基于“雨課堂”平臺的“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”教學(xué)模式初探

劉 棟，王 青，申俊峰

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083

“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”是地質(zhì)學(xué)及其相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，它以晶體和礦物為研究對象，通過“課堂教學(xué)+實(shí)習(xí)指導(dǎo)”的教學(xué)模式使學(xué)生系統(tǒng)掌握基礎(chǔ)理論、基本知識和鑒定技能[1]，為后續(xù)“晶體光學(xué)”“巖石學(xué)”“地球化學(xué)”和“寶石學(xué)”等固體地球科學(xué)領(lǐng)域其他課程的學(xué)習(xí)打下重要基礎(chǔ)。近年來的教學(xué)實(shí)踐表明，由于“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”知識體系龐大、學(xué)習(xí)難度較大，因此剛接觸這門課程的學(xué)生容易出現(xiàn)學(xué)習(xí)興趣和積極性不足的情況[2-4]。加上高等院校課程教學(xué)改革過程在減少專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)時(shí)的同時(shí)并未對教學(xué)內(nèi)容做出相應(yīng)程度的精簡和調(diào)整，教師們不得不在有限的課堂學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)塞入大量教學(xué)內(nèi)容，在嚴(yán)重影響課堂教學(xué)效果的同時(shí)還間接導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中處于被動接收的位置。因此，當(dāng)務(wù)之急是找到能夠有效提高“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課堂教學(xué)效果的新教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)知識傳授和能力培養(yǎng)并舉，最終達(dá)到為社會培養(yǎng)高水平人才的教學(xué)目標(biāo)。

隨著大數(shù)據(jù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)的普及，“混合式教學(xué)”和慕課（MOOC，即大規(guī)模開放在線課程）在我國高等教育領(lǐng)域生根發(fā)芽并迅速發(fā)展[5-7]。另一方面，踐行“以學(xué)生為中心”的教育理念也被證明是能夠顯著提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑[8]。在這樣的背景下，清華大學(xué)和學(xué)堂在線聯(lián)合推出了智慧教學(xué)工具—“雨課堂”。“雨課堂”平臺充分利用了先進(jìn)的信息技術(shù)，將“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念和“混合式教學(xué)”方式貫徹到所有教學(xué)場景中，既彌補(bǔ)了MOOC的局限性（例如資源耗費(fèi)量大、課堂互動不足等），又將整個(gè)教學(xué)過程數(shù)據(jù)化和網(wǎng)絡(luò)化，不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、提高學(xué)習(xí)積極性，還能加深學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解，達(dá)到提高教學(xué)效果的目的?！坝暾n堂”從2016年開始陸續(xù)已進(jìn)入各大高校的課堂，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）也于2017年9月舉辦了面向全校教師的現(xiàn)場實(shí)訓(xùn)和實(shí)踐指導(dǎo)，以期幫助教師們快速掌握“雨課堂”平臺的使用方法。本校地質(zhì)學(xué)相關(guān)專業(yè)的“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課程通常是50人左右的規(guī)模，特別適合通過“雨課堂”平臺開展教學(xué)實(shí)踐。本文重點(diǎn)探討了“雨課堂”平臺在解決“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”常規(guī)教學(xué)過程中出現(xiàn)的課前預(yù)習(xí)不足、課堂互動不夠、課后復(fù)習(xí)不及時(shí)三大問題上的應(yīng)用。

一、“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”傳統(tǒng)教學(xué)模式分析

“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”主要以自然界中各類礦物晶體為學(xué)習(xí)對象，分為兩個(gè)組成部分，其中先講授的“結(jié)晶學(xué)”部分主要介紹了晶體的性質(zhì)、對稱規(guī)律和晶體化學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，對學(xué)生空間想象能力提出了較高要求。而“礦物學(xué)”部分則系統(tǒng)介紹了各類礦物的主要特征，要求學(xué)生理解并記憶各大類礦物的晶體化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)類型與形態(tài)物性通性，掌握數(shù)十種典型礦物的鑒定特征并具備一定的未知礦物鑒定能力。鑒于這門專業(yè)基礎(chǔ)課在固體地球科學(xué)教學(xué)和研究中的重要性，國內(nèi)地質(zhì)院校往往將其作為一、二年級本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，以便為后續(xù)其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)做鋪墊[1]。然而課程學(xué)習(xí)難度較大、實(shí)際操作不易掌握的特點(diǎn)導(dǎo)致剛接觸這門課程的學(xué)生容易產(chǎn)生畏難情緒。因此，如何激發(fā)學(xué)生對課程的興趣、提高學(xué)習(xí)效果就成了教學(xué)實(shí)踐中必須解決的問題[2-3]。

前人通過大量教學(xué)實(shí)踐嘗試了通過多種途徑激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并提高“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”這類相對枯燥的專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)效果。例如有的教師建議抓住學(xué)生注意力相對集中的每節(jié)課前10分鐘，通過趣味實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入新課，使學(xué)生產(chǎn)生好奇心之后再進(jìn)行講解。也有教師建議通過鼓勵學(xué)生根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容親手制作教學(xué)模型，爭取把枯燥的課本知識變得更加形象，從而增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[9-10]。還有教師提出可以通過多媒體教學(xué)把圖文和聲像融為一體，把教學(xué)內(nèi)容生動形象地展示出來，從而引起學(xué)生的興趣，便于學(xué)生對課程內(nèi)容進(jìn)行理解和記憶[2,10]。此外，“凝練教學(xué)內(nèi)容”“翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式”“重視實(shí)習(xí)課程”“改善課程考核”等教學(xué)方法也都被廣泛提及，不一而足。然而，盡管教師們在課程教學(xué)手段上不斷推陳出新，但是“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課堂教學(xué)模式的核心依然是傳統(tǒng)的“課本+PPT”的面授模式。在學(xué)時(shí)有限的情況下，這種傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺點(diǎn)就更加強(qiáng)烈地凸顯出來了?？偟膩砜?，“課本+PPT”的教學(xué)模式存在三個(gè)主要問題：（1）剛開始接觸專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)生存在畏難情緒，學(xué)習(xí)興趣和積極性不足的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生；（2）由于教學(xué)時(shí)間和內(nèi)容的限制導(dǎo)致師生課堂互動有限，很多教學(xué)設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)；（3）教學(xué)反饋不及時(shí)，教師往往難以準(zhǔn)確掌握學(xué)生對知識的理解程度?？梢哉f提升“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課堂教學(xué)效果的關(guān)鍵在于如何有效解決這三個(gè)基本問題。

二、“雨課堂”智慧教學(xué)工具簡介

“雨課堂”平臺是清華大學(xué)和學(xué)堂在線在2016年正式推出的智慧教學(xué)工具[11]，能夠?yàn)檎n前預(yù)習(xí)、課上學(xué)習(xí)和課后復(fù)習(xí)提供全方位的指導(dǎo)，使教師能夠迅速準(zhǔn)確地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并據(jù)此及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，避免發(fā)生教學(xué)重難點(diǎn)問題積壓導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果低下的情況?！坝暾n堂”平臺相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)是基于國內(nèi)最常用的兩大辦公和社交軟件：PowerPoint（或WPS）和微信APP，因此使用門檻低，教師和學(xué)生均可無障礙使用。

“雨課堂”平臺是以插件的形式在PowerPoint或WPS軟件中使用的，而本文的教學(xué)實(shí)踐則是基于PowerPoint 2016軟件來實(shí)現(xiàn)（如圖1所示）。從官網(wǎng)下載并安裝“雨課堂”軟件安裝包之后，重新打開PowerPoint即可看到該插件界面。

圖1 PowerPoint 2016軟件下“雨課堂”平臺插件界面和使用流程示意圖

“雨課堂”插件不會影響PowerPoint的正常使用，這意味著教師們完全可以基于已有的PPT課件來制作“雨課堂”教學(xué)材料。與一般PPT制作相比，“雨課堂”插件增加了三個(gè)重要功能：（1）課堂習(xí)題（包括選擇題、填空題和主觀題）的導(dǎo)入；（2）慕課和網(wǎng)絡(luò)視頻素材的插入；（3）課前和課后試卷的上傳。在上課時(shí)，教師只需要使用微信APP掃碼登錄，開啟“雨課堂”授課模式并點(diǎn)擊放映幻燈片，軟件系統(tǒng)便會自動生成一個(gè)本堂課程的二維碼，學(xué)生可通過微信軟件掃碼進(jìn)入課程開始學(xué)習(xí)。在課上，教師講授的每一頁P(yáng)PT都會通過同步發(fā)送到學(xué)生的手機(jī)終端，方便學(xué)生把握學(xué)習(xí)節(jié)奏。在課前和課后，教師可通過“雨課堂”平臺將作為預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)材料的習(xí)題和語音推送至學(xué)生的手機(jī)終端，完成對學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)數(shù)據(jù)的收集。“雨課堂”軟件的安裝、班級和課程創(chuàng)建、PPT課件制作以及習(xí)題和試卷等學(xué)習(xí)材料上傳發(fā)布的具體操作與軟件版本有關(guān)，在此不再贅述。后文將重點(diǎn)探討“雨課堂”平臺在“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課前預(yù)習(xí)、課堂互動和課后復(fù)習(xí)上的應(yīng)用。

三、基于“雨課堂”平臺的“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”教學(xué)實(shí)踐

“雨課堂”平臺為構(gòu)建“課前—課上—課后”完整的教學(xué)流程提供了解決方案，因此基于“雨課堂”智慧平臺的“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”新教學(xué)模式能夠較好地解決學(xué)生課前預(yù)習(xí)不足、師生課堂交流不夠以及課后復(fù)習(xí)鞏固不及時(shí)的問題。

（1）通過“雨課堂”平臺發(fā)布課前預(yù)習(xí)材料。

盡管近年來高校許多課程的教學(xué)實(shí)踐并不對學(xué)生的課前預(yù)習(xí)做強(qiáng)制要求，但是課前預(yù)習(xí)工作對于提高課堂教學(xué)效率來說毫無疑問是至關(guān)重要的一環(huán)[12]。課前預(yù)習(xí)不僅起到了為即將開始的課堂教學(xué)預(yù)熱的作用，它還能使學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容有一個(gè)基本的了解，從而減輕課堂教學(xué)的壓力，避免由于對某個(gè)概念理解不到位而影響后續(xù)學(xué)習(xí)的情況發(fā)生。這一點(diǎn)在“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”這種包含大量基本概念的專業(yè)核心基礎(chǔ)課程的課堂教學(xué)過程中體現(xiàn)地非常明顯。大量教學(xué)實(shí)踐表明：教師在20～30個(gè)學(xué)時(shí)的課堂教學(xué)過程中往往難以巨細(xì)無遺地講授課本上的所有內(nèi)容并讓學(xué)生完全掌握。因此督促學(xué)生做好課前預(yù)習(xí)工作是提高課堂教學(xué)效率的重要途徑。

“雨課堂”平臺為教師發(fā)布課程預(yù)習(xí)材料提供了有效途徑。以“結(jié)晶學(xué)”部分第一章為例，其中涉及了結(jié)晶學(xué)、晶體和非晶體、短程有序和長程有序、脫?；饔煤筒ＡЩ饔?、空間格子及其基本要素以及晶體的六大基本性質(zhì)等將近20個(gè)新概念。如果沒有做好課前預(yù)習(xí)工作，學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中很容易跟不上老師的上課節(jié)奏，更不用說深刻理解晶體的“均一性”和“異向性”這兩個(gè)看似矛盾的性質(zhì)。這種動輒數(shù)十個(gè)新概念的情況在“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常出現(xiàn)，因此學(xué)生對于概念和定義的理解不到位，很容易產(chǎn)生知識脫節(jié)的感覺。為了解決這個(gè)問題，我們制作了豎版的PPT預(yù)習(xí)課件并通過“雨課堂”平臺向?qū)W生微信終端推送，要求學(xué)生在下節(jié)課上課之前完成課前預(yù)習(xí)。預(yù)習(xí)課件分為兩部分，第一部分是下節(jié)課的內(nèi)容提要，主要是起到了對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理的作用（圖2）；第二部分則是附帶的5～10道練習(xí)題，用來提高學(xué)生的預(yù)習(xí)效果（圖2）。在預(yù)習(xí)課件發(fā)布之后，我們根據(jù)學(xué)生關(guān)于習(xí)題的回答情況調(diào)整接下來的課堂教學(xué)的授課內(nèi)容，把重點(diǎn)放在學(xué)生預(yù)習(xí)過程中容易混淆的概念和不易理解的部分。通過“雨課堂”平臺發(fā)布預(yù)習(xí)課件應(yīng)該選擇那些相對基礎(chǔ)并且學(xué)生可以自學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，在練習(xí)題的設(shè)置上必須緊扣預(yù)習(xí)內(nèi)容并且題量不宜過多，以免學(xué)生耗費(fèi)太多課下時(shí)間而影響學(xué)習(xí)的積極性。

（2）通過精心設(shè)計(jì)的練習(xí)題激活課堂氛圍、深化學(xué)生對于重難點(diǎn)內(nèi)容的理解、掌握學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解程度。

“結(jié)晶學(xué)及礦物學(xué)”的基本概念繁雜，因此教師必須在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)抓住重點(diǎn)內(nèi)容，這樣才能有效提高課堂教學(xué)效果。突出重點(diǎn)是指根據(jù)教學(xué)目標(biāo)抓住教學(xué)內(nèi)容里面最基本、最核心的概念、原理和規(guī)律。這不僅要求教師對教材和教學(xué)大綱進(jìn)行深入分析，還需要教師及時(shí)掌握學(xué)生對教學(xué)重難點(diǎn)內(nèi)容的理解情況，引導(dǎo)學(xué)生在課下自主學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容中相對簡單的部分。然而，對學(xué)生課堂反應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)觀察和對課堂氣氛進(jìn)行及時(shí)調(diào)節(jié)在實(shí)際課堂教學(xué)過程中并不容易做到，這也意味著教師往往難以對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

圖2 “雨課堂”平臺發(fā)布“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”豎版預(yù)習(xí)課件示例圖

“雨課堂”平臺的主客觀題和彈幕功能為激活課堂氣氛、掌握學(xué)生的理解情況提供了有效的解決方案。針對“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”中重難點(diǎn)的講解，我們在課堂上不僅進(jìn)行了詳細(xì)的講解，還針對這些內(nèi)容設(shè)計(jì)了相應(yīng)的練習(xí)題并通過“雨課堂”平臺進(jìn)行發(fā)布。這不僅能夠提高學(xué)生對課堂教學(xué)的參與程度，還能及時(shí)了解學(xué)生對于重要知識點(diǎn)的掌握情況。以“結(jié)晶學(xué)”第五章的晶體定向與晶體符號為例，該部分內(nèi)容在引入晶面符號的表示方法之前先論述了晶體坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇問題和晶體的定向原則。由于和數(shù)學(xué)領(lǐng)域里數(shù)軸度量單位相等的笛卡爾坐標(biāo)系不同，學(xué)生在剛接觸這一部分教學(xué)內(nèi)容的時(shí)候往往對晶體定向原則和晶體常數(shù)特征的理解不夠深入，從而影響到對晶面符號（米氏符號）的理解。我們針對這個(gè)問題精心設(shè)計(jì)了兩道練習(xí)題（圖3），力圖使學(xué)生在掌握晶體定向原則的基礎(chǔ)上深刻理解晶面指數(shù)和晶面截距系數(shù)之間的倒數(shù)關(guān)系。值得注意的是，在通過練習(xí)題來活躍課堂氣氛的同時(shí)必須給予學(xué)生一定思考和討論時(shí)間，尤其要注意學(xué)生的個(gè)體差異，準(zhǔn)確掌握每個(gè)學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解程度。

圖3 “結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”第五章晶面符號相關(guān)練習(xí)題的示例圖

（3）課后通過練習(xí)題+思考題的形式幫助學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固所學(xué)內(nèi)容。

由于“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”的課堂教學(xué)難以面面俱到，這就要求學(xué)生在課后不僅要自學(xué)一部分教學(xué)內(nèi)容，還需要完成對知識結(jié)構(gòu)的梳理。然而，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式對學(xué)生課下學(xué)習(xí)效果的評估常常是缺失的，這主要是因?yàn)楦叩冉逃y以通過大量測試和作業(yè)來完成學(xué)生課后學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的收集。以“礦物學(xué)”部分為例，其內(nèi)容分成了自然元素礦物、硫化物及類似化合物礦物、氧化物和氫氧化物礦物、含氧鹽礦物以及鹵化物礦物等不同的專題，要求學(xué)生對學(xué)習(xí)過程中涉及的數(shù)十種重要礦物的鑒定特征進(jìn)行記憶和掌握。由于課堂時(shí)間限制，我們在歸納總結(jié)各大類礦物的共性之后只能挑選一部分典型礦物進(jìn)行深入講解，而對于礦物那些不常用的手標(biāo)本鑒定特征（例如電學(xué)性質(zhì)）和其他非典型礦物的介紹只能交給學(xué)生課后自學(xué)。針對這個(gè)問題，我們在結(jié)束某一階段的課堂教學(xué)和相應(yīng)的實(shí)習(xí)課程之后會通過“雨課堂”平臺給學(xué)生推送一定量的復(fù)習(xí)題作為課堂教學(xué)的延伸，幫助學(xué)生鞏固課上所學(xué)知識并為學(xué)生提供課下學(xué)習(xí)效果的評估。這些課后學(xué)習(xí)的反饋信息不僅能夠幫助教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，還能為學(xué)生開展有針對性的教學(xué)指導(dǎo)提供重要依據(jù)。

四、結(jié)束語

“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式是以教師為中心進(jìn)行書本知識的傳遞。在學(xué)時(shí)有限的情況下，這種專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)模式容易忽視學(xué)生對專業(yè)知識的接受能力以及學(xué)生的個(gè)體差異，使教學(xué)效果達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)[2-3]。相比之下，基于“雨課堂”平臺開展的“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”教學(xué)實(shí)踐能夠很好地覆蓋從課前到課后全部的教學(xué)流程，不僅堅(jiān)持了“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，還能激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情，從而更好地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需要[6]?？傊?，對新教學(xué)模式的探索和對課程體系和考核方式的完善都是地質(zhì)學(xué)專業(yè)課程改革中的重要內(nèi)容。目前“雨課堂”智慧教學(xué)平臺在地球科學(xué)專業(yè)課程上的應(yīng)用方興未艾，只有不斷摸索能夠更好地滿足學(xué)生需求的新時(shí)代教學(xué)模式，才能為現(xiàn)代社會培養(yǎng)出合格的高水平人才。