矿物岩石课程群教学体系与多元实验平台建设回眸

2015-01-31李胜荣于炳松申俊峰赵志丹

中国地质教育 2015年4期

李胜荣，于炳松，许虹，申俊峰，赵志丹

中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083

进入21世纪以来，系统地球科学的理念在地球科学界逐步深入人心。在国际地球科学界，与矿物岩石有关的材料科学、环境科学、海洋科学、能源科学、宝玉石学、生命科学等学科蓬勃发展，地学人才培养也呈现出包括地质学在内的多元化趋势，对矿物学岩石学教学提出了新的要求。构建适应新时期多元化地学人才培养要求的矿物学岩石学课程群教学体系和多元实验平台，成为高等学校、特别是像中国地质大学（北京）这样一个努力建设地球科学领域世界一流大学的高等学校一项十分重要的任务。可以说，没有一个这样的优质教学体系和实验平台，便不能占领世界地球科学多元化发展的学术高地。

多年来，我们基于北京市教委和国家教育部下达的多个“教学质量与教学改革工程”项目，如普通高等教育“十一五”和“十二五”国家级规划教材建设、国家级第一类特色专业建设、国家级和北京市精品课程建设、国家级视频公开课建设、国家级和北京市优秀教学团队建设等项目，在学校矿物岩石教研室全体师生长期共同参与下，对矿物岩石课程群的教学体系进行了重构和优化，形成了包括本科生“结晶学与矿物学”、“晶体光学与造岩矿物”、“岩浆岩岩石学”、“沉积岩岩石学”、“变质岩岩石学”、“岩石学”、“矿物学与岩石学”、“环境矿物学导论”、“成因矿物学概论”、“岩石显微结构分析”、“岩矿物理化学”等11门相关课程组成的课程群，并对相应的实验平台进行了多元组合，在适应创新型和实践型人才培养模式、教学资源优化共享、教学内容改革创新、教学方法技术改进推广和教学质量提升等方面取得了突破性进展。目前，通过有机配置课程群内容，共设置了“矿物-岩石学”、“结晶学-矿物学-晶体光学-岩石学”、“结晶学-矿物学-晶体光学-岩浆岩-沉积岩-变质岩”、“成因矿物-环境矿物-岩石成因”等4个课程亚群，以满足“水环-物探”、“地质-地化-资勘-珠宝-材料”、“地质学理科基地班”等专业亚群及创新型人才培养对地球物质初步认知、认知、系统认知和深层次认知的不同要求。

一、主要建设成果

回首十几年来努力创建世界一流矿物岩石课程体系的实践，我们主要获得了以下的成果。

（1）师资队伍建设取得突破性进展，形成国家级和北京市优秀教学团队。

在实施精品课程和优秀团队建设项目过程中，矿物岩石课程群的教学团队整体实力得到全面提升，形成了以中国科学院院士莫宣学教授为学术和教学指导，以一大批国内外知名学者、全国和北京市优秀教师和北京市高等学校教学名师（4人）、国家级精品课程主讲人（4人）、师德标兵和师德先进个人（2人）、国家级重点项目负责人（3人）为学术和教学骨干，以国家杰出青年科学基金获得者（2人）、侯德封奖获得者（3人）、教育部新世纪优秀人才（2人）、教育部“千人计划”引进人才（3人）等优秀青年教师为主体的优秀教学团队，师资队伍从18人扩大为29人。团队先后被评为北京市优秀教学团队、首都教育先锋先进集体，并成为地质学基础课程国家级优秀教学团队的主体。队伍建设的重大突破，从师资方面保证了教学过程的高水平实施。

（2）创新课程体系，适应多元化培养目标，强化了学生实践技能培养。

“矿物学”和“岩石学”是地球系统科学重要的基础课和主干课。但是，21世纪之初强调通用型人才培养，矿物学和岩石学课程的学时及其实践性内容曾被大幅删减。进入本世纪以来，学校确立了着力培养以“矿物学”和“岩石学”为基础的地球系统科学多元化发展的人才战略，我们及时调整了有关课程设置和内容安排，强调理论与实践相结合，建设了多元化系列实验教学平台，使学生不但具有较扎实的本学科理论，还培养了扎实的岩矿鉴定基本功。

（3）改革教学内容，完善教材体系，创新教学手段，保障了教学效果。

根据教学思想和教学目标，我们对教学内容进行了一系列改革，并在多年课堂及实验教学检验基础上，编写了与之相适应的系列教材，并将美国等8国出版社推出的《Mineralogy》配合原版教学光盘作为基地班双语学习的参考教材[1-5]。针对新形势下大班上课而出现的晶体模型演示视觉盲点等各种问题，探索有效应对策略，保证了教学效果的最优化。我们编写的教材，被选作普通高等教育“十一五”国家级规划教材，并先后获评北京市和国家级精品教材，我们的主干课程先后被评为北京市和国家级精品课程。我们培养的学生，或在生产一线建功立业，或在科研领域纵横捭阖，广受社会和科研机构欢迎。我们的教学研究成果，通过教材和网络教学平台，产生了广泛的辐射效应。

（4）拓展实验教学平台，构建新型教学模式，保障自主远程可持续学习。

由于新时期本科生专业教学内容十分丰富，但课堂及实验学时相对短少，学生不能在课外自主进行矿物学岩石学的学习；同时，学生对灵活的新型课堂和实验教学过程的认可度较高，对传统教学过程的认可度较低，在一定程度上影响教学效果。基于此，我们建立了新型的矿物岩石网络教学平台和多元实验教学平台，有效解决了空间小、课时少、方法老等问题，同时保证了学生能在未来自主远程可持续学习。

二、取得成果的机制、方法和实施途径

我们认为，一个优秀的高等学校教学体系的构成要件，首先应当具有一支热爱教育事业、高度负责地实施教学过程的高水平教师团队；这些教师应当对相关课程的教学目的、教学内容、教学方法、教学环节有很好的把握，形成先进的教学思想和课程体系；应当有高质量实施教学过程的教材、网络、实验室和博物馆等软硬件拓展平台。为此，我们在实施课程体系建设过程中，主要通过以下途径，保证了有关成果的实现。

（1）发挥名师作用，注意优良教风的传承，实现团队教学水平和整体素质的提升。

项目实施以来，在学校支持下，团队陆续引入一批具有国际视野的青年教师。他们专业素养优良，但缺乏教学经验。我们注意团队内部的传帮带，发挥院士、教学名师和教学水平高的优秀教师的作用，加强优良教风和教学方法的传承，经常组织教学研讨会和观摩会，引导青年教师把科研成果运用于教学特别是研究性教学，提高了青年教师教学水平，优化了团队的整体实力。

（2）教授主导，群策群力，实现教学思想创新和人才培养目标。

在制定学生培养方案和课程教学大纲时，我们坚持由教学经验丰富的老教师和青年教师共同深入协商，从思路到文本、从题目到课时安排等细节，实现严格把关。对教师编写的教案，要由教研室讨论通过。对新教师上讲台，必须经过严格试讲。对教师课堂表现，要经常观摩检查，反馈交流。对教学各环节特别是实验环节，进行严格管控。由此，保证了教学思想的深入贯彻实施，保证了实践性教学过程的相对完备，保证了多元化人才培养目标的实现。

（3）将学科基本原理与发展趋势相结合，改革课程群教学内容；将优质传统和新技术新概念相结合，探索教学方法，保证教学效果的最大化。

在教学内容方面，我们坚持按“三基+前缘”的原则对课程群进行改革。例如，在矿物学教材中，增加“有机矿物及准矿物大类”，为新兴的生命矿物学研究提供基础；增设“金属互化物矿物大类”，反映现代矿物学向地球深部和宇宙空间拓展的最新成果[1]。

根据教学内容的差异，我们设计了多种教学方法。例如，矿物学岩石学课程知识点多而分散，我们用联想法、推理法、排除法、诗文法等学习方法示例教授，收到了很好效果。例如，引导学生研究矿物化学式中各元素间的关系和有关规律，简化了复杂化学式的记忆；改革传统教材的矿物分类体系，使学生能简捷掌握基本知识点；安排研究性课程，教授矿物学岩石学在地质过程、矿产资源、生态环境、新型材料等方面的应用，使学生能利用有关知识解决生产生活中的实际问题。

我们通过多种途径探索解决扩招遇到的各种问题，取得了较好效果。例如，结晶模型的课堂演示在合班上课时出现了明显的视觉盲点和听觉盲点，我们研究制作了人机互动式三维多媒体教学软件，有效地改善了大班上课的视听效果。

（4）探索建设课程群网络教学平台和多元集成实验教学平台，解决理论及实验教学时间和资源的局限性和实验要求的单一性，增加实验过程的实战性，提升学生实践动手能力。

课程群网络教学平台是远程自主可持续学习的重要支撑。多元实验教学平台主要由课堂教学实验平台、课外开放实验平台、网上数字实验平台、科学研究实验平台、资源拓展实验平台5部分组成。其中课堂教学实验平台由2个偏光显微镜实验室和3个矿物岩石标本实验室组成，主要完成本课程群的课堂实验教学任务。课外开放实验平台拥有全部与课程群配套的矿物岩石标本和25台Olympus高级显微镜，主要弥补课堂实验课时的不足。网上数字实验平台是以我校矿物岩石标本为基础设计的一款具有网络查询功能的数字化标本库，为学生自主学习增补了课外辅导。科学研究实验平台拥有一个高级显微镜实验室，保障学生顺利完成科技创新项目和毕业论文，为培养学生创新能力提供基础。资源拓展平台是以北方岩石化石标本库和校博物馆为基础的网络信息服务平台，该平台拥有全球大量珍贵矿物岩石标本及相关信息，不仅弥补了目前实验室标本类型的不足，同时可拓宽学生认知范畴。

三、成果的主要创新点

我们在课程群教学体系和实验平台建设方面的创新，主要有以下两点：

（1）课程体系—内容—方法—手段创新。

设置“成因矿物学概论”、“环境矿物学导论”等课程，优化课程群结构，引导研究性学习；开设“有机矿物”、“金属互化物”等新的矿物类课程，反映生命矿物学、地幔和宇宙矿物学等现代矿物学发展趋势，使学生尽快进入学科前缘；在教材中以结构型和强健分布为依据进行矿物分类，反映矿物内因主导各外在属性的自然哲学思想，从教材结构入手，解决教学难点；课堂教学采用人机互动三维多媒体展示法、联想法、推理法、排除法、诗文法等方法，摆脱晶体学课程对实体模型的依赖，实现虚拟几何图形的形象化讲授，达成分散知识点的集成和联想记忆。

（2）网络教学和实验教学平台创新。

创设网络教学平台和多元实验教学平台，保障矿物岩石课程群理论和实验教学多层次目标、多渠道资源、数字化信息、网络化查询、全时化辅导的综合集成，解决矿物岩石课程群理论与实验课时及资源的局限性，增强学习和实验过程的自主性，提升学生动手实践能力和科研创新能力，为学生自主远程可持续学习提供支撑。

四、成果的推广应用效果

（1）教学手段和方法的推广应用效果。

本成果研制的三维互动多媒体教学课件在结晶对称和晶体结构教学中克服了传统手段和平面多媒体软件教学的局限性，是对我校6个学院10余个专业每年数百名学生进行该课程群教学使用或参考使用的课件。教师主导学生参与的研讨式、主讲式、评判式、建议式、挑错式等教学方式，受到学生普遍欢迎。老师编写的矿物概要诗，成为学生高效率学习的重要手段。在“结晶学与矿物学”实现网络教学并被评为北京市和国家级精品课程后，该三维互动多媒体课件及矿物诗文及其他教学手段和方法被国内外多家高校所使用。

（2）教学内容和教材的推广应用效果。

我们对教学内容的改革一方面体现在课堂教学中，而更重要的是体现在教材的编写。我们编写的反映现代矿物学发展趋势的《结晶学与矿物学》教材，被选作普通高等教育“十一五”国家级规划教材，后又被评为北京市和教育部国家级精品教材。据地质出版社不完全统计，该教材2008年正式出版以来，已被国内25家高校所采用，被加拿大英属哥伦比亚大学和日本爱媛大学的相关教师作为教学参考书，销售已近5万册。教材在内容方面所进行的改革已产生广泛的辐射效应。

（3）多元实验教学平台的推广应用效果。

开放实验室开创至今，一直是学生课余自主学习、将课堂理论转换为实际应用知识的重要场所，也是学生在大三生产实习、大四毕业前巩固矿物学岩石学基础的平台，还是大学生科技创新项目运行不可或缺的基地，每年我校地球科学与资源学院的科技创新实验绝大部分都是依托开放实验室完成的。课程群多元实验教学平台极大地提高了学生的实践动手能力。据2012年的统计，在2010年和2012年两届全国大学生地质技能大赛中，我校学生获得团体和单项一等奖5个，二等奖2个，三等奖1个；本团队指导的本科生借助多元实验教学平台，2008年到2012年，在科技创新项目和毕业论文的基础上，以第一作者在《Journal of Asian Earth Sciences》、《岩石学报》等国内外著名核心刊物发表论文20篇，其中SCI 6篇；本团队指导的研究生获得各类优秀学术论文奖13项。