《晶体光学》实验教学过程中的几点思索

尹秀珍 张蓬勃 田建锋

摘要：《晶体光学》是资源勘查工程、地质学、地质工程等专业的一门重要专业基础课，其实验课课时占到总课时的1/2，甚至更高的比例。因此，实验课教学是《晶体光学》教学环节中的重中之重。本文总结了多年来执教于该实验课程的心得与体会，概括了当前实验教学现状及存在问题，提出几点建议，于教学中落实了点滴，取得了一些效果。

关键词：晶体光学；实验教学；多媒体数码互动教学系统；实践性；实验考核

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）39-0223-02

晶体光学是研究可见光通过透明晶体时所产生的一些光学现象及其原理的一门学科[1]。在石油类院校、地质类院校，《晶体光学》是地质学、资源勘查工程、地质工程等专业的一门重要专业基础课，主要开设在大一下学期或者大二上学期，教学目的是让学生掌握镜下测定透明矿物光学性质的实验方法，为后续课程《矿物学》、《岩石学》的学习奠定基础。该课程是一门实践性很强的学科，实验课与理论课的课时分配比例因院校不同而稍有差异。在西安石油大学，其实验课时占到总课时的1/2，而有的高校如中国地质大学和吉林大学，占有更高的比例，可达2/3[2，3]。因此，《晶体光学》实验课教学质量的保证及提高是教学任务中的重中之重，需要我们每一位任课教师不断实践和探索。

一、《晶体光学》实验教学现状

1.大部分高校引进了多媒体数码互动教学系统。现今，国内大部分院校针对于《晶体光学》的实验教学引进了多媒体数码互动教学系统[4]，如西安石油大学显微镜网络互动实验室采用的是捷达多媒体数码互动教学系统。该套系统包含数码显微镜系统、计算机及其软件系统、图像处理系统、语音问答系统及在线提交作业系统。在使用上，实验室配备N台学生用数码显微镜及1台教师用数码显微镜，通过软件与分配器，教师端电脑的多媒体课件及显微镜下图像传输到学生用电脑上，同时学生端显微镜内的图像也可传输到教师用电脑上，而且教师与每位学生都配备有电子呼叫系统和耳机。该套系统的应用，改变了《晶体光学》传统实验教学模式，为实验教学带来了极大便利。首先，多媒体数码互动教学系统打破了以往《晶体光学》实验教学中学生与教师交流存在的障碍，师生可以共享多媒体课件和及时交流显微镜下矿物或者岩石的光学现象，实现了双向沟通。双向沟通的过程中，一方面教师可以在镜下动态演示实验过程，学生端电脑即时显现相应的矿物及其光性特征，使实验过程更为明显、直接。其次，该套实验教学系统可以实时监控学生端电脑，教师能持续看到学生端镜下矿物图像，及时判断学生是否捕捉到正确的矿物切面、是否操作规范，这样就能现场发现并纠正学生在观察薄片中遇到的问题和错误，同时也督促了学生认真进行实验。

2.实验中存在问题。多媒体数码互动教学系统的确为《晶体光学》实验教学带来了便利，但实验效果还是差强人意。根据多年的执教观察，总结《晶体光学》实验过程中存在的问题如下：（1）实验中涉及的概念抽象性强，学生理解不透彻，使实验操作难度增大。《晶体光学》教学中主要的概念抽象性较强，需要学生具有很好的空间想象能力和理解能力。比如双折射率、光率体，这两个概念几乎贯穿了整个实验教学过程。单偏光镜下闪突起、多色性的观察测定和正交偏光镜下干涉色的观察测定都与双折射率有关，正交偏光镜下的消光、干涉、延性的观察测定以及锥光镜下光性测定都与光率体密切相关。双折射率和光率體这两个概念都属于物理学范畴，但学生高中时接触的光学知识主要为单折射，光率体根本没有接触。因此，大部分学生对这两个概念理解不透彻，对显微镜下透明矿物的光性成因不清楚，造成实验操作难度增大。（2）实践性强，学生动手能力弱，使实验过程缓慢。《晶体光学》的实验课操作性极强，显微镜人手一台，计算机人手一台，最终实验报告人手一份，因此需要每位学生实际动手操作，才能得出实验结果。但部分学生不预习，实验步骤不熟悉，动手能力弱，使实验过程进行缓慢，提交实验报告时，甚至出现抄袭现象，达不到预期实验效果。（3）考试方式传统，实验成绩比例低，学生不重视。《晶体光学》属于专业基础课，目前其考试仍然采取闭卷方式。最终成绩的核算采用考试占70%～80%、平时成绩占20%～30%的计算方式，而实验成绩在平时成绩中只占10%～15%。由于综合成绩评定时，实验成绩占的比例较低，这样就使学生对待实验课态度不积极，实验步骤不预习，实验内容不求甚解，大大降低了实验教学效果。

二、《晶体光学》实验教学内容

大多高校经过一系列教学培养计划的调整，《晶体光学》的总课时已经减少，然而实验课的比例基本不变，实验内容也基本不变。本校《晶体光学》的总课时为20课时，实验课为10课时，实验内容包括偏光显微镜的认识、调节及使用，单偏光镜下解理、多色性及突起的观察测定，正交偏光镜下干涉色级序的测定及光率体椭圆半径的测定，消光类型、消光角的测定及延性的判断，锥光镜下干涉图的观察及光性测定。

三、《晶体光学》实验教学改革建议

总结了多年来执教于该实验课程的心得与体会，提出几点建议，希望对改善实验效果起到积极作用。

1.分解实验课内容，增加实验课课时。在压缩总课时的前提下，实验课内容并没有减少，因此，单次实验课内容增多，学生又对概念理解不透彻，导致实验操作难度变大、过程缓慢、有时根本完成不了实验等一系列问题。甚至在后续的矿物学、岩石学的试验课上在显微镜下测定矿物光学性质时，学生依然手足无措。因此，为了每次课都让学生学有所获，让学生学完该课程，的的确确能熟练操作显微镜，会测试矿物的各种光学性质及鉴定常见矿物，建议分解实验课内容，增加实验课课时。具体分解如下：把第三次正交偏光镜下干涉色级序的测定及光率体椭圆半径的测定分解为二次：一次为干涉色级序的观察测定和最大双折率的测定（石英楔测定和楔形边测定两种方法）；一次为光率体椭圆切面的半径方向和名称的测定（矿物可选石英、普通角闪石或者普通辉石）。第四次消光类型、消光角的测定及延性的判断分解为消光类型、消光角的测定和延性的测定2次。第五次锥光镜实验分解为一轴晶矿物干涉图的观察、光性测定（石英和方解石垂直、斜交光轴的切面）和二轴晶矿物干涉图的观察、光性测定（白云母或者黑云母垂直Bxa的切面）。单次实验课内容的精简使学生有足够的时间去理解概念，分析矿物光性现象的成因，去操作实验步骤，进而有效地完成实验。另外，在完成了单偏光、正交偏光和锥光的实验之后，总结实验中出现的所有问题，然后再进行最后一次实验。每个同学针对自己的弱项，在实验台上自由操作，可不提交作业，这样既有目的性又有针对性，既熟练了显微镜的操作又巩固了镜下测定矿物光性特征的方法。经过如上调整，实验课增加4次即8课时，总实验达到18课时，占总课时比例可达0.64。

2.摒弃纸质报告，在线提交作业，督促学生预习并且亲自动手操作。一直以来，学生每次实验成绩的评定都是根据其提交的实验报告，然而实验报告不能完全反映学生对知识掌握的真实情况，因为有的学生动手能力弱，又不预习，提交的报告不是自己实际操作的结果。针对这种情况，建议摒弃纸质报告，在线提交作业。每位学生建立一个以自己的学号和名字命名的文件夹，每次作业以实验名称命名，提交的作业包括针对实验内容或者实验步骤的图片，每一张图片有对应的文字说明或者测试数据。在线提交作业要求每个学生必须亲自动手操作实验步骤，这就督促他必须课前预习，好好理解实验内容，势必会提高实验效果。同时，也会避免以往提交纸质报告时出现的抄袭现象，能反映出学生对实验掌握的实际情况，教师就可以及时发现并总结实验中出现的问题。

3.改变课程考试模式，现场实验考核作为最终成绩。针对地质学与资源勘查工程专业，《晶体光学》的授课目的主要是让学生掌握镜下测定矿物光学性质的实验方法，便于利用偏光显微镜鉴定矿物和岩石。因此，改革以往闭卷考试方式，采取现场实验考核，考核成绩为该课程最终成绩。针对实验考核，教师根据实验内容设计不同试题，学生随机抽取，现场镜下操作，并将实验结果及相应的图像或者数据形成电子文档提交，例如写出普通角闪石镜下鉴定特征并测定其解理夹角。这种考试模式会让学生意识到实验课的重要性，引导其积极认真地对待每一次实验课，课后复习全部实验内容，促进其掌握镜下鉴定矿物的方法和手段，并熟悉常见矿物鏡下光性特征。

上面所述建议，在《晶体光学》的实验教学过程中做了点滴尝试，如最后一次自由实验课和部分学生在线提交作业，确实提升了学生对于实验课的积极性，引起了学生对于实验课的重视，提高了学生镜下实践操作能力，这种实践能力的提高在后续的矿物学和三大岩类的课程中也得到了相关教师的认同。但是，因为涉及到整个教学工作的调整，这些建议还未全部实施，希望在接下来的新一轮培养计划的修订过程中，完全落实在实验教学上。显微镜的熟练操作及镜下鉴定技能不仅仅是学生在本科期间为了应对考试所要具备的能力，在学生毕业以后的日常工作、科研工作甚至考研的过程中，也有举足轻重的地位。因此，不断思索并尝试新的实验教学模式，强化教学效果，培养学生较强的显微镜下鉴定矿物和三大岩类的能力，是我们每一位任课教师的责任！

参考文献：

[1]李德惠.晶体光学[M].第二版.北京：地质出版社，1997.

[2]戴德求，陈新跃，匡文龙.《晶体光学》课堂与实践教学体系改革探索[J].当代教育理论与实践，2011，（3）：102-103.

[3]程宏飞，周熠，刘钦甫.《矿物岩石学》教学现状与改革[J].教育教学论坛，2015，（30）：53-54.

[4]陈艳.岩石学和晶体光学实验课教学新模式探讨——显微数码互动实验室的应用[J].中国地质教育，2015，（4）：27-30.