育課程，整個(gè)大一學(xué)年涉及的專業(yè)課程為普通地質(zhì)學(xué)和野外地質(zhì)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)。由于大一學(xué)生和本專業(yè)教師以及高年級(jí)學(xué)生接觸較少，缺乏對(duì)本專業(yè)的了解，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)專業(yè)課的學(xué)習(xí)興趣不高。結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)被安排到大二下學(xué)期，與其他專業(yè)課程相比，該課程抽象枯燥，隨著課程內(nèi)容的逐漸展開和學(xué)習(xí)難度的逐步上升，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也越來越低。學(xué)習(xí)結(jié)晶學(xué)需要一定的空間思維和邏輯演繹能力，與礦物學(xué)相比結(jié)晶學(xué)是學(xué)生最先接觸的，這會(huì)導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)畏難情緒，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。多數(shù)學(xué)生對(duì)礦物學(xué)內(nèi)容興趣較高，由于學(xué)習(xí)結(jié)晶學(xué)時(shí)打下的基礎(chǔ)不牢，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)礦物學(xué)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)一知半解的情況，甚至?xí)霈F(xiàn)期末掛科的現(xiàn)象。

(二)課程內(nèi)容多，教學(xué)難度大

結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)課程包含兩部分內(nèi)容：結(jié)晶學(xué)部分和礦物學(xué)部分。結(jié)晶學(xué)內(nèi)容理論性和抽象性很強(qiáng)，而且包含的理論和概念繁多，如空間格子、晶體生長理論、晶體對(duì)稱要素、晶體定向、結(jié)晶學(xué)符號(hào)、單形與聚形分析等內(nèi)容都是層層遞進(jìn)的，系統(tǒng)性很強(qiáng)[6]。這些內(nèi)容往往具有很強(qiáng)的相關(guān)性，體現(xiàn)出環(huán)環(huán)相扣的特點(diǎn)，中間某一個(gè)環(huán)節(jié)沒有理解到位，出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象后很容易對(duì)后續(xù)內(nèi)容的理解造成影響，這與其他專業(yè)課程有很大區(qū)別。地質(zhì)專業(yè)學(xué)生最早接觸的是普通地質(zhì)學(xué)，該課程中的專業(yè)詞匯往往通俗易懂，且圖文并茂易于理解，而結(jié)晶學(xué)中則內(nèi)容多為抽象概念，需要空間想象力和邏輯演繹能力，與空間立體幾何關(guān)系密切，這恰是多數(shù)同學(xué)的薄弱點(diǎn)。同學(xué)們接觸過高中時(shí)期的空間立體幾何，但多數(shù)缺少對(duì)應(yīng)的課外訓(xùn)練，在學(xué)習(xí)工程制圖這門課程中，就有許多同學(xué)出現(xiàn)掛科現(xiàn)象。

(三)學(xué)時(shí)縮短，教學(xué)倉促

在高校課程學(xué)時(shí)壓縮的背景下，目前我校結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)課程的總學(xué)時(shí)數(shù)為80學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)為48學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課為32學(xué)時(shí)。與20世紀(jì)80年代的140學(xué)時(shí)相比，課程壓縮相對(duì)嚴(yán)重，而教學(xué)大綱要求掌握的內(nèi)容并沒有減少。這就要求在有限的課時(shí)內(nèi)，要把課程的關(guān)鍵內(nèi)容有條理講授出來，并且要達(dá)到既定的教學(xué)效果，是教師所面臨的難題之一。在有限的課時(shí)內(nèi)把理論課和實(shí)驗(yàn)課有機(jī)地結(jié)合在一起，做到使學(xué)生不僅掌握理論知識(shí)，而且要有理論聯(lián)系實(shí)際的能力，看到實(shí)際的地質(zhì)現(xiàn)象后，可以用結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)理論解釋其背后的原因，是任課教師亟待解決的問題。

(四)教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)方式不夠豐富

在結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)授課的過程中，傳統(tǒng)的教學(xué)方法為講授式，即教師將理論知識(shí)進(jìn)行講解，對(duì)晦澀難懂的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行較為直觀的舉例演示，學(xué)生在聽完相關(guān)的理論基礎(chǔ)課程后開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作。這種方式存在一定的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生便于理解晦澀難懂的知識(shí)點(diǎn)，缺點(diǎn)是學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，如果對(duì)理論知識(shí)理解不到位會(huì)導(dǎo)致無法進(jìn)行實(shí)踐操作，存在理論和實(shí)際脫節(jié)的問題，因此這種“填鴨式”教學(xué)模式并不可取。以我校結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)實(shí)驗(yàn)課為例，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)踐操作時(shí)，往往是翻書尋找對(duì)應(yīng)章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，并且部分同學(xué)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解也是一知半解，這也嚴(yán)重影響了實(shí)踐操作的有效時(shí)間。

二、課程改革與實(shí)踐探索

針對(duì)當(dāng)前教學(xué)中存在的一系列問題，根據(jù)新版培養(yǎng)計(jì)劃，筆者與本專業(yè)教師一同制定了新的課程設(shè)計(jì)，并且改進(jìn)了教學(xué)方式，力求做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，以期達(dá)到更好的教學(xué)效果。

(一)引導(dǎo)學(xué)生加深專業(yè)了解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

地質(zhì)學(xué)是一門自然科學(xué)，它和數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物并列為自然科學(xué)的五大基礎(chǔ)學(xué)科，而結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)是地質(zhì)學(xué)的核心基礎(chǔ)課程之一。許多同學(xué)對(duì)地質(zhì)專業(yè)的了解不夠深入，這就需要學(xué)院的專業(yè)教師加強(qiáng)引導(dǎo)，針對(duì)大一新生多開展一些地質(zhì)專業(yè)的主題講座，使學(xué)生盡早對(duì)本專業(yè)有一個(gè)全面的、深層次的了解。興趣是最好的老師，這句話尤其適用于結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)這門課程。如何使學(xué)生對(duì)抽象、枯燥的課程感興趣，是我們廣大專業(yè)教師需要做的，同時(shí)也是必須做的。學(xué)生對(duì)專業(yè)課的第一印象會(huì)對(duì)其學(xué)習(xí)興趣產(chǎn)生決定性影響，因此，講好結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)的第一堂課顯得尤為重要。以我校結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)課程為例，我們?cè)诘谝惶谜n中設(shè)置問題讓學(xué)生思考并作答，問題為：四大寶石包括什么？通過同學(xué)們的思考作答，以及教師講授并展示各類寶石的精美圖片，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯被激發(fā)出來。此外，講結(jié)晶學(xué)部分我們使用教學(xué)模型，而講礦物學(xué)部分我們可以展示大量的高清礦物圖片，根據(jù)每堂課的講授內(nèi)容不同，用不同方法來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(二)教學(xué)要突出重難點(diǎn)

由于結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)課程學(xué)時(shí)壓縮嚴(yán)重，我們需要利用有限的學(xué)時(shí)把課程的核心內(nèi)容講通講透，根據(jù)內(nèi)容的重要程度分配不同的學(xué)時(shí)。結(jié)晶學(xué)中的空間格子、晶體生長理論、晶體對(duì)稱、晶體定向、晶體結(jié)構(gòu)是重難點(diǎn)，抽象性很強(qiáng)。這部分內(nèi)容需要著重講解，配合教學(xué)模型和多媒體動(dòng)畫使學(xué)生快速建立直觀的空間概念，便于加深對(duì)以上內(nèi)容的理解，做到融會(huì)貫通。礦物學(xué)內(nèi)容復(fù)雜繁多，需要建立一條主線將各類礦物聯(lián)系在一起，這條主線和葡萄串中的枝條有著相同的效果。我們發(fā)現(xiàn)以礦物的晶體結(jié)構(gòu)和晶體化學(xué)為主線，將礦物的大類、類、亞類、族、種可以很好地關(guān)聯(lián)在一起，選擇其中最常見的礦物作為講授重點(diǎn)，讓學(xué)生們掌握這些常見礦物的鑒定特征，可以取得良好的教學(xué)效果，完成既定的教學(xué)目標(biāo)。

(三)利用學(xué)生課余時(shí)間，擴(kuò)充課時(shí)容量

結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)課程課時(shí)容量壓縮近一半，在有限的課時(shí)內(nèi)使學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容做到融會(huì)貫通有一定難度。在高校課程改革的大潮下，爭(zhēng)取擴(kuò)充課時(shí)量不太實(shí)際，比較好的辦法是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在課余時(shí)間自主的學(xué)習(xí)該專業(yè)課，為學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外，可以采用3D打印機(jī)構(gòu)建并打印晶體的三維模型和建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生利用手機(jī)在課余時(shí)間即可隨時(shí)進(jìn)入三維晶體模型的博物館，大大加深了學(xué)生對(duì)三維晶體模型的直觀感受，便于掌握課程的重難點(diǎn)，同時(shí)也擴(kuò)充了課時(shí)容量。

(四)改革教學(xué)模式

在教學(xué)的實(shí)踐過程中，要重視學(xué)生的能力培養(yǎng)，包括學(xué)習(xí)能力、分析能力、解決問題的能力，同時(shí)也要鼓勵(lì)學(xué)生勇于探索追求創(chuàng)新，努力做到以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式。要避免教師單向注入式的教學(xué)，努力向互動(dòng)式教學(xué)轉(zhuǎn)變或嘗試翻轉(zhuǎn)課堂，都會(huì)取得較為良好的效果。我們對(duì)結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)進(jìn)行了一系列的改革探索實(shí)踐。

1.加強(qiáng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)

結(jié)晶學(xué)部分抽象難懂，需要一定的空間想象力，如果在課堂上有一個(gè)知識(shí)點(diǎn)沒有聽懂，就會(huì)與后續(xù)內(nèi)容脫節(jié)，從而影響學(xué)生的聽課效果。因此，課前預(yù)習(xí)就顯得非常重要。學(xué)生注意力的集中時(shí)間是有限的，聽課時(shí)可將注意力集中在自己看不懂的內(nèi)容，可以有效地提高聽課效率。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行課堂提問，教師放慢對(duì)重難點(diǎn)的講授速度，便于學(xué)生加深對(duì)重難點(diǎn)的理解。

2.改進(jìn)教學(xué)方法

首先，可以采用啟發(fā)式和提問式的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考并回答問題，培養(yǎng)學(xué)生的探索能力。在講解四大寶石中的紅寶石和藍(lán)寶石的過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生思考這兩種寶石的礦物學(xué)學(xué)名是什么、成分是什么、為什么會(huì)出現(xiàn)不同的顏色等問題。整個(gè)過程循序漸進(jìn)，便于學(xué)生理解和接收知識(shí)點(diǎn)，這時(shí)講解剛玉的鑒定特征和成因，學(xué)生就會(huì)展現(xiàn)出濃厚的興趣，比直接講解“剛玉的鑒定特征和成因”的效果要好得多。如果在講授的過程中展示紅寶石和藍(lán)寶石標(biāo)本，會(huì)強(qiáng)烈激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其次，要重點(diǎn)改進(jìn)多媒體教學(xué)，以傳統(tǒng)的板書形式講授結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)課程顯然是不合時(shí)宜的，這種方法無法使學(xué)生構(gòu)建直觀的空間模型，相比之下多媒體教學(xué)展現(xiàn)出了不可比擬的優(yōu)勢(shì)。以往的教學(xué)中，多利用多媒體展示二維圖片，但二維圖片不利于構(gòu)建直觀的空間模型，因此我們做了一系列的三維動(dòng)圖以及視頻，這些動(dòng)畫和視頻使抽象的結(jié)晶學(xué)內(nèi)容變得直觀易懂，增加了課程的可讀性和趣味性，取得了良好的教學(xué)效果。

3.實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革

結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)實(shí)驗(yàn)課是重要的教學(xué)輔助環(huán)節(jié)，也是理論和實(shí)際相聯(lián)系的重要橋梁。結(jié)晶學(xué)中的理論部分抽象復(fù)雜，而通過實(shí)驗(yàn)課中的模型展示可以加深對(duì)抽象內(nèi)容的理解。如在講授晶體的外部對(duì)稱要素時(shí)，往往是老師講授，學(xué)生跟著老師的思路走，而在實(shí)驗(yàn)課上同學(xué)們要根據(jù)尋找對(duì)稱要素的規(guī)則，主動(dòng)地思考并找出全部的對(duì)稱要素，便于學(xué)生加深對(duì)晶體對(duì)稱要素等相關(guān)概念的理解，故實(shí)驗(yàn)課程就顯得尤為重要。因此，學(xué)校應(yīng)該加強(qiáng)地質(zhì)工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，包括軟件和硬件兩個(gè)方面。將實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成為開放性實(shí)驗(yàn)室，便于學(xué)生觀察標(biāo)本鞏固記憶，可以大大增加學(xué)生實(shí)際操作和觀察標(biāo)本的時(shí)間，為學(xué)習(xí)后續(xù)的專業(yè)課程如巖石學(xué)、礦床學(xué)等打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，教師應(yīng)修編適用于本專業(yè)的結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)實(shí)習(xí)指導(dǎo)書，有利于開展針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。此外，開展第二課堂教學(xué)，能大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。無論理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)都是在室內(nèi)開展的，不如讓學(xué)生去看一些感興趣的礦物。我們帶領(lǐng)學(xué)生參觀內(nèi)蒙古自然博物館，博物館中設(shè)有生命的起源與演化、礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用、礦物巖石和珠寶玉石等展廳，展廳內(nèi)的礦物標(biāo)本和寶玉石美輪美奐，這些礦物標(biāo)本和寶玉石在野外都是難得一見的，可以讓同學(xué)們感受到地質(zhì)學(xué)的魅力和大自然的鬼斧神工。在這種狀態(tài)下講授結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)的相關(guān)知識(shí)，同學(xué)們興趣高漲易于接受，可以取得理想的教學(xué)效果。如果有教學(xué)條件，可利用3D打印機(jī)將晶體模型打印出來，利用信息化技術(shù)建立開放式虛擬仿真的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可大大增加課程的趣味性，且不受時(shí)間和空間條件的限制。

4.鼓勵(lì)學(xué)生多參加專業(yè)競(jìng)賽

鼓勵(lì)學(xué)生參與全國大學(xué)生地質(zhì)技能競(jìng)賽，在學(xué)院內(nèi)進(jìn)行初選、復(fù)試等一系列選拔活動(dòng)，對(duì)于表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)，可以很好地激發(fā)學(xué)生的參賽熱情和學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生在參賽的過程中，能與國內(nèi)其他地質(zhì)院校的學(xué)生有近距離相互交流溝通的機(jī)會(huì)，對(duì)促進(jìn)學(xué)生相互學(xué)習(xí)和提高專業(yè)水平大有裨益。學(xué)生參與該類競(jìng)賽可以很好地提高野外實(shí)踐能力，真正地做到將書本中的知識(shí)應(yīng)用到野外工作中，做到理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。地質(zhì)技能大賽不光包括地質(zhì)技能綜合應(yīng)用和野外地質(zhì)技能考察，也包括室內(nèi)的標(biāo)本鑒定和顯微鏡下的巖(礦)相學(xué)鑒定，這需要學(xué)生有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)作為支撐。在比賽的準(zhǔn)備過程中發(fā)現(xiàn)，顯微鏡下觀察礦物是許多同學(xué)的薄弱項(xiàng)，這是由于學(xué)生缺乏系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，鏡下觀察礦物的累計(jì)時(shí)長過短，導(dǎo)致鏡下識(shí)別礦物的準(zhǔn)確率低。因此，應(yīng)把晶體光學(xué)與造巖礦物、巖(礦)相學(xué)等課程加入后續(xù)的培養(yǎng)方案中，使學(xué)生能在宏觀和微觀兩個(gè)層面準(zhǔn)確識(shí)別各類礦物。

結(jié)語

結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)課程具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，要努力做到理論和實(shí)踐相結(jié)合才能使學(xué)生真正掌握課程的核心內(nèi)容，培養(yǎng)出積極主動(dòng)且具有一定創(chuàng)新能力的學(xué)生。因此，我們要在教學(xué)中適當(dāng)改變教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。結(jié)晶學(xué)與礦物課程改革具有重要意義，只有不斷發(fā)掘、不斷探索才能找到更好的教學(xué)模式，從而為國家培養(yǎng)地質(zhì)類專業(yè)人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。