“金課”標準下晶體光學課程改造探索

孫曉輝 曾榮 欒燕

摘? 要：晶體光學是地質(zhì)學類相關(guān)專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎課程，具有原理抽象，且實踐性強的特點。在當前全國高校積極建設“金課”的大背景下，“金課”的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度等屬性，對晶體光學課程教學提出新的要求。以晶體光學課程知識點“光性方位圖識別”為例，對標“金課”標準，建議在晶體光學課程教學中加強對光性方位圖識別的實驗教學，同時進行晶體光學在線開放課程建設，課后留適量具一定難度作業(yè)等。通過這些改革措施，學生更深刻地認識光性方位圖，從而加深對礦物晶體光學性質(zhì)的認識與理解，真正學好晶體光學課程。

關(guān)鍵詞：金課;晶體光學;光性方位圖;課程改造

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）19-0139-04

Abstract： Optical Crystallography is a basic course for students majoring in Geology， exhibiting the characteristics of abstract concept and strong practicality. Under the background of the active construction of golden course in colleges and universities， the high-level， innovative and challenging properties of golden course put forward new requirements for the teaching of optical crystallography. Taking the knowledge point of optical orientation diagramrecognition as an example， in order to meet the requirements of golden course， it is suggested to strengthen the experimental teaching on recognition of optical orientation diagram， constructonline open course， and assign homework after class in the opticalcrystallography course， so as to deepen the students' understanding of the optical orientation diagramand optical properties of mineral crystals， and learn the course well indeed.

Keywords： golden course; Optical Crystallography; optical orientation diagram; course reformation

2018年6月，教育部陳寶生部長在新時代全國高等學校本科教育工作會議上，首次提出“金課”概念;隨即在8月份，教育部發(fā)布《關(guān)于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》（教高函〔2018〕8號），提出各高校要全面梳理各門課程的教學內(nèi)容，淘汰“水課”、打造“金課”;同年11月，教育部高教司吳巖司長在第11屆“中國大學教學論壇”上，提出建設中國“金課”[1]。晶體光學是研究和鑒定地球的主要物質(zhì)成分——造巖礦物的一種最基本和最廣泛應用的方法和手段，該課程是每個地質(zhì)工作者應該具備的地學基礎知識，同時也是必須掌握的專業(yè)技能[2]。在全國高校積極推進“金課”建設的大背景下，晶體光學課程作為地質(zhì)學類相關(guān)專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎課程，該課程體系內(nèi)容相對成熟固定，但隨著當代地球科學研究中新技術(shù)和新方法的不斷涌現(xiàn)，激發(fā)學生的學習熱情和學習興趣，培養(yǎng)學生的科學思維和創(chuàng)新意識，就成為該課程教學改革的關(guān)鍵。本文以晶體光學課程知識點“光性方位圖識別”為例，對標“金課”建設標準，提出具體的改革措施。

一、晶體光學課程特點及教學安排

晶體光學是研究可見光通過透明礦物晶體時所產(chǎn)生的一些光學現(xiàn)象及其規(guī)律的一門學科，目前晶體光學應用廣泛，已經(jīng)不僅僅限于礦物學、巖石學方面，在寶石鑒定、玻璃、陶瓷、藥品、鹽類、鑄石及建筑材料學等方面也有廣泛應用[3]。晶體光學課程的教學內(nèi)容由兩大部分構(gòu)成：其一晶體光學部分主要是介紹可見光通過透明礦物晶體時所產(chǎn)生的一系列光學現(xiàn)象及其原理，其二光性礦物學（造巖礦物）部分主要是在理解晶體光學基本理論和方法的基礎上，掌握主要造巖礦物鏡下光性特征及其鑒定方法[4-5]。盡管目前可以利用電子探針或化學分析來研究礦物，但電子探針只能做礦物成分點的測試，而化學分析無法對礦物的光學性質(zhì)及礦物之間的相互關(guān)系進行觀察研究，因此利用偏光顯微鏡進行巖礦鑒定仍然是地質(zhì)學研究必不可少的基礎方法。晶體光學屬于方法性課程，實踐性很強，而且在教學內(nèi)容上具有很強的連續(xù)性[6]，其先修課程主要包括普通地質(zhì)學、結(jié)晶學及礦物學等，同時也為后續(xù)巖石學課程的學習打下堅實基礎。該課程的一些基本原理和概念比較抽象，比如光率體的概念是晶體光學課程的精髓所在，既是本課程的重點，也是難點，更是解釋礦物晶體光學性質(zhì)的重要依據(jù)。

針對晶體光學課程特點，我們目前采用課堂講授與實驗室實習相結(jié)合的教學方式，并且特別注重加強實習環(huán)節(jié)教學，重視學生實驗技能的培養(yǎng)和提高，該課程總計40學時，其中實習教學28學時，實習課與理論課比例大于2∶1。同時除利用常規(guī)教學手段外，目前正在建設晶體光學在線開放課程，通過小班授課，實施啟發(fā)式和討論式教學方法，充分利用教學模型，督促學生完成課后習題及復習思考題等，使學生加深對相關(guān)概念與原理的理解，以及對常見造巖礦物晶體光學性質(zhì)的掌握。

二、“金課”標準下晶體光學課程改造思路

“金課”即一流課程，其標準可歸納為“兩性一度”，即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度[1]?！敖鹫n”是一種教學實踐模式、一種教學形態(tài)和教學理念，更是一種價值追求，其意義是為現(xiàn)實教學產(chǎn)生一種動力、牽引、導向作用[7]。對標“金課”的建設理念與標準，晶體光學課程改造主要從以下幾方面考慮：

1. 學生作為“金課”建設的最終受益人，學生的有效參與是 “金課”建設的主體性原則。在教學活動中，教師要創(chuàng)新教學方法，適應當前信息化教學發(fā)展，充分利用線上大規(guī)模在線開放課程（Massive Open Online Course：MOOC）教學資源，開展線上線下混合式教學，課上在視覺及聽覺等方面吸引學生，激發(fā)學生的學習主動性，課前課后可將在線課程資源作為學生的自學及復習資料，提升教學效果;在教學設計中，教師要通過設計不同層級、不同難度的有效問題和習題，使師生之間有感情和內(nèi)容的交流、辯論，甚至可以提出批評和質(zhì)疑，努力培養(yǎng)能夠獨立思考、敢于批評質(zhì)疑、有創(chuàng)新能力和創(chuàng)造思維的時代新人。

2. 在教學目標指引下，優(yōu)化教學內(nèi)容，保障教學效果，提升教學質(zhì)量。晶體光學課程的教學目標是使學生掌握利用偏光顯微鏡鑒定礦物、巖石薄片的方法。在教學過程中，針對課程特點，優(yōu)化教學內(nèi)容;根據(jù)教學內(nèi)容難度設計相應的教學目標，使學生都能獲得學習的滿足感。同時課程評價要與教學目標相一致，對于實踐性較強的晶體光學課程，要在平時課程實踐教學、期末考試等環(huán)節(jié)中充分體現(xiàn)，培養(yǎng)學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維，使知識真正內(nèi)化為學生的能力。

三、對標“金課”標準的“光性方位圖識別”教學設計

光率體是晶體光學的理論基礎，應用光率體可以解釋晶體中許多光學現(xiàn)象，在利用偏光顯微鏡觀察造巖礦物時，就是以光率體在每種礦物中的方位來鑒定的[3]。但是光率體是一個很抽象的概念，既看不到，也摸不著，而光性方位圖可以用來表示光率體在晶體中的位置，即光率體在晶體中的定向情況，通過對光性方位圖的仔細識別，可以加深對礦物晶體光學性質(zhì)的認識與理解。依照“金課”標準與要求，我們對“光性方位圖識別”知識點教學設計如下。

（一）課前預習：通過線上平臺使學生提前預習相關(guān)知識

目前正在進行晶體光學在線課程建設，以知識點為基本單元進行視頻錄制，在課堂教學前通過線上平臺發(fā)布“光性方位”知識點相關(guān)視頻，讓學生提前自學和預習相關(guān)內(nèi)容。

（二）課堂講授：結(jié)合實例重點介紹從光性方位圖中可以識別出的主要晶體光學性質(zhì)

1. 高級晶族礦物

高級晶族即等軸晶系礦物，晶體中有無數(shù)個光軸，且光率體主軸與其3個結(jié)晶軸重合。因而等軸晶系礦物的光性方位一般只用表示出礦物的晶形即可。如圖1所示為等軸晶系礦物石榴石的菱形十二面體和四角三八面體晶形。

2. 一軸晶礦物

一軸晶礦物包括中級晶族的三方晶系、四方晶系及六方晶系礦物。光性方位的特點為其旋轉(zhuǎn)軸與光軸、Ne軸、晶體的c軸及高次對稱軸一致，如圖2所示。

（1）根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸特點，可以判斷礦物晶系。一軸晶礦物晶體只有一個高次軸，例如α-石英（三方晶系）、鈣鎂黃長石（四方晶系）、磷灰石（六方晶系）等礦物分別只有一個三次、四次和六次軸。

（2）根據(jù)Ne與No的相對大小，判斷礦物的光性符號。由于一軸晶礦物Ne//c軸，因此若Ne//Ng即Ne>No為一軸正晶;Ne//Np即Ne<No為一軸負晶。因此α-石英和鈣鎂黃長石Ne//Ng，為正光性;而磷灰石Ne//Np，為負光性。

（3）延性符號的判斷。一軸晶柱狀礦物的延性符號與光性符號一致，而一軸晶板狀礦物的延性符號與光性符號相反。例如α-石英和磷灰石為一軸晶柱狀礦物，其延性符號與光性符號一致，分別為正光性正延性和負光性負延性;而鈣鎂黃長石為一軸晶板狀礦物其延性符號與光性符號相反，為正光性負延性。

3. 二軸晶礦物

二軸晶礦物包括低級晶族的斜方晶系、單斜晶系及三斜晶系礦物。不同晶系礦物的光性方位各具特點，如圖3所示。

（1）根據(jù)礦物光率體三個光學主軸Ng、Nm、Np與晶體結(jié)晶軸a、b、c之間的關(guān)系，判斷礦物的晶系。斜方晶系光率體三主軸分別平行結(jié)晶軸，至于哪一個光率體主軸與哪一個結(jié)晶軸相當，則因礦物不同而異，例如鎂橄欖石的Ng、Nm、Np分別與a、c、b軸平行;單斜晶系光率體三主軸中有一個主軸與晶體的b軸重合，其余兩主軸均與晶體的a軸及c軸斜交，究竟哪一個主軸與b軸重合，其余兩主軸與a和c軸交角各是多少，則隨礦物而異，如黑云母Nm與b軸平行，其余Ng與a、Np與c均有夾角;三斜晶系光率體的三個主軸與晶體的三結(jié)晶軸均斜交，其交角大小隨礦物而異，例如微斜長石的三個主軸與晶體的三個結(jié)晶軸均有18°夾角。

（2）判斷光性符號及光軸面位置。二軸晶礦物的光性方位圖面上兩個類似貓眼的位置代表兩個光軸出露點，中間引出的虛線為銳角等分線（Bxa）。若Bxa=Ng，為二軸正晶;Bxa=Np，為二軸負晶。同時根據(jù)兩個光軸出露點的位置可以判斷光軸面的位置。例如鎂橄欖石的Bxa=Ng，為正光性;而黑云母和微斜長石Bxa=Np，為負光性。同時從光性方位圖中可見鎂橄欖石光軸面∥（001）;黑云母光軸面∥（010），微斜長石光軸面近于⊥（010）。

（3）延性符號的判斷。如果Ng平行于礦物的長邊或Ng與長邊的夾角小于45°，為正延性;如果Ng平行于礦物的短邊或Ng與短邊的夾角小于45°，為負延性;如果Nm平行于礦物的長邊，則在不同切面上延性符號不同，可正可負。例如黑云母Ng平行于礦物的長邊，為正延性;而鎂橄欖石由于Nm平行于c軸，而c軸又是礦物的延長方向，因此在不同切面上，延性可正可負，如在∥（100）面為正延性，而在∥（010）面則為負延性，同樣的還有微斜長石。

另外，根據(jù)礦物的光性方位圖，還可以看出礦物解理組數(shù)及分布情況，需要注意光性方位圖中只表示出解理可能分布的方位，而與解理完善程度不完全一致，例如圖3（a）中鎂橄欖石的不完全解理與圖3（b）中黑云母的極完全解理表示類似;還有根據(jù)光性方位圖判斷礦物的消光類型：中級晶族以平行和對稱消光為主，斜消光的切面很少;低級晶族斜方晶系以平行消光和對稱消光為主，單斜晶系不同切面消光類型不同，三斜晶系以斜消光為主。

（三）課后作業(yè)：鞏固課堂教學內(nèi)容，檢查學生掌握情況

在課后給同學留適量具一定難度的復習題，如圖4所示，要求學生通過所給的光性方位圖判斷礦物所屬的晶系、光性符號和延性符號等，檢查學生是否能夠靈活運用相關(guān)知識。

針對學生在作業(yè)中存在的問題，進行針對性講解，特別是圖4（b）中礦物所屬晶系的判斷，其有兩個光率體主軸與結(jié)晶軸平行，這需結(jié)合結(jié)晶學與礦物學相關(guān)知識，單斜晶系普通角閃石a與c軸之間夾角為106°，當Ng與c的夾角為16°時，此時a與Np也剛好重合一致。

四、對標“金課”標準的教學建議

對標“金課”高階性標準，光性方位這部分教學內(nèi)容除在晶體光學基礎部分著重介紹外，建議在光性礦物學（造巖礦物）的實習教學中加以突出。在實習課介紹主要造巖礦物的光性特征前，建議先讓學生讀該礦物的光性方位圖，然后與教材或參考書上介紹的礦物光性特征進行對比。例如在介紹橄欖石的光性特征前，可以讓學生先讀鎂橄欖石和鐵橄欖石的光性方位圖，據(jù)此判斷鎂橄欖石和鐵橄欖石的軸性、晶系、光性符號、光軸面位置、消光類型、延性符號等，然后再與教材中對鎂橄欖石和鐵橄欖石的光性特征描述進行相互驗證。通過近年來的教學實踐，我們發(fā)現(xiàn)通過對礦物光性方位圖的仔細觀察與解讀，有助于加深學生對礦物晶體光學性質(zhì)的理解與掌握。

對標“金課”創(chuàng)新性標準，進行晶體光學在線開放課程建設。當前MOOC在我國發(fā)展迅速，對我國的高等教育發(fā)展產(chǎn)生了重要影響，有機會創(chuàng)造一個全新的、更公平的教育模式[8]，也為開展線上線下的混合學習提供了基礎[9]。目前，為滿足課程改革和學科建設需要，除常規(guī)的教學手段和教學方法外，我們正在與專業(yè)的線上課程建設平臺合作，進行晶體光學在線開放課程建設，并且在最新的在線開放課程建設中也堅持強化“光性方位圖識別”的教學，真正樹立“以學生為中心”的教學思想，希望學生通過線上的自主學習結(jié)合線下課堂教學，真正學好晶體光學課程。

對標“金課”挑戰(zhàn)度標準，課后留適量作業(yè)，要求學生按時完成。作業(yè)題的選擇標準除具有代表性外，還要求具有一定難度，考查學生是否真正理解并能靈活運用相關(guān)知識。另外我們在期末考試中也加強考查學生對“光性方位圖識別”的理解，檢查學生的掌握情況。

五、結(jié)束語

當前全國高校正積極落實教育部打造“金課”，拒絕“水課”要求，在此背景下對晶體光學課程改革進行探索，以知識點“光性方位圖識別”為例，對標“金課”的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度等屬性，建議在晶體光學課程中加強對光性方位圖識別的教學，并通過建設在線開放課程，以及布置課后思考題等措施，使學生能夠真正讀懂礦物光性方位圖，以加深學生對礦物晶體光學性質(zhì)的認識與理解。晶體光學課程的學習，使學生為后續(xù)進一步學習研究礦物和巖石結(jié)構(gòu)、探討地質(zhì)成因和巖石形成機理的巖石學課程打下良好基礎[10]。

參考文獻：

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[9]康葉欽.在線教育的“后MOOC時代”——SPOC解析[J].清華大學教育研究.2014（1）：85-93.

[10]李旭平，房慶華，樊愛萍.打造“晶體光學與光性礦物學”精品課程[J].中國地質(zhì)教育，2009（3）：83-86.

基金項目：陜西省自然科學基礎研究計劃項目“硫化物Re-Os同位素年代學對勉略寧銅廠礦田銅礦床成因制約”（2019JM-160）;長安大學雙一流引導專項經(jīng)費項目“晶體光學在線開放課程建設”（300104292702）

作者簡介：孫曉輝（1985-），男，漢族，陜西富平人，博士，講師，研究方向為巖石學。