“矿物学与岩石学基础”教学模式改革探讨

夏昭德，夏明哲，汪帮耀

（长安大学 地球科学与资源学院，陕西 西安 710054）

“矿物学与岩石学基础”课程，是地质工程、地球物理、测绘工程、环境工程等地学相关专业的一门专业基础课。通过本课程的学习，可以使学生掌握矿物岩石的基础理论和基本知识，掌握肉眼观察和鉴定常见矿物和岩石的基本技能，掌握矿物岩石的分布、分类、命名、成因及其与矿产和工程等的关系。因此，学好这门课程，掌握相关知识和技能，能为后续课程的学习和野外实践奠定扎实的基础。2020年春季新冠疫情期间，线下课堂教学受限，为了响应“停课不停学”的号召，全国各高校开展线上教学。在这种背景下，我校依托互联网优质教学资源，开展线上线下混合式教学，提出“矿物学与岩石学基础”课程线上教学与线下课堂融合的教学模式改革，提高了教育教学质量。

一、线上—线下混合式教学改革需求分析

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，是提高我国工程教育质量的重要举措，其核心理念是以学生为中心、以成果为导向和持续改进。而传统课堂教学模式以教师讲授为主体，不能充分发挥学生的主观能动性和自主学习能力，影响学生探究能力与创新能力的培养，而且教学内容与教学方式也无法满足不同层次学生的个性化培养需求。近年来，在线教育课程蓬勃发展，为学习者提供了免费的优质教育资源，突破了教学时空的限制，学生可以利用碎片化的时间，在电子设备终端自主学习，师生可凭借QQ、微信等软件实时在线交流，教师可通过教学平台对学生的学习进行全过程监管。但操作性强的实践教学只能提供示范性教学视频，局限性仍较大；另外，网络教学缺乏传统课堂师生之间面对面的情感交流，学生在学习中的情感参与缺乏载体，无法体会到教师在传统课堂中给学生带来的超越知识的那一部分内容，如意志力、价值观等。

线上—线下混合式教学模式，可以将线上资源与线下资源相结合，课上育人与课下育人相结合，以学生的发展为中心，可以充分发挥学生学习的主观能动性，培养学生的创新能力，把知识传授、能力培养的育人功能落到实处，实现课程教学的全过程育人。因此，开展高校课程教育教学改革，将线上教学和传统课堂进行有机融合，是高等学校课程教学改革的必然之路。

二、“矿物学与岩石学基础”教学模式改革

（一）设计思路

要求学生从光学、力学与化学原理出发，将基础学科原理与矿物的结构有机结合起来学习，运用上节课所学的结晶学基础充分理解并初步掌握矿物的化学性质与物理性质，既巩固了结晶学基础又融会贯通了新学习的知识点，达到温故而知新的效果。在矿物学学习基础上，结合河流、湖泊、火山等常见自然现象，讲解三大岩类，从而使本课程达到以下目标：（1）知识目标：掌握矿物和岩石的基本特征；（2）技能目标：培养学生鉴别常见造岩矿物和岩石的能力；（3）素质目标：通过学习矿物和岩石所具有的科学和人文意义，激发学生对地质学的好奇心，进而对所学专业充满兴趣。

（二）教学方法与策略

1.合理组织教学内容，科学取舍，重视理论基础规律。我校矿物学与岩石学基础课程的总学时为48学时（3学分），其中理论课时26学时，实验课时22学时。相对本门课程丰富的教学内容，这些课时是非常少的。因此，有必要在教学过程中，对该课程体系和结构进行调整。因此我们对比较抽象的结晶学内容做了大幅度的删减。结晶学部分主要介绍几何结晶学的基本内容，而对晶体的生长理论等内容不做具体要求，感兴趣的学生可以自学。矿物学部分主要介绍矿物的总论，对于各论部分先重点介绍各大类矿物的基本特征，然后分别以少数常见矿物为例，详细介绍每一大类矿物中常见矿物的化学组成、物理性质、成因产状及工业用途等，并让学生掌握学习矿物的基本方法和思路。岩石学部分则实行总论和各论并重，但将重点放在岩浆岩和沉积岩上，对变质岩只做简单介绍。同时讲授过程中，注意矿物岩石在地球物理、地质工程等方向的实际应用情况，如开展磁法勘探工作的地球物理前提条件是地壳中不同岩石的磁法差异，而岩石的磁性强弱和密度大小与矿物组成有直接关系，学习完矿物的物理性质后，让学生熟知铁磁性、顺磁性和抗磁性矿物等，以及某些特殊矿物如磁黄铁矿由于晶格的差异，磁性可能不同，这有利于对磁异常作出正确的地质解释。

2.丰富教学手段，重视学生学习体验。利用好网上平台资源，把握好课前、课中、课后三个环节（见图1），让学生切实地参与进来。课前预习是课程学习的重要环节，小学至高中阶段的学生很注重，但大学阶段一部分学生以前不太注重；通过课前预习，可以让学生知晓即将要学的知识点以及难点；课堂上，教师可以根据学生课前预习情况或网上平台学习情况，针对性地提出一些问题，根据学生的反馈情况，教师再将知识点及重难点讲述清楚；有时让学生以小组为单位先讲解所学的内容，然后老师再评析；另外团队以科研为依托，专门配了一套比较典型的矿物岩石标本，在讲授相关课程内容时，就拿出对应的矿物或岩石标本让学生观察和描述，特别是精美奇特的标本大大激发了学生的学习兴趣。同时，用PPT多媒体课件辅以精美的图片和视频，时刻吸引学生们的注意力。课后，向学生提出相关的问题，留到下节课上课时讨论。

图1 矿物学与岩石学基础课程混合式教学模式

3.加强课程思政建设，强调学习重要性。人类的生存和发展，离不开地球上的矿产资源，而岩石与矿物则是这些矿产资源的载体，研究和探索岩石、矿物，对于人类发展具有重要意义。“十三五”国家科技创新规划中，提到要围绕“深海、深地、深空、深蓝”，发展保障国家安全和战略利益的技术体系，而这“四深”战略都与岩石、矿物息息相关。矿物学与岩石学基础课程的学习，是对国家战略发展的强烈支持，也是为实现“伟大复兴中国梦”采取的重要实际行动。例如，在岩浆岩讲述中，介绍新中国成立后岩浆岩矿床领域的找矿突破和巨大成就，让学生认识到岩浆岩学习的重要性，在此过程中重点介绍我校汤中立院士及其团队，在金川镍矿发现过程中的重要作用及其“小岩体成大矿”等理论的创立与发展，培养学生对本校、本专业、本课程的热爱。此外，通过介绍我国目前很多战略性矿产资源居高不下的对外依存度，进一步展现现今我国矿产勘查的重要性、必要性、紧迫性，激发学生投身矿产勘查相关事业、为国家发展贡献自己力量的热情。通过上述讲述，培养学生爱国、爱党的坚定信念和爱校、爱专业的情怀。强调该课程学习在个人专业知识储备以及服务地方、服务社会中的重要性，让学生从思想上重视该课程的学习与实践，点燃他们学习该课程的热情，陶冶学生的地学文化情操，坚定为祖国地质事业作贡献的决心与信心，为社会主义地质事业培养接班人。

（三）组织实施

在线平台自学+问题式互动教学+现场展示矿物标本+小组专题研讨讲课+实习实验验证。借助智慧树网等大型网络平台和地质学国家级实验教学示范中心——数字化地质标本库等，让学生观看相关课程视频和典型矿物岩石图片；利用本校在线平台，让学生签到打卡、观看直播或回看重难点讲解等，课中课后的问题通过在线平台反馈，其他学生均可留言，教师及时解答。实习课以小组为单位进行矿物岩石标本鉴定、讲解与问题讨论，锻炼和提高学生的团结协作能力、认识能力、讲解能力、思维能力和探究能力。

此前对矿物岩石课程一般高校都采用考试成绩占70%，平时成绩占30%的成绩计算方式。本课程考核方式做了调整，最终课程成绩包括笔试成绩、实习成绩和平时成绩（在线学习及课后作业完成情况），占比分别为50%、30%、20%。突出了平时学习和实习成绩的比重，能更好地体现学生自学能力以及对矿物岩石标本进行观测、鉴定和描述的能力，避免了学生不重视实验、机械学习课本知识的毛病。而期末考试试卷内容围绕课程教学大纲，以名词解释、选择、填空、判断、简答和综合等形式出现，在内容全面覆盖的同时，突出重点和难点，难易程度适中，满足毕业要求达成度指标，考核学生对基本概念、基本理论、基本方法的理解、掌握和运用能力。

（四）混合教学实施效果

通过调查问卷以及在线平台统计数据，学生学习该门课程的时间是原来的2～3倍，绝大部分学生学习更为主动，回答问题和提出问题的次数比往常多出30%。期末成绩三分之二的同学在80分以上，高出以往20%。通过实习验证和大数据平台的学习，学生基本能区别和鉴定矿物和岩石，达到了教学目标。

在教学过程中，某小组同学认识到了岩石矿物鉴定是地质分析的重要基础，传统做法是在显微镜下通过肉眼人工鉴定。如果能对其实现智能化识别，必将大幅度减少分析者的劳动强度，增加结果的客观性。特别是，在大数据时代和智能地质学高度，它更是必然的选择。他们利用大数据平台，通过对所提供的岩石/矿物照片进行大数据智能挖掘，并根据前人资料，综合考虑岩石/矿物分类准确性、可靠性等方面，迅速准确地对岩石进行鉴别，提供鉴定报告（包括矿物成分，矿物描述，结构构造，综合定名等内容），初步研发了一款智能化识别矿物岩石的App（如图2），这也是混合式教学后起到的启发引导作用。

图2 智能识别矿物岩石App功能结构

结语

针对疫情背景下，矿物学与岩石学基础课程教学面临的新问题和新需求，本文立足课程现有的网络教学平台和校内资源，考虑到专业课程内容特点，以“学生的发展为中心”，结合工程教育专业认证要求，有机融入课程思政教育，总结了我校矿物学与岩石学基础课程实施的线上线下教学模式，实现教与学、线上与线下、理论与实践的有机融合。结合当代热点、科学前沿并充分发挥专业特色呈现问题情境，通过实例激发学生的探究兴趣，促进学生反思；引领学生充分利用大数据资源来探索矿物、岩石的分类及各种性质，多角度学习世界乃至宇宙中典型矿物和岩石的特征，激发学生学习积极性，提高学生的自主学习、团结协作、综合分析和创新能力。这种线上线下混合式教学模式的改革和不断完善，有助于提高教育教学质量和效率，有助于培养和提高学生的综合素质和能力。