多维融合的造岩矿物学课程教学创新与实践

李 壮，刘小平，王俊辉，牛花朋，朱世发，高丽明

（中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249）

0 引言

“造岩矿物学”是地质类专业基础必修课，是培养学生运用地质思维“发现、提出、分析、解决”问题的能力和创新能力，为后续岩石学、构造地质学、储层地质学等本科生和研究生课程学习提供坚实的理论和实践基础［1-7］。我校矿物岩石教学团队经过多年不懈努力，结合专业培养特点，创新教学方法和讲授内容［8-11］，努力提高课堂教学质量，逐步形成“造岩矿物学”课程特色，教学效果逐年提升，实现了学生从“被迫学”→“主动学”→“勤于学”→“精于学”的学习态度转变，实则就是为课堂教学“去痛”的过程，“痛点”主要体现在“教”与“学”两个方面。

1 课堂教学“痛点”

1.1 “教”的问题

从教师“教”的层面分析，存在以下三方面“协调与融合”问题：①世界范围内矿物资源相关的新领域、新理论、新技术、新方法等不断涌现，要求“造岩矿物学”主讲教师在教学上与时俱进，及时更新教学内容以适应时代要求。更新过程并非是对以往教学内容的全盘否定，需要处理好课程思政与专业教育之间的协调与融合问题、传统经典知识传承与新理论新技术更新之间的协调与融合问题［9，12］。②随着高等教育教学改革不断向纵深推进，有效教学设计（BOPPPS）、基于设计的研究（DBR）、以问题为导向（PBL）、翻转课堂、探究式、案例式等教学新方法、新模式受到广大师生的青睐，但在教学过程中并非新模式运用越多教学效果越好，需要将教学新方法与造岩矿物学“讲授式”传统教学方法进行合理的协调与融合才能达到事半功倍的效果［13-14］。③教学资源及教学组织上，如何将线上慕课等教学资源与线下课堂授课和虚拟与现实在时间、内容上进行有机协调与融合，以弥补线下课堂学时数少，最大程度发挥线上线下教学资源的优势，值得深入探究［1］。

1.2 “学”的问题

从学生“学”的层面分析，学生在“造岩矿物学”课程学习过程中存在以下“三低与三不足”问题，制约了课程教学效果：①“造岩矿物学”是研究组成岩石的矿物的一门课程，岩石是储存油气和金属及非金属矿产的主要载体。近年来，在低油价和碳达峰、碳中和背景下，一些学生对地质类专业前景认识产生误区，认为矿物、岩石和相关油气等资源勘探是夕阳产业，专业认同感较低，对课程学习目的不明确，缺乏学习兴趣，学习积极性和主动性严重不足［9］。②地质学专业大一学生虽然完成地质学导论、普通地质学、野外地质实习等基础课程的学习，但专业知识面还较窄，知识积累不足，而且专业知识在学生大脑中呈碎片化，其相互关联性尚不清晰，未形成矿物学的系统知识结构，更不知道在矿物资源勘探实践中如何应用，即专业知识结构化程度低，实践应用能力不足［15］。③“造岩矿物学”是一门实践性很强的课程，需要多工种、多学科协同联动，优秀的矿物学研究者需要具备很强的哲学思维能力，以往学习过程中，学生多停留在知识的记忆和理解层面，创造性高阶能力的培养和训练严重不足［9］。

2 创新理念及思路

针对“教”和“学”两个层面存在的突出问题，基于建构主义教学观，秉承以学生发展为中心和以学生产出为导向的理念，坚持问题导向和目标导向相结合，从课程教学目标重建、教学内容重构、教学方法创新、教学资源创设、课程思政融入、教学评价革新等多维度对“造岩矿物学”课程教学全过程进行创新与实践，构建可推广、可复制的“多维一体”线上线下混合式教学体系，以增强学生专业认同感、激发学生学习兴趣、提升学生自主学习能力、培养学生矿物学研究哲学思维，锻造学生分析、评价和创造的高阶能力：①家国情怀引领、提高专业认同、塑造矿物学的科学观。资源行业是关乎国计民生的龙头，其意义之大毋庸置疑。通过课程思政融入，加强课程科学性和趣味性，助力塑造学生正确的三观和培养学生学习兴趣。②BOPPPS 与翻转课堂变“被动接受”为“主动构建”。实现“以学生为中心，厚基础，重实践，强能力”，把问题抛给学生，学生自主预习、调研，通过翻转课堂输出，形成学生眼动、手动、脑动的多维度学习教学新模式，改变“被动接受”式的教学状况。③强化“实验—实践—实训”、实现探究性学习。巩固相关理论学习，突出教学活动中的实践环节，锻炼学生动手能力，促进新旧经验结构的有效整合，重塑新的认知结构。基于发现学习法的基本要求，组织室内实验和野外剖面实践教学，使学生所学有的放矢，提高学生的专业认同感和成就感［16］；④丰富线上教学资源，打造生动和有吸引力的虚拟仿真资源。教学创新以线上资源为支撑，进一步固化知识体系，打破了时间、空间、内容的局限，使学生随时随地都可以进行课前预习、课堂学习、课后复习，最大程度满足了学生多样化的教育需求，为BOPPPS 教学、翻转课堂、探究性学习提供方便，将学生的创新成果纳入教学内容，促进教学迭代优化，实现教与学充分有效的互动反馈，打造优质高效教学闭环。

3 创新方案及举措

3.1 “被迫学”→“主动学”

将BOPPPS教学模式与线上线下混合式教学模式进行深度融合。BOPPPS 课堂教学过程分为以下前后衔接的六个阶段：①导入（bridge-in），结合当前国内外矿物学研究热点，融入课程思政，导入所学章节内容，提高学生的专业兴趣与学习积极性；②学习目标（objective）介绍，让学生明确课堂学习的知识、能力、素质目标；③前测（pre-assessment），雨课堂随堂测试，检验学生课前慕课学习效果；④参与式学习（participatory learning），利用智慧教学工具展开各种课堂活动，如翻转课堂、分组讨论、案例分析、雨课堂测试等，让学生深度参与课堂教学活动；⑤后测（postassessment），通过雨课堂答题、随机点名问答等形式检验学生课堂学习效果；⑥总结（summary），由学生和教师共同完成对课堂讲授内容和知识点的回顾与总结，安排下一阶段学习任务及课后作业。课堂教学中，翻转课堂、分组讨论、雨课堂测试等与传统教学模式相结合，课堂气氛活跃，学生参与度高，同时又保证了教师有足够时间在重难点知识上给学生进行深度讲解。

依托线上慕课和雨课堂平台进行了线上线下混合式教学改革，主要方法如下：①课前。学生进行线上慕课和雨课堂自学，并完成慕课和雨课堂练习题；教师发放重点、难点知识点调查问卷，了解学生学习情况；依据调查问卷，结合词云分析，归纳重点、难点知识点。②课中。线下课堂，一是利用雨课堂开展随堂练习，检验学生慕课和雨课堂学习效果；二是通过翻转课堂形式由学生讲解相关知识点；三是针对重点、难点知识点，运用案例式等教学方法给学生进行重点剖析；四是采用探究式教学方法，让学生进行分组研讨，提高学生分析、评价、创造能力。③课后。一是让学生开展慕课和雨课堂的预习和复习；二是配套造岩矿物学课程设计，对学生进行课程设计部署与设计专项训练；三是布置课后作业，作业形式包括练习题、实训、拓展阅读、撰写读书报告、制作汇报PPT（课程中约2 学时研讨课，如“矿物能组成哪些岩石”的主题研讨课，以学生答辩＋学生提问＋教师评述的模式进行，将学生的创新成果纳入教学内容，促进教学迭代优化和打造教学闭环）等多种训练形式进一步巩固所学知识，提升学生的能力和素质。学生对慕课和雨课堂学习并不感到冗长乏味，自主学习积极性高，实现学生从“被迫学”→“主动学”的学习态度转变。

3.2 “主动学”→“勤于学”

对传统教学内容进行了一定程度的精简，同时增加了嫦娥5 号月球样品的矿物学特征及研究进展、中国古代陶器和瓷器的显微镜下矿物特征及相关中国优秀的传统文化研究进展等内容至课堂教学（见图1），实现高阶性、创新性和挑战度教学内容与传统教学内容相融合。由于新增内容多处于研究探索阶段，尚未形成系统的理论方法体系，同时考虑大一本科生的专业知识基础，新增内容的授课学时控制在8 学时以下。贯彻理论教学与实践教学交替进行的方法，建成了“国家级实验教学示范中心”，拥有了完备的教学手标本和矿片，配套了百台显微镜及软件教学平台，夯实了学生的“认”“描”“量”“画”“析”等基本功。引导学生从实验室的微观世界走出去，在宏观尺度特征上认识矿物、岩石及其形成过程，增加了野外实践环节，搭建了基于“课堂理论—微观特征—宏观表现”的立体化教学环境。为了重演矿物组成岩石的过程，于近年建成了现代化的沉积水槽模拟实验室等，有力支撑了教学高质量发展。针对传统教学中“重描述、轻机理，重定性、轻定量”等常见问题，追根溯源深挖延展矿物形成过程的物理原理，引入物理模拟和数值模拟视频，增加理论教学的直观性和动态性，建成视频资料库与富媒体教材，学生自主学习的积极性进一步提高，实现学生从“主动学”→“勤于学”的学习态度转变。

3.3 “勤于学”→“精于学”

将课程思政内容融于课堂，引导学生心系国家，将知识与学科实践联系起来，助力学生树立正确的人生观。围绕立德树人根本任务，以教育改革为途径，以全面提高学生创新能力为突破口，“造岩矿物学”教学过程中实施“课程思政”具有得天独厚的条件和便利性：①矿物鉴定讲解时，除传统的介绍矿物的鉴定特征外，还提供给学生与矿物相关的典故和成语，也鼓励学生自主挖掘，师生共建促进教学闭环。扎根中国大地，深入挖掘继承经典的思政元素，通过引入历史典故和成语故事，如干戈玉帛、米芾拜石、完璧归赵等，生动形象，以史为鉴，在情感维度引导学生树立正确三观。②打造“军都山麓好探究，学霸陪伴宜聆听”活动，邀请优秀的青年学者讲述他们的矿物学研究历程，增强学生的专业自信，让学生坚信经过几年的努力，学生也可以成为甚至超越这些优秀的青年学者。③在素养维度上，将哲学、科学精神与教学完美契合，如唯物论与地球物质组成、辩证法与地球不断变化，实现思政教育与专业教育同向同行，融入晶体光学部分。④探索读书报告会、参观博物馆等课程思政新模式，推动了专业教学与课程思政实践教育有机结合。⑤在知识维度上，激活课程与时俱进的思政元素，如绿水青山就是金山银山、碳中和、碳达峰、珍贵的嫦娥五号月球的矿物样品（见图1）等，融入结晶学部分。⑥室内实验、野外实践、现场实训，创设教师和学生近距离接触的场合，在能力维度上将知识传授与价值引领有机结合。践行以学生为中心的教学理念，学生主动参与和实践检验，深刻领悟创新成果的价值，充分发挥课程实践优势并融入整个教学设计，使学生成为地质通识教育工作的重要参与者与见证者。

探索课程知识点与思政教育之间的结合方式，依据各章节具体内容“因地制宜”地无缝融合。在面向国家、社会和人民需求、先进人物和故事、造岩矿物学的科学性等方面总结了思政元素，融入各章节中，开展情景融入式的课程思政，达到一种润物细无声的境界。学生自主学习积极性提高并且具有爱国情怀和志愿服务精神，实现学生从“勤于学”→“精于学”的学习态度转变，学生利用课程知识巧用公众号推进科普信息化，进行科普宣讲和志愿服务，以李四光讲师团走进中小学等形式，实现线上线下联动，学生获优秀志愿者奖和“互联网＋”大学生创新创业大赛金奖等荣誉。

3.4 综合性考核

多途径教学评价，注重过程和能力的综合性考核。课程考核采用课堂实训、研讨课、线上答辩、野外考察、线上期中考试、期末考试等多样化考评方法（见图2），重点考核学生掌握知识、综合应用知识以及实践操作的能力。优化考核方式，调整实验报告批改、增加实验考核内容、方式和成绩权重，加入线上研讨课和野外实践课答辩成绩，提高学习的积极性和主动性，克服了学生平时不用功，临考搞突击的弊病。组织地质技能大赛，包含鉴定矿物等教学内容，培养学生应用技能和团队合作精神，提高综合专业素养。构筑多元化创新型人才高地，培养学生自主学习能力，提升学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，相较于灌输理论知识更具现实意义，教学实践表明综合性考核评价体系能够科学地评价学生的学习效果。

图2 综合性多样化考核方式

始终以学生为中心开展“造岩矿物学”教学活动，一套完整的教学活动包含13 个环节，实现了教学闭环（见图3）：课前3 个环节，主要是知识回顾和解决预习测验中的问题，以提问、线上答题、翻转课堂的形式实现；课中7 个环节是主体，从案例引入问题、介绍重点、讲授过程中适时穿插提问前后知识、以课堂小结串联知识点、分析和研讨典型的案例、学生小组汇报，实现翻转课堂；课后3 个环节主要是布置开放性的思考题、课后实训作业及预习研究，以自主学习和网络学习为主实现有效教学设计。

图3 13个环节实现教学闭环

4 创新效果及成果

本课程被认定为省部级精品课、省部级高校优质本科生课程和校级优质金课等，主讲教师获得全国青年教师地质课程教学比赛特等奖等荣誉。

4.1 学生的评价

近5 年，本课程学生评教多次位于全校前10%，得到了学生普遍认可。学生评价集中如“老师认真、负责、有耐心，授课方式多样，深入浅出，重难点突出，关心学生的学习状况，注重理论联系实际和能力培养”等。指导20 余项相关的大学生科技创新项目，包括了国家级项目、省部级和校级项目，并完成科技论文。

4.2 学生的学习主动性

融入课程思政的“多维一体”混合式教学改革极大提高了学生对专业的认同感，学生学习积极性和主动性大大提高。学生由原来的基本不主动预习，转变为现在的课前进行慕课和雨课堂预习，BOPPPS、翻转课堂、研讨式、案例式教学模式极大调动了学生课堂参与度，课堂师生、生生互动成为新常态。线上课堂教师集中讲解重点和难点知识，有效地解决了过去课堂教学由于学时数少而导致重点难以突出的矛盾，拓宽了学生学习的深度和广度。

4.3 学生的高阶能力

在课前、课中及课后的全程学习中，学生较以往有更多时间深度参与矿物分析鉴定、综合评价、课程设计等实训练习，实践应用能力大大提升。通过分组研讨、读书报告编写、多媒体汇报等环节的锻炼，学生的矿物哲学思维、逻辑思维、创造力等高阶能力得到大大提升。大学生地质技能竞赛是彰显学生地质基本功硬实力和提升学校影响力软实力的平台，各环节均考查教学内容，检验学生矿物岩石的综合分析能力和团队合作能力，百余人次荣获全国大学生地质技能大赛特等奖、一等奖和二等奖等荣誉，教师荣获科技创新优秀指导教师称号。

5 结语

针对传统讲授式教学的弊端，基于建构主义教学观，通过课程思政与专业课融合、线上资源与线下资源融合、BOPPPS教学与翻转课堂融合、虚拟与现实相融合、理论教育与实践教育相融合、观察描述与机理探究融合、线下教学与现代化教学手段融合，提高了学生的专业认同感，重塑了“造岩矿物岩”的科学观。实现了学生主动式学习、探究式学习的创新教学理念，提高了学生学习的兴趣和积极性，变被动为主动，紧扣“价值引领、目标高远、内容前沿、学生中心、学业挑战”的指导思想。多维融合的教学理念依据学生的学习情况，在保证基础内容不丢失的前提下，机理探究的增加实现了课程的“高阶性、创新性、挑战度”，打造了“优质金课”。

·名人名言·

我们一来到世间，社会就会在我们面前树起了一个巨大的问号，你怎样度过自己的一生？我从来不把安逸和享乐看作是生活目的本身。

——爱因斯坦