晶体光学实验课程教学模式的创新与实践

赵峰 陈曦 刘小洪 唐洪明 郗爱华 周翊

【摘要】“晶体光学”课程具有很强的理论性、抽象性和空间性特点，需要在显微镜下反复操作及实践才能掌握。在有限的学时内，既保证课程理论教学的深度和广度，强化显微镜下鉴定的实践能力，又培养学生的综合分析能力与创新精神，课程团队对该课程按照“金课”的标准进行一系列的建设、改革、创新与实践。精选优质教学素材，精心凝练教学内容，建设了优质的视频资源库和兼具基础性与高阶性的习题库，启发学生的创新思维和创新能力;引入“慕课堂”等智慧教学工具，构建了多种先进教学方法相结合的线上线下混合式教学模式，建立了线上单元知识点测验、线下显微镜实验操作、期末薄片光学鉴定及期末理论考试相结合的过程性多元化评价方式。该课程教学模式的创新与实践为其他地质类实验课程的教学提供一定的参考。

【关键词】晶体光学  实验课程  混合式教学

【基金项目】四川省2021—2023年高等教育人才培养质量和教学改革项目：适应信息化时代的《矿物岩石》课程系列融媒体教材建设（JG2021-585）;西南石油大学地球科学与技术学院2021—2023年高等教育教学改革研究项目：基于融媒体的《晶体光学》新形态教材建设（D2021JGZD014）;2021年度四川大学生思想政治教育研究中心项目：理工类专业课程思政协同育人的实践路径——以西南石油大学地学学科为例（CSZ21085）。

【中图分类号】G64  【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2022）05-0004-03

建设一流本科专业，关键是围绕“45分钟课堂”主战场，持续建设优质的专业课程。以“晶体光学”为基础的矿物岩石系列实验课程是西南石油大学资源勘查工程、地质学等国家、省级“一流专业”重要的专业基础类实验课程。“晶体光学”课程主要针对大二学生开设，课程特点是以显微镜下实验教学为主，同时亦是学生深入进行专业知识、技能学习的一道壁垒，是培养学生分析能力、动手能力、创新能力的重要载体。

课程建设依托四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目“分层递进式教学在矿物岩石实践教学中的应用”，于2018年全面启动，经过四年的实践检验，探索以培养学生兴趣、自主学习、实践创新能力为目标，以线上线下混合式教学为主要模式的实验课程教学体系[1]。

一、课程主要存在的教学问题

迄今为止，显微镜下矿物与岩石的鉴定是地球科学研究最常规、最基础的方法，同时也是任何高、精、尖测试仪器都不能替代的获取地质信息的重要手段，是从事地质工作不可或缺的一项专业技能。“晶体光学”是研究透明矿物晶体在偏光显微镜下光性特征的一门基础学科，涉及到晶体光学基础和显微镜下矿物光学性质两大方面知识，具有很强的理论性、抽象性和空间性特点，需要反复的显微镜下操作实践才能掌握。

“晶体光学”课程主要存在以下几个问题：（1）光率体、光性方位等抽象性的晶体知识和光学理论难以直观展示的限制;（2）实验室场地、显微镜设备、实验学时的限制，师生互动渠道不畅通的难题;（3）镜下鉴定类课程的考核方式简单，重结果、轻过程的难题。如何在有限的学时内，既保证课程理论教学的深度和广度，强化显微镜下鉴定的实践能力，又培养学生的综合分析能力与创新精神，课程团队对该课程按照“金课”的标准[2-4]进行一系列的建设、改革与实践。

二、解决教学问题的方法

（一）理论基础资源建设

“晶体光学”课程涉及的立体抽象概念较多，镜下矿物的光性特征多样化，对于空间想象力弱或缺少实践经验的学生来说，仅仅依靠书本或者课堂学时的讲解理解起来存在一定的难度[5]。针对以上问题，课程团队利用三维动画制作软件将理论课中抽象难懂的光率体、波向图等概念用动画生动、立体地展示，便于学生理解;突破了光率体、光性方位等抽象性的晶体光学理论知识难以直观展示的限制。

（二）实验操作资源建設

课程团队根据“晶体光学”课程教学大纲和培养目标，系统地梳理了晶体光学课程知识点，结合课程重点、难点内容，将课程理论、实验教学内容制作成30个教学视频，并录制了偏光显微镜的校正、矿物多色性与吸收性公式测定等实验教学视频和制作了高质量的多媒体课件（视频总计88个，时长约250分钟）。学生可以在课前和课后自主开展理论学习和实验课程的视频学习，检验知识掌握水平。

课程建设了涵盖理论课件、优质镜下矿物光性特征教学视频等线上自主学习资源，突破了实验室场地、显微镜设备、实验学时的限制，师生互动、交流渠道不畅通的难题。学生可在课前和课后开展线上自主学习，遇到疑难问题，可以与课程组教师和同学及时进行线上互动。

（三）分层次试题库建设

针对“晶体光学”课程知识点，团队将每一章的单元测验拆分成与教学视频相对应的分节测验。单元测验分为基础题与高阶题，二者共同构成了由400余道习题组成的课程习题库。基础题主要针对基本概念、原理、特征进行考核，重点训练学生对基础知识的掌握;高阶题对应“金课”要求的“高阶性”，设计了晶体光学课程中二轴晶光率体切面、双折射等具有一定空间思维和深度的题目，培养学生综合运用晶体光学基础知识解决复杂地质问题的综合能力。

（四）线上线下混合式教学模式

依托西南石油大学“油气地质与勘探”国家级实验教学示范中心显微镜互动平台及资源，引入“慕课堂”等智慧教学工具，将线上教学资源与线下教学实践进行深度融合，实现师生的及时互动和教学数据的实时采集，使师生互动渠道更为畅通，形成一种深度融合信息化技术的教学模式。

在教学过程中，教师课前在“慕课堂”上根据学生整体知识水平、学习能力情况、课程学习目标及重难点等进行分班备课，在学生进行线下学习之前发布对应的教学任务，并设置时间节点。学生根据教师发布的学习任务进入中国大学MOOC平台进行学习。

课中利用“慕课堂”签到并对学生预习结果进行检验，一方面通过发布慕课堂练习检验预习效果，另一方面组织学生分组对课前学习成果进行展示，归纳自学中的共同问题。针对学习中遇到的重难点及问题，教师在课堂上主要发挥引导、协助分析的作用，组织学生对课程知识点进行讨论，并且对学生提出的疑难问题进行详细讲解，使学生对知识能够深入理解并掌握，既发挥了教师引导和监控教学的作用，又充分挖掘和培养了学生的主动学习意识和能力。课后组织学生对重难点进行归纳总结，在中国大学MOOC平台复习所学课程，完成老师布置的课后作业。教师根据课后作业完成情况，通过线上直播答疑、主题讨论等方式在线指导学生，帮助其进一步扫除未掌握的知识点，并针对学生学习情况，对后面的教学设计进行调整，积累经验，进一步完善适合本课程的线上线下混合式教学模式。

（五）过程性多元化评价方式

“晶体光学”传统的课程考核主要侧重于出勤率、实验报告和期末考试，其中期末考试成绩占比高达70%，考核方式缺少对学生学习过程、综合能力的考核[6]。很多学生在考试之前临阵磨枪，对书本知识机械性地背诵记忆，无法领悟晶体光学特征的本质问题，难以培养学生利用晶体光学基础知识解决复杂地质问题的能力。

采用线上线下混合式教学模式后，学生整个学习过程包括线上学习和线下学习两部分。线上成绩占32%，包括线上视频预习、讨论（10%）、单元测验（40%）、期末考试（50%）等环节。线下成绩占68%，其中线下显微镜鉴定和实习报告占20%，要求学生在课堂完成，以实验报告的分数为准;期末成绩占48%，包含卷面主观题的考试和期末薄片鉴定实验操作。

线上线下混合式教学模式的过程性多元化评价方式，将形成性、过程性及终结性评价贯穿于教学的全过程，有效探索了以显微镜下光性矿物鉴定能力提升为目标的课程考核评价方式。

三、课程建设创新点

（一）教学资源创新

建设了包括抽象性+具体性，理论+实验，基础性+延伸性教学内容的教学视频，设计了涵盖基础性和高阶性考核内容的试题库，启发和培养学生的创新思维和创新能力。

（二）教学手段创新

建设了“理论课件+实验操作+镜下光性特征视频+习题库”互为补充的优质线上教学资源，学生可自主开展理论学习和实验学习，完成章节测验，自主检验知识掌握水平。课堂引入“慕课堂”等智慧教学工具，实现师生的线下课堂互动，创新并实施了实验操作类专业基础课程线上线下混合式教学模式。

（三）考核方式创新

以学生在中国大学MOOC平台上的自主学习成绩作为平时成绩，结合线下实验操作成绩，建立了“线上单元知识点测验+线下显微镜实验操作+期末薄片光学鉴定+期末理论考试”组成的过程性多元化评价方式。

四、成果的推广应用效果

（一）课程成果显著提高了人才培养质量

线上线下混合式教学模式使教学质量明显提高。以资勘19级普通班为例，根据“晶体光学”总成绩分析：优秀占20.50%，良好占64.1%，中等占12.8%，及格占2.6%（图1），平均分为85分，相比地质17级学生平均分提高12分（图2）。试卷的题型、难度跟以前相比无明显变化，但最终考核成绩明显提高，尤其是良好以上学生人数明显增加。“晶体光学”教学模式及方法的建设与应用，不仅提升了学生的学习成绩，同时提升了学生在晶体光学、矿物鉴定等方面的能力，支撑了我校资源勘查工程、地质学等国家、省一流专业的人才培养。

（二）形成了稳定的课程教学团队，收获了丰富的课程建设经验，取得了系列课程建设及教学成果

同时，基于课程教学、课程建设及改革，团队教师多次参加各级教学比赛并获奖，发表教改论文多篇，出版《结晶学与矿物学、晶体光学实验指导书》（富媒体）教材（2020年3月，石油工业出版社），团队教师在全国大学青年教师地质课程教学比赛中获特等奖1项、一等奖1项，获校级课堂教学质量奖、教师课堂教学竞赛、课堂创新教学大赛等教学奖励7项;“晶体光学”被认定为“四川省精品在线开放课程”（2019年）、“四川省线上一流本科课程”（2021年）。

五、下一步建设及思考

为进一步完善该课程，將从以下几个方面进行建设：

1.加强在线开放课程资源的利用与共享，向其他高校学生开设个性化交叉学科选修课程，扩大课程应用范围;在课堂教学中，充分利用课程资源和慕课堂等智慧教学工具，强化混合式教学成效，形成课程持续改进机制。

2.进一步完善课程教学大纲及教案，在每一章节中明确思政元素切入点，根据“课程思政”目标设计相应教学环节，创新教学活动：利用课堂教学、思政案例分享，线下主题讨论，言传身教的实验指导相结合的方式，开展课程思政教育，在使学生获得专业知识的同时，进一步培养其审美情趣、家国情怀、辩证唯物主义认识论、人生价值观，了解国家可持续发展战略等。

3.分层次分类别丰富试题库，将教师的科研成果作为课外拓展资源，增加课程的前沿性，使课程进行可持续化建设，体现新时期对人才培养的新要求，提高课程的挑战度。编写跟线上教学相配套的理论教材和实验教材，通过编写教材促进网站建设。

参考文献：

[1]陈曦，赵峰.慕课在晶体光学课程教学中的应用[J.]教育现代化，2020，1（7）：109-111.

[2]吴岩.建设中国“金课”[J].中国大学教学，2018（12）：4-9.

[3]杨晓宏，郑新，田春雨.线上线下混合式一流本科课程的内涵、建设目标与建设策略[J].现代教育技术，2021，31（9）：104-111.

[4]郑祥江，张强，谢鸿全，王生伟.以学生为中心的大学课堂教学改革策略研究[J].西南科技大学学报（哲学社会科学版），2021，38（2）：89-95.

[5]周淑敏.“晶体光学”教学内容的理解与把握[J].中国地质教育，2013（1）：64-66.

[6]尹秀珍，张蓬勃，田建锋.《晶体光学》实验教学中的几点思索[J].教育教学论坛，2016，9（39）：223-224.

作者简介：

赵峰（1980年10月-），男，汉族，四川自贡人，博士研究生，副教授，主要从事矿物岩石学教学及储层保护的相关科研工作。