结晶学与矿物学课程教学改革探索与思考

郭向国 密文天 匡永生 高成

内蒙古工业大学矿业学院 内蒙古呼和浩特 010051

“结晶学与矿物学”是地质学及相关专业重要的基础课程之一，是学习“晶体光学与造岩矿物”“岩石学”“矿床学”和“地球化学”的基础[1]。该课程的研究对象为矿物晶体，授课对象为地质学、宝石学和材料工程等相关专业的本科、大专和成人教育的学生[2],学习该课程需要一定的数学思维，要求学生具有较强的空间和抽象思维，同时要求学生具有鉴别矿物标本的能力，因此这是一门理论性和实践性都很强的课程[3]。结晶学与矿物学课程抽象枯燥，学习难度较大，部分学生常表现出畏难情绪。在本课程的讲授过程中，发现很多学生对知识点并没有真正理解，仅仅为了应付考试而死记硬背，这会导致学生出现遗忘速度快、专业基础薄弱的现象。因此，在有限的课时内，使学生不仅能掌握课程的核心知识，提高实践能力，而且能唤起学生的学习兴趣,是高校教师们关注并亟待解决的问题[3-5]。结合相关高校专业教师的教学经验，我们在该课程的讲授过程中做了一系列的改革措施，主要集中在教学模式和教学方法两个方面，笔者想借此机会谈谈在课程讲授过程中的一点心得体会。

一、当前存在的问题

(一)学生对专业课认识不足，缺乏学习兴趣

大一学生所学课程多为通识教育课程，整个大一学年涉及的专业课程为普通地质学和野外地质认识实习。由于大一学生和本专业教师以及高年级学生接触较少，缺乏对本专业的了解，导致学生对专业课的学习兴趣不高。结晶学与矿物学被安排到大二下学期，与其他专业课程相比，该课程抽象枯燥，随着课程内容的逐渐展开和学习难度的逐步上升，学生的学习兴趣也越来越低。学习结晶学需要一定的空间思维和逻辑演绎能力，与矿物学相比结晶学是学生最先接触的，这会导致学生出现畏难情绪，对学生的学习积极性也会产生一定的影响。多数学生对矿物学内容兴趣较高，由于学习结晶学时打下的基础不牢，导致学生学习矿物学时也会出现一知半解的情况，甚至会出现期末挂科的现象。

(二)课程内容多，教学难度大

结晶学与矿物学课程包含两部分内容：结晶学部分和矿物学部分。结晶学内容理论性和抽象性很强，而且包含的理论和概念繁多，如空间格子、晶体生长理论、晶体对称要素、晶体定向、结晶学符号、单形与聚形分析等内容都是层层递进的，系统性很强[6]。这些内容往往具有很强的相关性，体现出环环相扣的特点，中间某一个环节没有理解到位，出现脱节现象后很容易对后续内容的理解造成影响，这与其他专业课程有很大区别。地质专业学生最早接触的是普通地质学，该课程中的专业词汇往往通俗易懂，且图文并茂易于理解，而结晶学中则内容多为抽象概念，需要空间想象力和逻辑演绎能力，与空间立体几何关系密切，这恰是多数同学的薄弱点。同学们接触过高中时期的空间立体几何，但多数缺少对应的课外训练，在学习工程制图这门课程中，就有许多同学出现挂科现象。

(三)学时缩短，教学仓促

在高校课程学时压缩的背景下，目前我校结晶学与矿物学课程的总学时数为80学时，其中理论教学为48学时，实验课为32学时。与20世纪80年代的140学时相比，课程压缩相对严重，而教学大纲要求掌握的内容并没有减少。这就要求在有限的课时内，要把课程的关键内容有条理讲授出来，并且要达到既定的教学效果，是教师所面临的难题之一。在有限的课时内把理论课和实验课有机地结合在一起，做到使学生不仅掌握理论知识，而且要有理论联系实际的能力，看到实际的地质现象后，可以用结晶学与矿物学理论解释其背后的原因，是任课教师亟待解决的问题。

(四)教学方法和实验方式不够丰富

在结晶学与矿物学授课的过程中，传统的教学方法为讲授式，即教师将理论知识进行讲解，对晦涩难懂的知识点进行较为直观的举例演示，学生在听完相关的理论基础课程后开展相应的实验操作。这种方式存在一定的优缺点，优点是学生便于理解晦涩难懂的知识点，缺点是学生被动接受知识，如果对理论知识理解不到位会导致无法进行实践操作，存在理论和实际脱节的问题，因此这种“填鸭式”教学模式并不可取。以我校结晶学与矿物学实验课为例，学生在进行实践操作时，往往是翻书寻找对应章节的知识点，并且部分同学对知识点的理解也是一知半解，这也严重影响了实践操作的有效时间。

二、课程改革与实践探索

针对当前教学中存在的一系列问题，根据新版培养计划，笔者与本专业教师一同制定了新的课程设计，并且改进了教学方式，力求做到理论与实践相结合，以期达到更好的教学效果。

(一)引导学生加深专业了解，激发学生的学习兴趣

地质学是一门自然科学，它和数学、物理、化学、生物并列为自然科学的五大基础学科，而结晶学与矿物学是地质学的核心基础课程之一。许多同学对地质专业的了解不够深入，这就需要学院的专业教师加强引导，针对大一新生多开展一些地质专业的主题讲座，使学生尽早对本专业有一个全面的、深层次的了解。兴趣是最好的老师，这句话尤其适用于结晶学与矿物学这门课程。如何使学生对抽象、枯燥的课程感兴趣，是我们广大专业教师需要做的，同时也是必须做的。学生对专业课的第一印象会对其学习兴趣产生决定性影响，因此，讲好结晶学与矿物学的第一堂课显得尤为重要。以我校结晶学与矿物学课程为例，我们在第一堂课中设置问题让学生思考并作答，问题为：四大宝石包括什么？通过同学们的思考作答，以及教师讲授并展示各类宝石的精美图片，学生的学习兴趣明显被激发出来。此外，讲结晶学部分我们使用教学模型，而讲矿物学部分我们可以展示大量的高清矿物图片，根据每堂课的讲授内容不同，用不同方法来激发学生的学习兴趣。

(二)教学要突出重难点

由于结晶学与矿物学课程学时压缩严重，我们需要利用有限的学时把课程的核心内容讲通讲透，根据内容的重要程度分配不同的学时。结晶学中的空间格子、晶体生长理论、晶体对称、晶体定向、晶体结构是重难点，抽象性很强。这部分内容需要着重讲解，配合教学模型和多媒体动画使学生快速建立直观的空间概念，便于加深对以上内容的理解，做到融会贯通。矿物学内容复杂繁多，需要建立一条主线将各类矿物联系在一起，这条主线和葡萄串中的枝条有着相同的效果。我们发现以矿物的晶体结构和晶体化学为主线，将矿物的大类、类、亚类、族、种可以很好地关联在一起，选择其中最常见的矿物作为讲授重点，让学生们掌握这些常见矿物的鉴定特征，可以取得良好的教学效果，完成既定的教学目标。

(三)利用学生课余时间，扩充课时容量

结晶学与矿物学课程课时容量压缩近一半，在有限的课时内使学生对课程内容做到融会贯通有一定难度。在高校课程改革的大潮下，争取扩充课时量不太实际，比较好的办法是激发学生的学习兴趣，使学生在课余时间自主的学习该专业课，为学习后续的专业课程打下坚实的基础。此外，可以采用3D打印机构建并打印晶体的三维模型和建立虚拟仿真实验室，使学生利用手机在课余时间即可随时进入三维晶体模型的博物馆，大大加深了学生对三维晶体模型的直观感受，便于掌握课程的重难点，同时也扩充了课时容量。

(四)改革教学模式

在教学的实践过程中，要重视学生的能力培养，包括学习能力、分析能力、解决问题的能力，同时也要鼓励学生勇于探索追求创新，努力做到以学生为主体、教师为主导的教学模式。要避免教师单向注入式的教学，努力向互动式教学转变或尝试翻转课堂，都会取得较为良好的效果。我们对结晶学与矿物学进行了一系列的改革探索实践。

1.加强引导学生进行课前预习

结晶学部分抽象难懂，需要一定的空间想象力，如果在课堂上有一个知识点没有听懂，就会与后续内容脱节，从而影响学生的听课效果。因此，课前预习就显得非常重要。学生注意力的集中时间是有限的，听课时可将注意力集中在自己看不懂的内容，可以有效地提高听课效率。同时，鼓励学生进行课堂提问，教师放慢对重难点的讲授速度，便于学生加深对重难点的理解。

2.改进教学方法

首先，可以采用启发式和提问式的教学方法，引导学生主动思考并回答问题，培养学生的探索能力。在讲解四大宝石中的红宝石和蓝宝石的过程中，可以引导学生思考这两种宝石的矿物学学名是什么、成分是什么、为什么会出现不同的颜色等问题。整个过程循序渐进，便于学生理解和接收知识点，这时讲解刚玉的鉴定特征和成因，学生就会展现出浓厚的兴趣，比直接讲解“刚玉的鉴定特征和成因”的效果要好得多。如果在讲授的过程中展示红宝石和蓝宝石标本，会强烈激发学生的学习兴趣。其次，要重点改进多媒体教学，以传统的板书形式讲授结晶学与矿物学课程显然是不合时宜的，这种方法无法使学生构建直观的空间模型，相比之下多媒体教学展现出了不可比拟的优势。以往的教学中，多利用多媒体展示二维图片，但二维图片不利于构建直观的空间模型，因此我们做了一系列的三维动图以及视频，这些动画和视频使抽象的结晶学内容变得直观易懂，增加了课程的可读性和趣味性，取得了良好的教学效果。

3.实验课教学改革

结晶学与矿物学实验课是重要的教学辅助环节，也是理论和实际相联系的重要桥梁。结晶学中的理论部分抽象复杂，而通过实验课中的模型展示可以加深对抽象内容的理解。如在讲授晶体的外部对称要素时，往往是老师讲授，学生跟着老师的思路走，而在实验课上同学们要根据寻找对称要素的规则，主动地思考并找出全部的对称要素，便于学生加深对晶体对称要素等相关概念的理解，故实验课程就显得尤为重要。因此，学校应该加强地质工程专业的实验室建设，包括软件和硬件两个方面。将实验室建设成为开放性实验室，便于学生观察标本巩固记忆，可以大大增加学生实际操作和观察标本的时间，为学习后续的专业课程如岩石学、矿床学等打下坚实的基础。同时，教师应修编适用于本专业的结晶学与矿物学实习指导书，有利于开展针对性的实验项目。此外，开展第二课堂教学，能大大激发学生的学习兴趣。无论理论教学和实验课教学都是在室内开展的，不如让学生去看一些感兴趣的矿物。我们带领学生参观内蒙古自然博物馆，博物馆中设有生命的起源与演化、矿产资源的开发利用、矿物岩石和珠宝玉石等展厅，展厅内的矿物标本和宝玉石美轮美奂，这些矿物标本和宝玉石在野外都是难得一见的，可以让同学们感受到地质学的魅力和大自然的鬼斧神工。在这种状态下讲授结晶学与矿物学的相关知识，同学们兴趣高涨易于接受，可以取得理想的教学效果。如果有教学条件，可利用3D打印机将晶体模型打印出来，利用信息化技术建立开放式虚拟仿真的教学实验平台，可大大增加课程的趣味性，且不受时间和空间条件的限制。

4.鼓励学生多参加专业竞赛

鼓励学生参与全国大学生地质技能竞赛，在学院内进行初选、复试等一系列选拔活动，对于表现优异的学生给予一定的奖励，可以很好地激发学生的参赛热情和学习兴趣。学生在参赛的过程中，能与国内其他地质院校的学生有近距离相互交流沟通的机会，对促进学生相互学习和提高专业水平大有裨益。学生参与该类竞赛可以很好地提高野外实践能力，真正地做到将书本中的知识应用到野外工作中，做到理论和实践的有机结合。地质技能大赛不光包括地质技能综合应用和野外地质技能考察，也包括室内的标本鉴定和显微镜下的岩(矿)相学鉴定，这需要学生有扎实的专业知识作为支撑。在比赛的准备过程中发现，显微镜下观察矿物是许多同学的薄弱项，这是由于学生缺乏系统的学习，镜下观察矿物的累计时长过短，导致镜下识别矿物的准确率低。因此，应把晶体光学与造岩矿物、岩(矿)相学等课程加入后续的培养方案中，使学生能在宏观和微观两个层面准确识别各类矿物。

结语

结晶学与矿物学课程具有较强的理论性和实践性，要努力做到理论和实践相结合才能使学生真正掌握课程的核心内容，培养出积极主动且具有一定创新能力的学生。因此，我们要在教学中适当改变教学方法，激发学生的学习兴趣，充分调动学生的积极性，培养学生理论联系实际的能力。结晶学与矿物课程改革具有重要意义，只有不断发掘、不断探索才能找到更好的教学模式，从而为国家培养地质类专业人才打下坚实的基础。