結晶學與礦物學課程教學改革探索與思考

郭向國 密文天 匡永生 高成

內蒙古工業大學礦業學院 內蒙古呼和浩特 010051

“結晶學與礦物學”是地質學及相關專業重要的基礎課程之一，是學習“晶體光學與造巖礦物”“巖石學”“礦床學”和“地球化學”的基礎[1]。該課程的研究對象為礦物晶體，授課對象為地質學、寶石學和材料工程等相關專業的本科、大專和成人教育的學生[2],學習該課程需要一定的數學思維，要求學生具有較強的空間和抽象思維，同時要求學生具有鑒別礦物標本的能力，因此這是一門理論性和實踐性都很強的課程[3]。結晶學與礦物學課程抽象枯燥，學習難度較大，部分學生常表現出畏難情緒。在本課程的講授過程中，發現很多學生對知識點并沒有真正理解，僅僅為了應付考試而死記硬背，這會導致學生出現遺忘速度快、專業基礎薄弱的現象。因此，在有限的課時內，使學生不僅能掌握課程的核心知識，提高實踐能力，而且能喚起學生的學習興趣,是高校教師們關注并亟待解決的問題[3-5]。結合相關高校專業教師的教學經驗，我們在該課程的講授過程中做了一系列的改革措施，主要集中在教學模式和教學方法兩個方面，筆者想借此機會談談在課程講授過程中的一點心得體會。

一、當前存在的問題

(一)學生對專業課認識不足，缺乏學習興趣

大一學生所學課程多為通識教育課程，整個大一學年涉及的專業課程為普通地質學和野外地質認識實習。由于大一學生和本專業教師以及高年級學生接觸較少，缺乏對本專業的了解，導致學生對專業課的學習興趣不高。結晶學與礦物學被安排到大二下學期，與其他專業課程相比，該課程抽象枯燥，隨著課程內容的逐漸展開和學習難度的逐步上升，學生的學習興趣也越來越低。學習結晶學需要一定的空間思維和邏輯演繹能力，與礦物學相比結晶學是學生最先接觸的，這會導致學生出現畏難情緒，對學生的學習積極性也會產生一定的影響。多數學生對礦物學內容興趣較高，由于學習結晶學時打下的基礎不牢，導致學生學習礦物學時也會出現一知半解的情況，甚至會出現期末掛科的現象。

(二)課程內容多，教學難度大

結晶學與礦物學課程包含兩部分內容：結晶學部分和礦物學部分。結晶學內容理論性和抽象性很強，而且包含的理論和概念繁多，如空間格子、晶體生長理論、晶體對稱要素、晶體定向、結晶學符號、單形與聚形分析等內容都是層層遞進的，系統性很強[6]。這些內容往往具有很強的相關性，體現出環環相扣的特點，中間某一個環節沒有理解到位，出現脫節現象后很容易對后續內容的理解造成影響，這與其他專業課程有很大區別。地質專業學生最早接觸的是普通地質學，該課程中的專業詞匯往往通俗易懂，且圖文并茂易于理解，而結晶學中則內容多為抽象概念，需要空間想象力和邏輯演繹能力，與空間立體幾何關系密切，這恰是多數同學的薄弱點。同學們接觸過高中時期的空間立體幾何，但多數缺少對應的課外訓練，在學習工程制圖這門課程中，就有許多同學出現掛科現象。

(三)學時縮短，教學倉促

在高校課程學時壓縮的背景下，目前我校結晶學與礦物學課程的總學時數為80學時，其中理論教學為48學時，實驗課為32學時。與20世紀80年代的140學時相比，課程壓縮相對嚴重，而教學大綱要求掌握的內容并沒有減少。這就要求在有限的課時內，要把課程的關鍵內容有條理講授出來，并且要達到既定的教學效果，是教師所面臨的難題之一。在有限的課時內把理論課和實驗課有機地結合在一起，做到使學生不僅掌握理論知識，而且要有理論聯系實際的能力，看到實際的地質現象后，可以用結晶學與礦物學理論解釋其背后的原因，是任課教師亟待解決的問題。

(四)教學方法和實驗方式不夠豐富

在結晶學與礦物學授課的過程中，傳統的教學方法為講授式，即教師將理論知識進行講解，對晦澀難懂的知識點進行較為直觀的舉例演示，學生在聽完相關的理論基礎課程后開展相應的實驗操作。這種方式存在一定的優缺點，優點是學生便于理解晦澀難懂的知識點，缺點是學生被動接受知識，如果對理論知識理解不到位會導致無法進行實踐操作，存在理論和實際脫節的問題，因此這種“填鴨式”教學模式并不可取。以我校結晶學與礦物學實驗課為例，學生在進行實踐操作時，往往是翻書尋找對應章節的知識點，并且部分同學對知識點的理解也是一知半解，這也嚴重影響了實踐操作的有效時間。

二、課程改革與實踐探索

針對當前教學中存在的一系列問題，根據新版培養計劃，筆者與本專業教師一同制定了新的課程設計，并且改進了教學方式，力求做到理論與實踐相結合，以期達到更好的教學效果。

(一)引導學生加深專業了解，激發學生的學習興趣

地質學是一門自然科學，它和數學、物理、化學、生物并列為自然科學的五大基礎學科，而結晶學與礦物學是地質學的核心基礎課程之一。許多同學對地質專業的了解不夠深入，這就需要學院的專業教師加強引導，針對大一新生多開展一些地質專業的主題講座，使學生盡早對本專業有一個全面的、深層次的了解。興趣是最好的老師，這句話尤其適用于結晶學與礦物學這門課程。如何使學生對抽象、枯燥的課程感興趣，是我們廣大專業教師需要做的，同時也是必須做的。學生對專業課的第一印象會對其學習興趣產生決定性影響，因此，講好結晶學與礦物學的第一堂課顯得尤為重要。以我校結晶學與礦物學課程為例，我們在第一堂課中設置問題讓學生思考并作答，問題為：四大寶石包括什么？通過同學們的思考作答，以及教師講授并展示各類寶石的精美圖片，學生的學習興趣明顯被激發出來。此外，講結晶學部分我們使用教學模型，而講礦物學部分我們可以展示大量的高清礦物圖片，根據每堂課的講授內容不同，用不同方法來激發學生的學習興趣。

(二)教學要突出重難點

由于結晶學與礦物學課程學時壓縮嚴重，我們需要利用有限的學時把課程的核心內容講通講透，根據內容的重要程度分配不同的學時。結晶學中的空間格子、晶體生長理論、晶體對稱、晶體定向、晶體結構是重難點，抽象性很強。這部分內容需要著重講解，配合教學模型和多媒體動畫使學生快速建立直觀的空間概念，便于加深對以上內容的理解，做到融會貫通。礦物學內容復雜繁多，需要建立一條主線將各類礦物聯系在一起，這條主線和葡萄串中的枝條有著相同的效果。我們發現以礦物的晶體結構和晶體化學為主線，將礦物的大類、類、亞類、族、種可以很好地關聯在一起，選擇其中最常見的礦物作為講授重點，讓學生們掌握這些常見礦物的鑒定特征，可以取得良好的教學效果，完成既定的教學目標。

(三)利用學生課余時間，擴充課時容量

結晶學與礦物學課程課時容量壓縮近一半，在有限的課時內使學生對課程內容做到融會貫通有一定難度。在高校課程改革的大潮下，爭取擴充課時量不太實際，比較好的辦法是激發學生的學習興趣，使學生在課余時間自主的學習該專業課，為學習后續的專業課程打下堅實的基礎。此外，可以采用3D打印機構建并打印晶體的三維模型和建立虛擬仿真實驗室，使學生利用手機在課余時間即可隨時進入三維晶體模型的博物館，大大加深了學生對三維晶體模型的直觀感受，便于掌握課程的重難點，同時也擴充了課時容量。

(四)改革教學模式

在教學的實踐過程中，要重視學生的能力培養，包括學習能力、分析能力、解決問題的能力，同時也要鼓勵學生勇于探索追求創新，努力做到以學生為主體、教師為主導的教學模式。要避免教師單向注入式的教學，努力向互動式教學轉變或嘗試翻轉課堂，都會取得較為良好的效果。我們對結晶學與礦物學進行了一系列的改革探索實踐。

1.加強引導學生進行課前預習

結晶學部分抽象難懂，需要一定的空間想象力，如果在課堂上有一個知識點沒有聽懂，就會與后續內容脫節，從而影響學生的聽課效果。因此，課前預習就顯得非常重要。學生注意力的集中時間是有限的，聽課時可將注意力集中在自己看不懂的內容，可以有效地提高聽課效率。同時，鼓勵學生進行課堂提問，教師放慢對重難點的講授速度，便于學生加深對重難點的理解。

2.改進教學方法

首先，可以采用啟發式和提問式的教學方法，引導學生主動思考并回答問題，培養學生的探索能力。在講解四大寶石中的紅寶石和藍寶石的過程中，可以引導學生思考這兩種寶石的礦物學學名是什么、成分是什么、為什么會出現不同的顏色等問題。整個過程循序漸進，便于學生理解和接收知識點，這時講解剛玉的鑒定特征和成因，學生就會展現出濃厚的興趣，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寶石標本，會強烈激發學生的學習興趣。其次，要重點改進多媒體教學，以傳統的板書形式講授結晶學與礦物學課程顯然是不合時宜的，這種方法無法使學生構建直觀的空間模型，相比之下多媒體教學展現出了不可比擬的優勢。以往的教學中，多利用多媒體展示二維圖片，但二維圖片不利于構建直觀的空間模型，因此我們做了一系列的三維動圖以及視頻，這些動畫和視頻使抽象的結晶學內容變得直觀易懂，增加了課程的可讀性和趣味性，取得了良好的教學效果。

3.實驗課教學改革

結晶學與礦物學實驗課是重要的教學輔助環節，也是理論和實際相聯系的重要橋梁。結晶學中的理論部分抽象復雜，而通過實驗課中的模型展示可以加深對抽象內容的理解。如在講授晶體的外部對稱要素時，往往是老師講授，學生跟著老師的思路走，而在實驗課上同學們要根據尋找對稱要素的規則，主動地思考并找出全部的對稱要素，便于學生加深對晶體對稱要素等相關概念的理解，故實驗課程就顯得尤為重要。因此，學校應該加強地質工程專業的實驗室建設，包括軟件和硬件兩個方面。將實驗室建設成為開放性實驗室，便于學生觀察標本鞏固記憶，可以大大增加學生實際操作和觀察標本的時間，為學習后續的專業課程如巖石學、礦床學等打下堅實的基礎。同時，教師應修編適用于本專業的結晶學與礦物學實習指導書，有利于開展針對性的實驗項目。此外，開展第二課堂教學，能大大激發學生的學習興趣。無論理論教學和實驗課教學都是在室內開展的，不如讓學生去看一些感興趣的礦物。我們帶領學生參觀內蒙古自然博物館，博物館中設有生命的起源與演化、礦產資源的開發利用、礦物巖石和珠寶玉石等展廳，展廳內的礦物標本和寶玉石美輪美奐，這些礦物標本和寶玉石在野外都是難得一見的，可以讓同學們感受到地質學的魅力和大自然的鬼斧神工。在這種狀態下講授結晶學與礦物學的相關知識，同學們興趣高漲易于接受，可以取得理想的教學效果。如果有教學條件，可利用3D打印機將晶體模型打印出來，利用信息化技術建立開放式虛擬仿真的教學實驗平臺，可大大增加課程的趣味性，且不受時間和空間條件的限制。

4.鼓勵學生多參加專業競賽

鼓勵學生參與全國大學生地質技能競賽，在學院內進行初選、復試等一系列選拔活動，對于表現優異的學生給予一定的獎勵，可以很好地激發學生的參賽熱情和學習興趣。學生在參賽的過程中，能與國內其他地質院校的學生有近距離相互交流溝通的機會，對促進學生相互學習和提高專業水平大有裨益。學生參與該類競賽可以很好地提高野外實踐能力，真正地做到將書本中的知識應用到野外工作中，做到理論和實踐的有機結合。地質技能大賽不光包括地質技能綜合應用和野外地質技能考察，也包括室內的標本鑒定和顯微鏡下的巖(礦)相學鑒定，這需要學生有扎實的專業知識作為支撐。在比賽的準備過程中發現，顯微鏡下觀察礦物是許多同學的薄弱項，這是由于學生缺乏系統的學習，鏡下觀察礦物的累計時長過短，導致鏡下識別礦物的準確率低。因此，應把晶體光學與造巖礦物、巖(礦)相學等課程加入后續的培養方案中，使學生能在宏觀和微觀兩個層面準確識別各類礦物。

結語

結晶學與礦物學課程具有較強的理論性和實踐性，要努力做到理論和實踐相結合才能使學生真正掌握課程的核心內容，培養出積極主動且具有一定創新能力的學生。因此，我們要在教學中適當改變教學方法，激發學生的學習興趣，充分調動學生的積極性，培養學生理論聯系實際的能力。結晶學與礦物課程改革具有重要意義，只有不斷發掘、不斷探索才能找到更好的教學模式，從而為國家培養地質類專業人才打下堅實的基礎。