“礦物學(xué)與巖石學(xué)基礎(chǔ)”教學(xué)模式改革探討

夏昭德，夏明哲，汪幫耀

（長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054）

“礦物學(xué)與巖石學(xué)基礎(chǔ)”課程，是地質(zhì)工程、地球物理、測(cè)繪工程、環(huán)境工程等地學(xué)相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生掌握礦物巖石的基礎(chǔ)理論和基本知識(shí)，掌握肉眼觀察和鑒定常見礦物和巖石的基本技能，掌握礦物巖石的分布、分類、命名、成因及其與礦產(chǎn)和工程等的關(guān)系。因此，學(xué)好這門課程，掌握相關(guān)知識(shí)和技能，能為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和野外實(shí)踐奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。2020年春季新冠疫情期間，線下課堂教學(xué)受限，為了響應(yīng)“停課不停學(xué)”的號(hào)召，全國(guó)各高校開展線上教學(xué)。在這種背景下，我校依托互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，開展線上線下混合式教學(xué)，提出“礦物學(xué)與巖石學(xué)基礎(chǔ)”課程線上教學(xué)與線下課堂融合的教學(xué)模式改革，提高了教育教學(xué)質(zhì)量。

一、線上—線下混合式教學(xué)改革需求分析

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，是提高我國(guó)工程教育質(zhì)量的重要舉措，其核心理念是以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)。而傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式以教師講授為主體，不能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和自主學(xué)習(xí)能力，影響學(xué)生探究能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，而且教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式也無法滿足不同層次學(xué)生的個(gè)性化培養(yǎng)需求。近年來，在線教育課程蓬勃發(fā)展，為學(xué)習(xí)者提供了免費(fèi)的優(yōu)質(zhì)教育資源，突破了教學(xué)時(shí)空的限制，學(xué)生可以利用碎片化的時(shí)間，在電子設(shè)備終端自主學(xué)習(xí)，師生可憑借QQ、微信等軟件實(shí)時(shí)在線交流，教師可通過教學(xué)平臺(tái)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行全過程監(jiān)管。但操作性強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)只能提供示范性教學(xué)視頻，局限性仍較大；另外，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)缺乏傳統(tǒng)課堂師生之間面對(duì)面的情感交流，學(xué)生在學(xué)習(xí)中的情感參與缺乏載體，無法體會(huì)到教師在傳統(tǒng)課堂中給學(xué)生帶來的超越知識(shí)的那一部分內(nèi)容，如意志力、價(jià)值觀等。

線上—線下混合式教學(xué)模式，可以將線上資源與線下資源相結(jié)合，課上育人與課下育人相結(jié)合，以學(xué)生的發(fā)展為中心，可以充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，把知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)的育人功能落到實(shí)處，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)的全過程育人。因此，開展高校課程教育教學(xué)改革，將線上教學(xué)和傳統(tǒng)課堂進(jìn)行有機(jī)融合，是高等學(xué)校課程教學(xué)改革的必然之路。

二、“礦物學(xué)與巖石學(xué)基礎(chǔ)”教學(xué)模式改革

（一）設(shè)計(jì)思路

要求學(xué)生從光學(xué)、力學(xué)與化學(xué)原理出發(fā)，將基礎(chǔ)學(xué)科原理與礦物的結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合起來學(xué)習(xí)，運(yùn)用上節(jié)課所學(xué)的結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)充分理解并初步掌握礦物的化學(xué)性質(zhì)與物理性質(zhì)，既鞏固了結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)又融會(huì)貫通了新學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，達(dá)到溫故而知新的效果。在礦物學(xué)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，結(jié)合河流、湖泊、火山等常見自然現(xiàn)象，講解三大巖類，從而使本課程達(dá)到以下目標(biāo)：（1）知識(shí)目標(biāo)：掌握礦物和巖石的基本特征；（2）技能目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生鑒別常見造巖礦物和巖石的能力；（3）素質(zhì)目標(biāo)：通過學(xué)習(xí)礦物和巖石所具有的科學(xué)和人文意義，激發(fā)學(xué)生對(duì)地質(zhì)學(xué)的好奇心，進(jìn)而對(duì)所學(xué)專業(yè)充滿興趣。

（二）教學(xué)方法與策略

1.合理組織教學(xué)內(nèi)容，科學(xué)取舍，重視理論基礎(chǔ)規(guī)律。我校礦物學(xué)與巖石學(xué)基礎(chǔ)課程的總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)（3學(xué)分），其中理論課時(shí)26學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)22學(xué)時(shí)。相對(duì)本門課程豐富的教學(xué)內(nèi)容，這些課時(shí)是非常少的。因此，有必要在教學(xué)過程中，對(duì)該課程體系和結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。因此我們對(duì)比較抽象的結(jié)晶學(xué)內(nèi)容做了大幅度的刪減。結(jié)晶學(xué)部分主要介紹幾何結(jié)晶學(xué)的基本內(nèi)容，而對(duì)晶體的生長(zhǎng)理論等內(nèi)容不做具體要求，感興趣的學(xué)生可以自學(xué)。礦物學(xué)部分主要介紹礦物的總論，對(duì)于各論部分先重點(diǎn)介紹各大類礦物的基本特征，然后分別以少數(shù)常見礦物為例，詳細(xì)介紹每一大類礦物中常見礦物的化學(xué)組成、物理性質(zhì)、成因產(chǎn)狀及工業(yè)用途等，并讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)礦物的基本方法和思路。巖石學(xué)部分則實(shí)行總論和各論并重，但將重點(diǎn)放在巖漿巖和沉積巖上，對(duì)變質(zhì)巖只做簡(jiǎn)單介紹。同時(shí)講授過程中，注意礦物巖石在地球物理、地質(zhì)工程等方向的實(shí)際應(yīng)用情況，如開展磁法勘探工作的地球物理前提條件是地殼中不同巖石的磁法差異，而巖石的磁性強(qiáng)弱和密度大小與礦物組成有直接關(guān)系，學(xué)習(xí)完礦物的物理性質(zhì)后，讓學(xué)生熟知鐵磁性、順磁性和抗磁性礦物等，以及某些特殊礦物如磁黃鐵礦由于晶格的差異，磁性可能不同，這有利于對(duì)磁異常作出正確的地質(zhì)解釋。

2.豐富教學(xué)手段，重視學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)。利用好網(wǎng)上平臺(tái)資源，把握好課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié)（見圖1），讓學(xué)生切實(shí)地參與進(jìn)來。課前預(yù)習(xí)是課程學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，小學(xué)至高中階段的學(xué)生很注重，但大學(xué)階段一部分學(xué)生以前不太注重；通過課前預(yù)習(xí)，可以讓學(xué)生知曉即將要學(xué)的知識(shí)點(diǎn)以及難點(diǎn)；課堂上，教師可以根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況或網(wǎng)上平臺(tái)學(xué)習(xí)情況，針對(duì)性地提出一些問題，根據(jù)學(xué)生的反饋情況，教師再將知識(shí)點(diǎn)及重難點(diǎn)講述清楚；有時(shí)讓學(xué)生以小組為單位先講解所學(xué)的內(nèi)容，然后老師再評(píng)析；另外團(tuán)隊(duì)以科研為依托，專門配了一套比較典型的礦物巖石標(biāo)本，在講授相關(guān)課程內(nèi)容時(shí)，就拿出對(duì)應(yīng)的礦物或巖石標(biāo)本讓學(xué)生觀察和描述，特別是精美奇特的標(biāo)本大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，用PPT多媒體課件輔以精美的圖片和視頻，時(shí)刻吸引學(xué)生們的注意力。課后，向?qū)W生提出相關(guān)的問題，留到下節(jié)課上課時(shí)討論。

圖1 礦物學(xué)與巖石學(xué)基礎(chǔ)課程混合式教學(xué)模式

3.加強(qiáng)課程思政建設(shè)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)重要性。人類的生存和發(fā)展，離不開地球上的礦產(chǎn)資源，而巖石與礦物則是這些礦產(chǎn)資源的載體，研究和探索巖石、礦物，對(duì)于人類發(fā)展具有重要意義?！笆濉眹?guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃中，提到要圍繞“深海、深地、深空、深藍(lán)”，發(fā)展保障國(guó)家安全和戰(zhàn)略利益的技術(shù)體系，而這“四深”戰(zhàn)略都與巖石、礦物息息相關(guān)。礦物學(xué)與巖石學(xué)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，是對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展的強(qiáng)烈支持，也是為實(shí)現(xiàn)“偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)”采取的重要實(shí)際行動(dòng)。例如，在巖漿巖講述中，介紹新中國(guó)成立后巖漿巖礦床領(lǐng)域的找礦突破和巨大成就，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到巖漿巖學(xué)習(xí)的重要性，在此過程中重點(diǎn)介紹我校湯中立院士及其團(tuán)隊(duì)，在金川鎳礦發(fā)現(xiàn)過程中的重要作用及其“小巖體成大礦”等理論的創(chuàng)立與發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)本校、本專業(yè)、本課程的熱愛。此外，通過介紹我國(guó)目前很多戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源居高不下的對(duì)外依存度，進(jìn)一步展現(xiàn)現(xiàn)今我國(guó)礦產(chǎn)勘查的重要性、必要性、緊迫性，激發(fā)學(xué)生投身礦產(chǎn)勘查相關(guān)事業(yè)、為國(guó)家發(fā)展貢獻(xiàn)自己力量的熱情。通過上述講述，培養(yǎng)學(xué)生愛國(guó)、愛黨的堅(jiān)定信念和愛校、愛專業(yè)的情懷。強(qiáng)調(diào)該課程學(xué)習(xí)在個(gè)人專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備以及服務(wù)地方、服務(wù)社會(huì)中的重要性，讓學(xué)生從思想上重視該課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，點(diǎn)燃他們學(xué)習(xí)該課程的熱情，陶冶學(xué)生的地學(xué)文化情操，堅(jiān)定為祖國(guó)地質(zhì)事業(yè)作貢獻(xiàn)的決心與信心，為社會(huì)主義地質(zhì)事業(yè)培養(yǎng)接班人。

（三）組織實(shí)施

在線平臺(tái)自學(xué)+問題式互動(dòng)教學(xué)+現(xiàn)場(chǎng)展示礦物標(biāo)本+小組專題研討講課+實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。借助智慧樹網(wǎng)等大型網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和地質(zhì)學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心——數(shù)字化地質(zhì)標(biāo)本庫等，讓學(xué)生觀看相關(guān)課程視頻和典型礦物巖石圖片；利用本校在線平臺(tái)，讓學(xué)生簽到打卡、觀看直播或回看重難點(diǎn)講解等，課中課后的問題通過在線平臺(tái)反饋，其他學(xué)生均可留言，教師及時(shí)解答。實(shí)習(xí)課以小組為單位進(jìn)行礦物巖石標(biāo)本鑒定、講解與問題討論，鍛煉和提高學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、認(rèn)識(shí)能力、講解能力、思維能力和探究能力。

此前對(duì)礦物巖石課程一般高校都采用考試成績(jī)占70%，平時(shí)成績(jī)占30%的成績(jī)計(jì)算方式。本課程考核方式做了調(diào)整，最終課程成績(jī)包括筆試成績(jī)、實(shí)習(xí)成績(jī)和平時(shí)成績(jī)（在線學(xué)習(xí)及課后作業(yè)完成情況），占比分別為50%、30%、20%。突出了平時(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)習(xí)成績(jī)的比重，能更好地體現(xiàn)學(xué)生自學(xué)能力以及對(duì)礦物巖石標(biāo)本進(jìn)行觀測(cè)、鑒定和描述的能力，避免了學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)、機(jī)械學(xué)習(xí)課本知識(shí)的毛病。而期末考試試卷內(nèi)容圍繞課程教學(xué)大綱，以名詞解釋、選擇、填空、判斷、簡(jiǎn)答和綜合等形式出現(xiàn)，在內(nèi)容全面覆蓋的同時(shí)，突出重點(diǎn)和難點(diǎn)，難易程度適中，滿足畢業(yè)要求達(dá)成度指標(biāo)，考核學(xué)生對(duì)基本概念、基本理論、基本方法的理解、掌握和運(yùn)用能力。

（四）混合教學(xué)實(shí)施效果

通過調(diào)查問卷以及在線平臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程的時(shí)間是原來的2～3倍，絕大部分學(xué)生學(xué)習(xí)更為主動(dòng)，回答問題和提出問題的次數(shù)比往常多出30%。期末成績(jī)?nèi)种耐瑢W(xué)在80分以上，高出以往20%。通過實(shí)習(xí)驗(yàn)證和大數(shù)據(jù)平臺(tái)的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本能區(qū)別和鑒定礦物和巖石，達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)。

在教學(xué)過程中，某小組同學(xué)認(rèn)識(shí)到了巖石礦物鑒定是地質(zhì)分析的重要基礎(chǔ)，傳統(tǒng)做法是在顯微鏡下通過肉眼人工鑒定。如果能對(duì)其實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別，必將大幅度減少分析者的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加結(jié)果的客觀性。特別是，在大數(shù)據(jù)時(shí)代和智能地質(zhì)學(xué)高度，它更是必然的選擇。他們利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過對(duì)所提供的巖石/礦物照片進(jìn)行大數(shù)據(jù)智能挖掘，并根據(jù)前人資料，綜合考慮巖石/礦物分類準(zhǔn)確性、可靠性等方面，迅速準(zhǔn)確地對(duì)巖石進(jìn)行鑒別，提供鑒定報(bào)告（包括礦物成分，礦物描述，結(jié)構(gòu)構(gòu)造，綜合定名等內(nèi)容），初步研發(fā)了一款智能化識(shí)別礦物巖石的App（如圖2），這也是混合式教學(xué)后起到的啟發(fā)引導(dǎo)作用。

圖2 智能識(shí)別礦物巖石App功能結(jié)構(gòu)

結(jié)語

針對(duì)疫情背景下，礦物學(xué)與巖石學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)面臨的新問題和新需求，本文立足課程現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和校內(nèi)資源，考慮到專業(yè)課程內(nèi)容特點(diǎn)，以“學(xué)生的發(fā)展為中心”，結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，有機(jī)融入課程思政教育，總結(jié)了我校礦物學(xué)與巖石學(xué)基礎(chǔ)課程實(shí)施的線上線下教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)、線上與線下、理論與實(shí)踐的有機(jī)融合。結(jié)合當(dāng)代熱點(diǎn)、科學(xué)前沿并充分發(fā)揮專業(yè)特色呈現(xiàn)問題情境，通過實(shí)例激發(fā)學(xué)生的探究興趣，促進(jìn)學(xué)生反思；引領(lǐng)學(xué)生充分利用大數(shù)據(jù)資源來探索礦物、巖石的分類及各種性質(zhì)，多角度學(xué)習(xí)世界乃至宇宙中典型礦物和巖石的特征，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、團(tuán)結(jié)協(xié)作、綜合分析和創(chuàng)新能力。這種線上線下混合式教學(xué)模式的改革和不斷完善，有助于提高教育教學(xué)質(zhì)量和效率，有助于培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。