晶體光學(xué)實驗課程教學(xué)模式的創(chuàng)新與實踐

趙峰 陳曦 劉小洪 唐洪明 郗愛華 周翊

【摘要】“晶體光學(xué)”課程具有很強的理論性、抽象性和空間性特點，需要在顯微鏡下反復(fù)操作及實踐才能掌握。在有限的學(xué)時內(nèi)，既保證課程理論教學(xué)的深度和廣度，強化顯微鏡下鑒定的實踐能力，又培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力與創(chuàng)新精神，課程團隊對該課程按照“金課”的標(biāo)準(zhǔn)進行一系列的建設(shè)、改革、創(chuàng)新與實踐。精選優(yōu)質(zhì)教學(xué)素材，精心凝練教學(xué)內(nèi)容，建設(shè)了優(yōu)質(zhì)的視頻資源庫和兼具基礎(chǔ)性與高階性的習(xí)題庫，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力;引入“慕課堂”等智慧教學(xué)工具，構(gòu)建了多種先進教學(xué)方法相結(jié)合的線上線下混合式教學(xué)模式，建立了線上單元知識點測驗、線下顯微鏡實驗操作、期末薄片光學(xué)鑒定及期末理論考試相結(jié)合的過程性多元化評價方式。該課程教學(xué)模式的創(chuàng)新與實踐為其他地質(zhì)類實驗課程的教學(xué)提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】晶體光學(xué) ?實驗課程 ?混合式教學(xué)

【基金項目】四川省2021—2023年高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學(xué)改革項目：適應(yīng)信息化時代的《礦物巖石》課程系列融媒體教材建設(shè)（JG2021-585）;西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2021—2023年高等教育教學(xué)改革研究項目：基于融媒體的《晶體光學(xué)》新形態(tài)教材建設(shè)（D2021JGZD014）;2021年度四川大學(xué)生思想政治教育研究中心項目：理工類專業(yè)課程思政協(xié)同育人的實踐路徑——以西南石油大學(xué)地學(xué)學(xué)科為例（CSZ21085）。

【中圖分類號】G64 ?【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2022）05-0004-03

建設(shè)一流本科專業(yè)，關(guān)鍵是圍繞“45分鐘課堂”主戰(zhàn)場，持續(xù)建設(shè)優(yōu)質(zhì)的專業(yè)課程。以“晶體光學(xué)”為基礎(chǔ)的礦物巖石系列實驗課程是西南石油大學(xué)資源勘查工程、地質(zhì)學(xué)等國家、省級“一流專業(yè)”重要的專業(yè)基礎(chǔ)類實驗課程?！熬w光學(xué)”課程主要針對大二學(xué)生開設(shè)，課程特點是以顯微鏡下實驗教學(xué)為主，同時亦是學(xué)生深入進行專業(yè)知識、技能學(xué)習(xí)的一道壁壘，是培養(yǎng)學(xué)生分析能力、動手能力、創(chuàng)新能力的重要載體。

課程建設(shè)依托四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學(xué)改革項目“分層遞進式教學(xué)在礦物巖石實踐教學(xué)中的應(yīng)用”，于2018年全面啟動，經(jīng)過四年的實踐檢驗，探索以培養(yǎng)學(xué)生興趣、自主學(xué)習(xí)、實踐創(chuàng)新能力為目標(biāo)，以線上線下混合式教學(xué)為主要模式的實驗課程教學(xué)體系[1]。

一、課程主要存在的教學(xué)問題

迄今為止，顯微鏡下礦物與巖石的鑒定是地球科學(xué)研究最常規(guī)、最基礎(chǔ)的方法，同時也是任何高、精、尖測試儀器都不能替代的獲取地質(zhì)信息的重要手段，是從事地質(zhì)工作不可或缺的一項專業(yè)技能?！熬w光學(xué)”是研究透明礦物晶體在偏光顯微鏡下光性特征的一門基礎(chǔ)學(xué)科，涉及到晶體光學(xué)基礎(chǔ)和顯微鏡下礦物光學(xué)性質(zhì)兩大方面知識，具有很強的理論性、抽象性和空間性特點，需要反復(fù)的顯微鏡下操作實踐才能掌握。

“晶體光學(xué)”課程主要存在以下幾個問題：（1）光率體、光性方位等抽象性的晶體知識和光學(xué)理論難以直觀展示的限制;（2）實驗室場地、顯微鏡設(shè)備、實驗學(xué)時的限制，師生互動渠道不暢通的難題;（3）鏡下鑒定類課程的考核方式簡單，重結(jié)果、輕過程的難題。如何在有限的學(xué)時內(nèi)，既保證課程理論教學(xué)的深度和廣度，強化顯微鏡下鑒定的實踐能力，又培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力與創(chuàng)新精神，課程團隊對該課程按照“金課”的標(biāo)準(zhǔn)[2-4]進行一系列的建設(shè)、改革與實踐。

二、解決教學(xué)問題的方法

（一）理論基礎(chǔ)資源建設(shè)

“晶體光學(xué)”課程涉及的立體抽象概念較多，鏡下礦物的光性特征多樣化，對于空間想象力弱或缺少實踐經(jīng)驗的學(xué)生來說，僅僅依靠書本或者課堂學(xué)時的講解理解起來存在一定的難度[5]。針對以上問題，課程團隊利用三維動畫制作軟件將理論課中抽象難懂的光率體、波向圖等概念用動畫生動、立體地展示，便于學(xué)生理解;突破了光率體、光性方位等抽象性的晶體光學(xué)理論知識難以直觀展示的限制。

（二）實驗操作資源建設(shè)

課程團隊根據(jù)“晶體光學(xué)”課程教學(xué)大綱和培養(yǎng)目標(biāo)，系統(tǒng)地梳理了晶體光學(xué)課程知識點，結(jié)合課程重點、難點內(nèi)容，將課程理論、實驗教學(xué)內(nèi)容制作成30個教學(xué)視頻，并錄制了偏光顯微鏡的校正、礦物多色性與吸收性公式測定等實驗教學(xué)視頻和制作了高質(zhì)量的多媒體課件（視頻總計88個，時長約250分鐘）。學(xué)生可以在課前和課后自主開展理論學(xué)習(xí)和實驗課程的視頻學(xué)習(xí)，檢驗知識掌握水平。

課程建設(shè)了涵蓋理論課件、優(yōu)質(zhì)鏡下礦物光性特征教學(xué)視頻等線上自主學(xué)習(xí)資源，突破了實驗室場地、顯微鏡設(shè)備、實驗學(xué)時的限制，師生互動、交流渠道不暢通的難題。學(xué)生可在課前和課后開展線上自主學(xué)習(xí)，遇到疑難問題，可以與課程組教師和同學(xué)及時進行線上互動。

（三）分層次試題庫建設(shè)

針對“晶體光學(xué)”課程知識點，團隊將每一章的單元測驗拆分成與教學(xué)視頻相對應(yīng)的分節(jié)測驗。單元測驗分為基礎(chǔ)題與高階題，二者共同構(gòu)成了由400余道習(xí)題組成的課程習(xí)題庫。基礎(chǔ)題主要針對基本概念、原理、特征進行考核，重點訓(xùn)練學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握;高階題對應(yīng)“金課”要求的“高階性”，設(shè)計了晶體光學(xué)課程中二軸晶光率體切面、雙折射等具有一定空間思維和深度的題目，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用晶體光學(xué)基礎(chǔ)知識解決復(fù)雜地質(zhì)問題的綜合能力。

（四）線上線下混合式教學(xué)模式

依托西南石油大學(xué)“油氣地質(zhì)與勘探”國家級實驗教學(xué)示范中心顯微鏡互動平臺及資源，引入“慕課堂”等智慧教學(xué)工具，將線上教學(xué)資源與線下教學(xué)實踐進行深度融合，實現(xiàn)師生的及時互動和教學(xué)數(shù)據(jù)的實時采集，使師生互動渠道更為暢通，形成一種深度融合信息化技術(shù)的教學(xué)模式。

在教學(xué)過程中，教師課前在“慕課堂”上根據(jù)學(xué)生整體知識水平、學(xué)習(xí)能力情況、課程學(xué)習(xí)目標(biāo)及重難點等進行分班備課，在學(xué)生進行線下學(xué)習(xí)之前發(fā)布對應(yīng)的教學(xué)任務(wù)，并設(shè)置時間節(jié)點。學(xué)生根據(jù)教師發(fā)布的學(xué)習(xí)任務(wù)進入中國大學(xué)MOOC平臺進行學(xué)習(xí)。

課中利用“慕課堂”簽到并對學(xué)生預(yù)習(xí)結(jié)果進行檢驗，一方面通過發(fā)布慕課堂練習(xí)檢驗預(yù)習(xí)效果，另一方面組織學(xué)生分組對課前學(xué)習(xí)成果進行展示，歸納自學(xué)中的共同問題。針對學(xué)習(xí)中遇到的重難點及問題，教師在課堂上主要發(fā)揮引導(dǎo)、協(xié)助分析的作用，組織學(xué)生對課程知識點進行討論，并且對學(xué)生提出的疑難問題進行詳細講解，使學(xué)生對知識能夠深入理解并掌握，既發(fā)揮了教師引導(dǎo)和監(jiān)控教學(xué)的作用，又充分挖掘和培養(yǎng)了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)意識和能力。課后組織學(xué)生對重難點進行歸納總結(jié)，在中國大學(xué)MOOC平臺復(fù)習(xí)所學(xué)課程，完成老師布置的課后作業(yè)。教師根據(jù)課后作業(yè)完成情況，通過線上直播答疑、主題討論等方式在線指導(dǎo)學(xué)生，幫助其進一步掃除未掌握的知識點，并針對學(xué)生學(xué)習(xí)情況，對后面的教學(xué)設(shè)計進行調(diào)整，積累經(jīng)驗，進一步完善適合本課程的線上線下混合式教學(xué)模式。

（五）過程性多元化評價方式

“晶體光學(xué)”傳統(tǒng)的課程考核主要側(cè)重于出勤率、實驗報告和期末考試，其中期末考試成績占比高達70%，考核方式缺少對學(xué)生學(xué)習(xí)過程、綜合能力的考核[6]。很多學(xué)生在考試之前臨陣磨槍，對書本知識機械性地背誦記憶，無法領(lǐng)悟晶體光學(xué)特征的本質(zhì)問題，難以培養(yǎng)學(xué)生利用晶體光學(xué)基礎(chǔ)知識解決復(fù)雜地質(zhì)問題的能力。

采用線上線下混合式教學(xué)模式后，學(xué)生整個學(xué)習(xí)過程包括線上學(xué)習(xí)和線下學(xué)習(xí)兩部分。線上成績占32%，包括線上視頻預(yù)習(xí)、討論（10%）、單元測驗（40%）、期末考試（50%）等環(huán)節(jié)。線下成績占68%，其中線下顯微鏡鑒定和實習(xí)報告占20%，要求學(xué)生在課堂完成，以實驗報告的分數(shù)為準(zhǔn);期末成績占48%，包含卷面主觀題的考試和期末薄片鑒定實驗操作。

線上線下混合式教學(xué)模式的過程性多元化評價方式，將形成性、過程性及終結(jié)性評價貫穿于教學(xué)的全過程，有效探索了以顯微鏡下光性礦物鑒定能力提升為目標(biāo)的課程考核評價方式。

三、課程建設(shè)創(chuàng)新點

（一）教學(xué)資源創(chuàng)新

建設(shè)了包括抽象性+具體性，理論+實驗，基礎(chǔ)性+延伸性教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)視頻，設(shè)計了涵蓋基礎(chǔ)性和高階性考核內(nèi)容的試題庫，啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

（二）教學(xué)手段創(chuàng)新

建設(shè)了“理論課件+實驗操作+鏡下光性特征視頻+習(xí)題庫”互為補充的優(yōu)質(zhì)線上教學(xué)資源，學(xué)生可自主開展理論學(xué)習(xí)和實驗學(xué)習(xí)，完成章節(jié)測驗，自主檢驗知識掌握水平。課堂引入“慕課堂”等智慧教學(xué)工具，實現(xiàn)師生的線下課堂互動，創(chuàng)新并實施了實驗操作類專業(yè)基礎(chǔ)課程線上線下混合式教學(xué)模式。

（三）考核方式創(chuàng)新

以學(xué)生在中國大學(xué)MOOC平臺上的自主學(xué)習(xí)成績作為平時成績，結(jié)合線下實驗操作成績，建立了“線上單元知識點測驗+線下顯微鏡實驗操作+期末薄片光學(xué)鑒定+期末理論考試”組成的過程性多元化評價方式。

四、成果的推廣應(yīng)用效果

（一）課程成果顯著提高了人才培養(yǎng)質(zhì)量

線上線下混合式教學(xué)模式使教學(xué)質(zhì)量明顯提高。以資勘19級普通班為例，根據(jù)“晶體光學(xué)”總成績分析：優(yōu)秀占20.50%，良好占64.1%，中等占12.8%，及格占2.6%（圖1），平均分為85分，相比地質(zhì)17級學(xué)生平均分提高12分（圖2）。試卷的題型、難度跟以前相比無明顯變化，但最終考核成績明顯提高，尤其是良好以上學(xué)生人數(shù)明顯增加?！熬w光學(xué)”教學(xué)模式及方法的建設(shè)與應(yīng)用，不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，同時提升了學(xué)生在晶體光學(xué)、礦物鑒定等方面的能力，支撐了我校資源勘查工程、地質(zhì)學(xué)等國家、省一流專業(yè)的人才培養(yǎng)。

（二）形成了穩(wěn)定的課程教學(xué)團隊，收獲了豐富的課程建設(shè)經(jīng)驗，取得了系列課程建設(shè)及教學(xué)成果

同時，基于課程教學(xué)、課程建設(shè)及改革，團隊教師多次參加各級教學(xué)比賽并獲獎，發(fā)表教改論文多篇，出版《結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)、晶體光學(xué)實驗指導(dǎo)書》（富媒體）教材（2020年3月，石油工業(yè)出版社），團隊教師在全國大學(xué)青年教師地質(zhì)課程教學(xué)比賽中獲特等獎1項、一等獎1項，獲校級課堂教學(xué)質(zhì)量獎、教師課堂教學(xué)競賽、課堂創(chuàng)新教學(xué)大賽等教學(xué)獎勵7項;“晶體光學(xué)”被認定為“四川省精品在線開放課程”（2019年）、“四川省線上一流本科課程”（2021年）。

五、下一步建設(shè)及思考

為進一步完善該課程，將從以下幾個方面進行建設(shè)：

1.加強在線開放課程資源的利用與共享，向其他高校學(xué)生開設(shè)個性化交叉學(xué)科選修課程，擴大課程應(yīng)用范圍;在課堂教學(xué)中，充分利用課程資源和慕課堂等智慧教學(xué)工具，強化混合式教學(xué)成效，形成課程持續(xù)改進機制。

2.進一步完善課程教學(xué)大綱及教案，在每一章節(jié)中明確思政元素切入點，根據(jù)“課程思政”目標(biāo)設(shè)計相應(yīng)教學(xué)環(huán)節(jié)，創(chuàng)新教學(xué)活動：利用課堂教學(xué)、思政案例分享，線下主題討論，言傳身教的實驗指導(dǎo)相結(jié)合的方式，開展課程思政教育，在使學(xué)生獲得專業(yè)知識的同時，進一步培養(yǎng)其審美情趣、家國情懷、辯證唯物主義認識論、人生價值觀，了解國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略等。

3.分層次分類別豐富試題庫，將教師的科研成果作為課外拓展資源，增加課程的前沿性，使課程進行可持續(xù)化建設(shè)，體現(xiàn)新時期對人才培養(yǎng)的新要求，提高課程的挑戰(zhàn)度。編寫跟線上教學(xué)相配套的理論教材和實驗教材，通過編寫教材促進網(wǎng)站建設(shè)。

參考文獻：

[1]陳曦，趙峰.慕課在晶體光學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J.]教育現(xiàn)代化，2020，1（7）：109-111.

[2]吳巖.建設(shè)中國“金課”[J].中國大學(xué)教學(xué)，2018（12）：4-9.

[3]楊曉宏，鄭新，田春雨.線上線下混合式一流本科課程的內(nèi)涵、建設(shè)目標(biāo)與建設(shè)策略[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2021，31（9）：104-111.

[4]鄭祥江，張強，謝鴻全，王生偉.以學(xué)生為中心的大學(xué)課堂教學(xué)改革策略研究[J].西南科技大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2021，38（2）：89-95.

[5]周淑敏.“晶體光學(xué)”教學(xué)內(nèi)容的理解與把握[J].中國地質(zhì)教育，2013（1）：64-66.

[6]尹秀珍，張蓬勃，田建鋒.《晶體光學(xué)》實驗教學(xué)中的幾點思索[J].教育教學(xué)論壇，2016，9（39）：223-224.

作者簡介：

趙峰（1980年10月-），男，漢族，四川自貢人，博士研究生，副教授，主要從事礦物巖石學(xué)教學(xué)及儲層保護的相關(guān)科研工作。