“结晶学与矿物学”课程教学改革初探

王金香，刘振英，徐子芳

（安徽理工大学，安徽 淮南 232001）

“结晶学与矿物学”是无机非金属专业重要的课程之一，是学好“材料科学基础”“无机非金属材料工艺学”“材料测试方法”等课程的前提与基础。该课程不仅具有高校理工类课程的共同特征，同时还具有一定的抽象性、空间性、系统性和实践性等。随着科学的发展，用人单位对人才提出了更高的需求，如何培养具有较强专业基础知识面、较强动手能力和创新能力的高素质人才成为高校进行教学改革面临的主要问题。

目前“结晶学与矿物学”课堂教学模式的核心依然是传统的“课本+ppt”的面授模式。近年来的教学表明，由于“结晶学与矿物学”教学内容抽象庞杂，学习难度较大，在学时压缩的情况下，传统教学模式的劣势表现得更加明显。

1 “结晶学与矿物学”传统教学模式存在的问题

1.1 学生被动学习，对专业课程缺乏兴趣

以往教学过程中，往往把教师作为整个学习活动的主体，而学生处于次要的位置，忽视了学生在整个教学过程的作用。在实际授课中，专业教师一般对着ppt 或利用板书进行专业知识的讲解，缺少师生互动，同学们处于被动的学习状态，加上“结晶学与矿物学”课程的理论性比较强，学生们感觉枯燥乏味，兴趣下降，出现厌学情绪，导致专业课的学习效果并不理想[1]。

1.2 课程内容抽象、枯燥，教学难度较大

“结晶学与矿物学”分结晶学和矿物学两部分,结晶学中空间格子的画法、晶体的对称要素及操作、晶体定向、结晶学符号等内容系统性强，逻辑结构严密，内容抽象难懂，同时该部分内容需要借助实际晶体模型进行讲解，对空间想象力要求比较高。矿物学部分介绍矿物形态、物理和化学性质，对各种不同类别的矿物进行了相应的介绍、分析、对比和归纳，内容比较枯燥[2]。

1.3 学时压缩严重，缺少实践教学

“结晶学与矿物学”是一门理论性和实践性较强的课程，要求同学们具有将所学理论知识用于实际操作的能力。然而，我校目前“结晶学与矿物学”的总学时数由原来的48学时压缩到32学时，主要用于理论课的讲授，实践课学时严重压缩。

2 “结晶学与矿物学”课程教学改革策略

2.1 确立“以学生为中心”的教学理念

教学过程不是单向的知识传授，教学效果的好坏不仅与授课教师的教学水平相关，还取决于学生的积极参与。在教学中，我们要重视并发挥学生在教学活动中的主体地位，充分调动学生在学习过程中的积极性、能动性和创造性。

在教学中我们确立了“以学生为中心”的教育理念[3]，将学生由被动学习变为主动学习，教师在教学中起到引导和督促作用，引导学生去发现问题、提出问题并利用所学知识去解决问题，学生是教学活动的参与者和探索者。同时把素质教育融于专业知识的学习中，促进学生全面、自由与充分地发展。

2.2 凝练教学内容，突出重点、难点

根据无机非金属材料专业特点及培养方案，考虑到学时数的限制，重新修订了教学大纲，对“结晶学及矿物学”授课的核心内容进行了归纳及改革，突出了重点、难点，无论是教师教学还是学生学习，对主要内容有了明确的了解。

（1）在结晶学部分，主要介绍晶体的概念及基本性质、晶体的对称及分类和晶体的定向，删除了单形和聚形等难度较大的内容。

（2）在晶体化学部分，把在“普通化学”中已经学过的内容，如化学键、原子（离子）半径等进行了删除，重点介绍球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体、鲍林规则、同质多像、类质同像等内容，突出了教学重点及难点，提高了教学效果。

（3）矿物学部分难度较小，但涉及范围大，内容繁琐，矿物种类繁多，学生感到枯燥无味。因此，在矿物学部分，结合本专业的特点，着重介绍与无机非金属材料专业相关的各类矿物的化学组成、形态、物理性质及其应用，既突出重点，又避免传统讲授的枯燥性。

（4）为了拓宽学生视野，适时扩展课堂内容，引入与结晶学相关的最新研究成果，尽可能地将学生带到本学科领域的最前沿。现有课程内容如表1所示。

表1 “结晶学与矿物学”修订后教学内容

2.3 多样化授课，改善教学环境，提升教学效果

“结晶学与矿物学”课程内容抽象，学起来有一定难度，如果按照传统的教学模式教学，便会使教学变得呆板无趣，使学生产生厌学情绪。因此在授课过程中，引入不同的教学手段、教学方法，加强与学生的互动，发挥其主观能动性，让学生真正参与到教学中来。

（1）采用“启发式”“提问式”“案例式”等多种教学手段[4]，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。在教学过程中，教师要经常给学生提出一些具有探索性的问题，让学生独立思索并进行讨论。通过课堂讨论，引导学生自主获取答案,不仅激发了学生的学习兴趣，还培养了学生的创新意识。比如，讲到晶体的对称时，不是直接讲解晶体的对称，而是先介绍具有压电效应的石英晶体及其在日常生活中的广泛应用，同学们立刻对此有了兴趣。之后，老师引导学生，问：这种晶体为什么具有压电效应？什么样的晶体才具有压电效应？问题抛出后，同学们开始思考并积极讨论。之后，老师揭晓答案，没有对称中心的晶体才具有压电效应。那么什么是对称中心？老师引出了此次课的讲授内容——晶体的宏观对称。在授课过程中，教师应该鼓励学生针对教学内容多提问，并针对疑问在课堂上或课下进行讨论，在讨论和解决问题的过程中，学生不仅可以复习、巩固所学过的知识，还可以激发学生的求知欲，将被动学习变为主动学习。

（2）加大实践课力度，提高学生的动手能力。由于“结晶学及矿物学”理论课总体来说比较抽象，学生们很难较好地理解一些知识点，所以需要借助实践课来进一步加深理解。比如，在讲解晶体结构时，传统的教学主要是通过ppt展示晶体结构，虽然可以多方位、多角度展示晶体的结构，但同学们只能看，不能动手操作，所以实际效果并不理想。因此，我们购买了一些晶体结构模型，由学生根据讲解自己动手操作组装，这样把以往抽象的晶体结构比较直观、生动地展示给学生，不仅提高了学生们的动手能力，还调动了学生的学习积极性。由于学时受限，结合课程特点，主要针对晶体的对称、晶体结构等比较难理解的内容增加了实践课的教学。由于时间受限，在上实践课之前，先把实践课的内容传到学习通，学生在课下先进行预习，了解实践的内容，教师利用课前5～10 min 把实践内容及操作方法进行简单讲解，讲解结束之后让学生独立进行晶体模型分析。目前，本实践教学采用分组的方式，由学生自愿组合，每组选出一个组长。在实践课过程中，同学们可以互相探讨，碰到大家都不能解决的问题，可以向老师求助。比如，有一堂实验课是根据老师提供的晶体模型寻找晶体对称要素并正确写出其对称型。刚开始的时候，同学们可能不知如何下手，很难发现晶体模型的对称规律，也无法保证把所有的对称要素都找出来。这个时候可以让同学们先独立思考，之后老师可以拿一个具体模型给同学们讲解，告诉大家如何又快又准地找出所有的对称要素。以六方双锥为例：①首先确定晶体有没有对称中心（C），具有对称中心晶体特征（对应的晶面反向平行，同形等大）；②找对称轴（Ln），对应角顶或面的中心连线；③最后找对称面（P），平分晶面或晶棱；④利用对称要素组合定理检查所寻找对称要素是否正确；⑤按照先轴、次面、后中心、数字置前的方式书写对称型。最后，写出六方双锥的对称型为L66L27PC。通过实习，不仅可以增强同学们的动手能力、思考能力和团结合作的能力，还可以进一步巩固课堂上所学的基础知识，起到了比较好的教学效果。

（3）充分利用网络平台。现在已经进入信息化时代，网络建设非常成熟，利用“超星尔雅”构建学习平台。在超星平台上，我们设置了讨论区、作业库、ppt 课件和网络资源等内容。讨论区主要设置了与上课内容相关的主题，比如“晶体的对称”“晶体基本性质与晶体结构的关系”等。作业库主要是针对每章的内容设计的习题，帮助学生课下及时巩固复习课上学过的知识。每个作业后面附有参考答案，老师在批改完作业后，学生可以自行查看。每次上课之前，老师会将上次的作业情况进行分析，并对出现错误较多的题目进行重点讲解。ppt 主要是上课所用的课件，以便学生课前预习和课后复习所用。而网络资源主要提供一些较好的结晶学公共网站的链接，比如可以将中国大学MOOC 平台上赵茸珊老师主讲的“结晶学与矿物学”课程[5]的链接提供给学生们，方便学生们利用业余时间进行学习。这些网络资源不仅方便学生们平时学习，还可以激发学生们的学习兴趣，从而不断提高学生主动学习的积极性。

2.4 建立有效的考核机制，督促学生学习

将单一的期末考试改为过程性多次考核与期末考试相结合的考核方式。每章都应该有至少1 次在线作业和1次在线测试，在线测试和在线作业可以采取教师和学生共同批阅的方式完成。批阅结束后，教师要在课堂上对错误率超过50%的题目进行分析讲解。根据教学需求，安排适当的实践课程，根据实践的操作及完成情况对学生进行评价。同时兼顾学生平时的学习态度（包括课堂出勤次数、上课回答问题情况、使用网络教学平台学习的次数、课程讨论区发言的次数等），并且这几方面的考核比例分配合理。考核机制应兼顾学生的基础知识、实际能力、学习潜力和思维能力等多方面的综合素质，实现对学生从态度到实效的综合性评定。