獨立學院礦物巖石學實驗教學模式探討

劉 丹，王 龍，孔 雪

1.中國石油大學勝利學院 油氣工程學院， 山東 東營 257061；2.勝利油田森諾勝利工程有限公司， 山東 東營 257100

獨立學院礦物巖石學實驗教學模式探討

劉 丹1，王 龍2，孔 雪1

1.中國石油大學勝利學院 油氣工程學院， 山東 東營 257061；2.勝利油田森諾勝利工程有限公司， 山東 東營 257100

本文結合獨立學院人才培養(yǎng)目標及教學特點，立足于“礦物巖石學”實驗教學，分析傳統(tǒng)教學模式存在的問題，基于顯微數(shù)碼互動實驗室形成的教學新模式，希望能有效消除師生交流障礙，實現(xiàn)全程監(jiān)控和實時交流，豐富教學資源，革新實驗教學考核模式，提高教學質量和教學效率。

獨立學院；礦物巖石學；實驗教學；顯微數(shù)碼

“礦物巖石學”作為資源勘查工程及相關專業(yè)的基礎課程，涵蓋“結晶學”“晶體光學”“造巖礦物學”“巖漿巖巖石學”及“變質巖巖石學”5大基礎學科[1]。課程教學以實驗與理論相結合的方式進行，實驗與理論課程學時比重為1∶1，旨在培養(yǎng)學生巖礦鑒定能力。

獨立學院以培養(yǎng)高素質的應用技術型人才為目標。與普通高等院校相比，獨立學院學生文化基礎相對薄弱，但思維活躍，動手能力強，對實驗室學習實操技能更感興趣[2]。獨立學院教師需要同時承擔課程的理論教學和實驗教學任務，這種集理論和實驗教學于一人的模式有利于教師及時掌握學生在學習過程中遇到的問題，及時反思。但實驗教學質量會因個人精力有限而受到影響[3]。

以獨立學院人才培養(yǎng)目標為導向，揚長避短，引入顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)，革新礦物巖石學實驗教學模式，充分發(fā)揮學生學習的主觀能動性，從而提高獨立學院實驗教學質量和效率。

一、傳統(tǒng)教學模式存在的問題

“礦物巖石學”實驗主要內容為巖礦鑒定，其基本工具為偏光顯微鏡，鏡下礦物光性特征的觀察貫穿實驗教學始終，包括礦物的顏色、解理、突起、消光類型、干涉色、色散等，要求學生以此為基礎對礦物和巖石進行系統(tǒng)鑒定。

現(xiàn)有的實驗教學模式為：首先教師布置實驗任務，講解主要內容及步驟，然后學生借助偏光顯微鏡對巖礦薄片進行觀察和描述，期間學生如有儀器操作及鏡下觀察方面的問題，當堂提問并由教師一一解答。由于鏡下實驗環(huán)境的封閉性及一人一鏡、手眼協(xié)同的特殊性，這種模式不利于師生對鏡下問題進行實時交流，影響和制約了教學質量和效率[4-5]。

1.監(jiān)控和交流障礙

傳統(tǒng)教學模式下，對教師而言，無法第一時間看到學生的鏡下圖像，也就不能判斷其觀察內容及實驗操作是否正確。對學生來說，向教師提問時并不能準確描述其實驗現(xiàn)象，彼此之間也不能對鏡下圖像進行交流與討論。

2.資源無法保存及共享

傳統(tǒng)的光學顯微鏡不具備畫面截取和視頻錄制功能，典型實驗現(xiàn)象不能被保存下來與他人共享，這些實驗現(xiàn)象往往只能用在某一次實驗課上，很難在其他實驗課上再現(xiàn)。

由于存在種種障礙，學生排隊等教師答疑的情況常常出現(xiàn)，而有限的課堂時間不能保證所有學生的問題得到有效解答，有的實驗內容對學生來講比較抽象，例如，觀察礦物邊緣貝殼線移動規(guī)律，僅靠書本知識和教師講解，學生很難準確理解貝殼線鏡下特征。如果遇到問題得不到及時有效的指導，其學習積極性受到影響，實驗任務很難在課堂上按時完成。而教師除了主場教學以外，其他時間都在對學生逐個輔導、示范，經(jīng)常同一問題重復作答。因此，學生學習效率低，教師工作強度大，教學效果差。

二、顯微數(shù)碼互動實驗室及其功能

針對傳統(tǒng)教學模式存在的問題，我校礦物巖石學實驗室革新教學模式，基于顯微數(shù)碼互動實驗室，探索出一套教學新模式，實現(xiàn)師生的全方位互動交流。

1.顯微數(shù)碼互動實驗室

顯微數(shù)碼互動實驗室由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，分為教師端和學生端[6]（表1）。硬件系統(tǒng)方面，教師和每位學生均配備一套內置攝像系統(tǒng)的數(shù)碼偏光顯微鏡及電腦，電腦間通過局域網(wǎng)連接。軟件系統(tǒng)方面，電腦不僅配有專業(yè)的圖像分析軟件，能夠實現(xiàn)鏡下圖像的實時顯示、編輯和存儲，還配有強大的互動教學軟件，提供多種教學模式。

表1 顯微數(shù)碼互動實驗室組成（X取決于實驗室規(guī)模）

2.功能

顯微數(shù)碼互動實驗室圖像分析軟件可實現(xiàn)圖像采集、圖像管理、圖像處理、校準測量及報告生成；互動教學軟件可提供授課、監(jiān)控、示范教學、對比教學、互動輔導、分組教學等主要模式；此外，還具備電子點名、作業(yè)下發(fā)提交、電子考試系統(tǒng)、網(wǎng)絡影院、屏幕錄制、教學及實驗室管理等輔助功能。其主要功能見表2。

表2 顯微數(shù)碼互動實驗室主要功能

三、教學模式的選擇與運用

教學模式既是教學理論的具體表征，又是教學經(jīng)驗的系統(tǒng)概括[7]。為減少教學的隨意性，提高課堂效果，教師總是在某種教學模式的框架下開展教學活動，而只有在先進的教學理論和科學的教學思想的指導下，才能全面認識教學模式的內涵，客觀認識教學模式的局限性。教師在教學實踐的過程中，必須結合自身特點，充分考慮學生的認知特點、教學內容與教學目標等教學過程中的主要變量，選擇合適的教學模式，靈活運用教學模式以適應復雜而鮮活的教學情境。

雖然顯微數(shù)碼互動實驗室能夠提供多種教學模式，但不能一味追求創(chuàng)新而忽視傳統(tǒng)教學模式的合理性。礦物巖石學中晶體光學部分的實驗原理抽象難懂，而獨立學院學生面對看似枯燥難懂的知識和技能缺乏學習興趣，且自學意識較為淡薄，應付心態(tài)較為嚴重，因此，利用實驗課的前5～10分鐘時間明確學習目標，講解實驗內容和操作步驟對提高教學質量和教學效率具有重要意義。

在實驗教學模式具體運用的過程中，不同的實驗類型可采用不同教學模式，一次實驗可綜合應用多種教學模式。以“突起等級及折光率高低的比較”實驗為例，其為基礎驗證型實驗，通過顯微鏡下反復操作實踐加深對突起等級及其成因的理解，掌握利用貝殼線和色散效應確定折光率相對大小和突起正負的技能。教學模式運用流程如下：第一，授課模式，教師簡單講解實驗內容及學習目標；第二，監(jiān)控模式，學生利用顯微鏡和圖像處理軟件進行自主觀察，教師利用互動教學軟件可在本人電腦桌面上觀察到學生鏡下內容和操作流程，發(fā)現(xiàn)普遍存在的突出問題；第三，互動輔導模式，學生提出問題，該模式與監(jiān)控模式可同時進行；第四，教師可選擇授課模式或示范教學模式為學生集體答疑，也可選擇互動輔導模式為學生單獨答疑。而對比教學模式可在具體礦物和巖石鑒定時加強運用，分組教學模式可在綜合設計性實驗中如未知巖石的鑒定占主導地位。

四、應用效果

教師與學生在軟硬件結合的教學系統(tǒng)下，能夠實現(xiàn)高效、暢通的互動交流。顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)能夠快速、準確、直觀地將巖礦微觀世界展現(xiàn)在學生的電腦屏幕上，學生借助該系統(tǒng)比使用單一顯微鏡更容易捕捉鏡下現(xiàn)象，其直觀性和可接受性降低了學習難度，增加了學習趣味性；而且教師可以遠程監(jiān)控學生端，保證了教學的有序性。顯微數(shù)碼互動實驗室不僅打破了傳統(tǒng)教學模式的壁壘，使全程監(jiān)控和實時交流成為可能，還豐富了教學資源，革新了實驗教學考核模式。

1.全程監(jiān)控與實時交流

監(jiān)控教學模式可提供教師對學生電腦屏幕和鏡下圖像的全程監(jiān)控，解決了傳統(tǒng)教學模式下教師無法確定學生的操作和實驗內容是否正確等問題，更有利于教師掌握學生對教學內容的理解程度，因材施教，而對于實驗中普遍存在的問題，教師集中指導，改變排隊答疑的局面，提高教學效率。互動輔導模式下，學生遇到問題時，能夠與教師實時交流，及時有效地得到指導，增加了學生學習的信心。

2.豐富教學資源

經(jīng)過長時間教學積累，具有代表性和獨特性的圖件或視頻能夠被保存下來，建立豐富的教學資源庫。一是用于后續(xù)的理論和實驗教學，提高了教學質量；二是作為學生課外學習科研的素材，培養(yǎng)了學生分析解決問題的能力；三是可以此為依托，建立礦物巖石學開放性實驗室和虛擬仿真實驗室[8]，使其功能最大化。

3.革新實驗教學考核模式

長期以來，礦物巖石學實驗課考核一直以具有可復制性和記憶性的實驗報告及相關理論知識為主，原因在于很難將偏光顯微鏡的操作和巖礦薄片納入考核范圍內，考核成績常無法真實展示學生應用能力。顯微數(shù)碼互動實驗室豐富的教學資源庫可被整理為題庫，形成題型多樣、內容豐富的電子試卷。在考核的過程中還可加入現(xiàn)場薄片鑒定，要求學生提交典型圖像、視頻及鑒定報告，以此作為最終成績的主要依據(jù)。

五、結語

“礦物巖石學”實驗教學旨在培養(yǎng)資源勘查工程、寶石學等相關專業(yè)技能型高級專門人才。傳統(tǒng)教學模式下，由于顯微鏡使用的個體性，教學質量和教學效率均受到影響，而合理選擇和靈活運用基于顯微數(shù)碼互動實驗室的新教學模式能有效打破傳統(tǒng)教學模式的壁壘，實現(xiàn)全程監(jiān)控和實時交流，豐富教學資源，革新實驗教學考核模式，提高教學質量和教學效率，有效培養(yǎng)學生巖礦鑒定能力。

[1]陳世悅.礦物巖石學[M].東營:中國石油大學出版社,2002:1.

[2]李曉峰,伍宗富,王南蘭.獨立學院實驗教學體系建設的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2016,35(8):181-184，189.

[3]秦春節(jié),謝林君,何喜玲.獨立學院學生參與開放式實驗教學的實踐[J].實驗室研究與探索,2014,33(4):180-183.

[4]彭安,郭冬生,張維.生命科學創(chuàng)新教育模式—顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)[J].現(xiàn)代教育技術,2003,13(4):56-57.

[5]陳艷.巖石學和晶體光學實驗課教學新模式探討—顯微數(shù)碼互動實驗室的應用[J].中國地質教育,2015，24(4):27-30.

[6]楊鋒,劉蘇橋,白艷萍，等.顯微數(shù)碼互動實驗系統(tǒng)在晶體光學實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理,2013,30(2):66-69.

[7]梁靖云.構建教學模式:教師應當具備的基本功[J].教育理論與實踐,2012,32(23):44-47.

[8]劉小洪,馮明友,郗愛華，等.礦物巖石實驗教學改革及展望[J].中國地質教育,2015,24(4):120-123.

independent colleges; mineral petrology; experiment teaching; microdigital

G642

A

1006-9372（2017）04-0064-03

Title:Teaching Mode of Mineral Petrology Experiment Course in Independent Colleges

Author(s):LIU Dan, WANG Long, KONG Xue

2017-02-15；

2017-09-21。

中國石油大學勝利學院高等教育研究課題（GJY201703）。

劉丹，女，助教，主要從事礦物巖石學的教學與研究工作，

孔雪，女，講師，主要從事復雜介質成像和繞射目標成像研究工作。

投稿網(wǎng)址： www.chinageoeducation.net.cn 聯(lián)系郵箱：bjb3162@cugb.edu.cn

劉丹，王龍，孔雪．獨立學院礦物巖石學實驗教學模式探討[J]．中國地質教育，2017，26（4）：64-66.