分組測試和討論的晶體光學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)

于紅

摘? 要：晶體光學(xué)是一門很重要的地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)課，由于課程內(nèi)容抽象難理解、連續(xù)性強(qiáng)，學(xué)生對這門課程的掌握程度并不理想。該文以普通角閃石的系統(tǒng)鑒定實(shí)驗(yàn)課為例，闡述以課前小測試、分組觀察討論和任課教師演示總結(jié)模式的實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)。課前測試和針對性的提問深化學(xué)生對知識點(diǎn)的記憶并方便任課教師快速掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。分組觀察和討論增加學(xué)生的活躍度和參與度，能夠營造良好的課堂氛圍。教師示范總結(jié)進(jìn)一步鞏固課堂所學(xué)知識。學(xué)生的滿意度、成績和課程評價(jià)明顯提高，為其他地質(zhì)課程奠定扎實(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)，也培養(yǎng)學(xué)生對地質(zhì)學(xué)的興趣愛好。

關(guān)鍵詞：晶體光學(xué)；課前測試；分組討論；實(shí)驗(yàn)課堂；教學(xué)評價(jià)

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）21-0086-05

Abstract： Crystal Optics is a very important basic geological course. Students' mastering of knowledge is relatively low because that the content of crystal optics is abstract and strong continuity. This paper expatiates the experimental curriculum of Crystal Optics including pre-test， subgroup observation and discussion， and teacher's demonstration and summary. Pre-test and targeted questions are helpful not only for deepening the memory of the knowledge of students， teachers can understand student's learning situation quickly. Subgroup observation and discussion is helpful to improve student activity and participation， creating good at mosphere in the classroom. The knowledge has been further consolidated by demonstration and summary. Satisfaction， performance and curriculum evaluation of students show they have reached higher level. This experimental curriculum lay a strong foundation for other geological courses and improved students' interest in scientific research.

Keywords： Crystal Optics; pre-test; group discussion; experimental curriculum;Teaching evaluation

晶體光學(xué)是研究礦物晶體的一門科學(xué)，是研究和鑒定礦物和巖石的基礎(chǔ)。該課程的立體概念和實(shí)踐性較強(qiáng)，既是一門方法課，又是一門理論聯(lián)系實(shí)踐很強(qiáng)的學(xué)科[1]。學(xué)好晶體光學(xué)，學(xué)會偏光顯微鏡的使用，能夠利用其進(jìn)行透明礦物的鑒定，是進(jìn)行寶石鑒定、研究礦物成分及探討巖石成因不可或缺的技能。而且，晶體光學(xué)在冶金、建材、化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和陶瓷等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。晶體光學(xué)的教學(xué)目標(biāo)為：使學(xué)生全面、系統(tǒng)地掌握《晶體光學(xué)與造巖礦物》的基礎(chǔ)理論和基本方法，學(xué)會正確運(yùn)用偏光顯微鏡系統(tǒng)地鑒定礦物、巖石及材料等，為后續(xù)專業(yè)課程巖石學(xué)、礦床學(xué)、地球化學(xué)等學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。但在本科教學(xué)和研究生培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生對晶體光學(xué)課程的學(xué)習(xí)程度并不理想，知識點(diǎn)掌握得不扎實(shí)，以至于不能利用晶體光學(xué)中學(xué)到的理論知識和實(shí)踐方法對礦物進(jìn)行準(zhǔn)確地鑒定，進(jìn)而為之后的本科專業(yè)課程和研究生階段的科學(xué)研究提供有力的幫助。中國地質(zhì)大學(xué)（北京）在大學(xué)二年級秋季開始進(jìn)行晶體光學(xué)課程教學(xué)，教學(xué)分為理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)。相比理論課程，學(xué)生往往對實(shí)驗(yàn)課程更感興趣。并且在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中也更容易調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。高等教育本科教學(xué)改革也越來越深化和重視學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。因此，晶體光學(xué)這門課程的實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)尤為重要。本文中的實(shí)驗(yàn)課堂設(shè)計(jì)以課堂小測試、分組觀察討論和教師演示總結(jié)的形式進(jìn)行，目的在于活躍課堂氛圍、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力、提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，并引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生對地質(zhì)專業(yè)的興趣愛好，進(jìn)而滿足地球科學(xué)發(fā)展和國家資源環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害等相關(guān)領(lǐng)域?qū)Φ刭|(zhì)人才的需求。

一? 晶體光學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀和存在問題

中國地質(zhì)大學(xué)（北京）晶體光學(xué)課程共包括32學(xué)時(shí)，其中講課為6章，合計(jì)授課14學(xué)時(shí)；與上課內(nèi)容配套的實(shí)習(xí)9次，合計(jì)18學(xué)時(shí)。課程教學(xué)主要使用多媒體教學(xué)方式，基本內(nèi)容包括：①晶體光學(xué)基礎(chǔ)。晶體光學(xué)課程的特點(diǎn)與研究方法；光的性質(zhì)，自然光和偏光，光的反射與折射，光在均質(zhì)體和非均質(zhì)體中的傳播，光率體，光性方位等。②偏光顯微鏡的構(gòu)造。偏光顯微鏡的構(gòu)造、使用方法；巖石與礦物薄片制備方法。③單偏光鏡下的晶體光學(xué)性質(zhì)。單偏光鏡裝置及特點(diǎn)，礦物的形態(tài)、解理、顏色、多色性、吸收性、邊緣、貝克線、糙面、突起和折射率色散等。④正交偏光鏡下的晶體光學(xué)性質(zhì)。正交偏光鏡裝置及特點(diǎn)，礦片的消光，干涉原理和光程差，干涉色及其成因，干涉色級序和色譜表，補(bǔ)色法則與補(bǔ)色器，光率體橢圓半徑和名稱的測定，干涉色級序的測定（楔形邊法、試板法），雙折率的測定，消光類型和消光角的測定，延性符號的測定和雙晶的觀察等。⑤錐光鏡下的晶體光學(xué)性質(zhì)。錐光鏡裝置及特點(diǎn)，一軸晶和二軸晶干涉圖特征、成因及其應(yīng)用等。⑥常見造巖礦物的特征。包括橄欖石類、輝石類、角閃石類、云母類、長石類和石英等常見礦物的特征。其中③—⑥各配有相應(yīng)的兩次實(shí)驗(yàn)課。另加兩節(jié)實(shí)驗(yàn)課程，未知造巖礦物鑒定：屬于綜合性實(shí)驗(yàn)，綜合運(yùn)用晶體光學(xué)知識和觀察方法，選取以上實(shí)驗(yàn)觀察的各類礦物中的主要類型，進(jìn)行未知礦物的鑒定。斜長石的成分鑒定：垂直（010）晶帶最大消光角法和卡鈉復(fù)合雙晶發(fā)，具體內(nèi)容見表1。學(xué)習(xí)成績考核包括平時(shí)作業(yè)（10%）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（40%）和期末考試成績（50%）綜合評價(jià)。期末考試為閉卷形式。

根據(jù)這些教學(xué)內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，晶體光學(xué)目前的教學(xué)內(nèi)容很多，但是學(xué)時(shí)卻很少。

1）這門課程連續(xù)性非常強(qiáng)，例如偏光顯微鏡原理和結(jié)構(gòu)沒有完全掌握，直接影響到礦物在單偏光鏡下和正交偏光下的觀察，而單偏光和正交偏光下的光學(xué)性質(zhì)沒有扎實(shí)基礎(chǔ)，又會影響難度較大的錐光下的光學(xué)性質(zhì)學(xué)習(xí)，最后導(dǎo)致對造巖礦物的綜合鑒定能力不足。因此，如何在有限的課時(shí)下，讓學(xué)生熟練掌握顯微鏡的使用、記住不同礦物的光學(xué)性質(zhì)，并能夠利用偏光顯微鏡進(jìn)行礦物的鑒定是教師面臨的重要問題。

2）理論課堂上學(xué)生的積極性不夠，學(xué)習(xí)不夠主動(dòng)，很多學(xué)生課前不預(yù)習(xí)，知識點(diǎn)記憶不牢固，導(dǎo)致越往后學(xué)生對課程的理解越難，考試分?jǐn)?shù)也相對較低。所以，如何加強(qiáng)學(xué)生記憶、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、合理推進(jìn)教學(xué)進(jìn)程并保障和提升課堂教學(xué)質(zhì)量是教師需要思考的問題。

3）以前的晶體光學(xué)理論課在教室進(jìn)行，先上理論課，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。目前理論課和實(shí)驗(yàn)課都放在了實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，理論課之后便進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課實(shí)習(xí)，這是一個(gè)很好的改進(jìn)，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)直接鞏固理論知識。目前每個(gè)實(shí)驗(yàn)室配有40臺顯微鏡，一個(gè)班級大約有32個(gè)學(xué)生，保證了人手一臺顯微鏡。問題是在實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行礦物觀察時(shí)，教師無法同時(shí)掌握每個(gè)學(xué)生的鏡下觀察情況。這需要任課教師不斷地在實(shí)驗(yàn)室走動(dòng)并隨時(shí)詢問和回答學(xué)生的問題。很多時(shí)候需要學(xué)生讓出顯微鏡供教師觀察進(jìn)而解答問題，這樣極大地浪費(fèi)了課堂時(shí)間，也導(dǎo)致學(xué)生不能按照要求完成對指定薄片和礦物的觀察。有限的課堂時(shí)間內(nèi)不能完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊的內(nèi)容，甚至還有抄襲的現(xiàn)象。從教學(xué)內(nèi)容安排上可以看出晶體光學(xué)這門課程是以實(shí)驗(yàn)課為主。相對于理論課，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上的參與積極性和主動(dòng)性明顯更好，這也更加說明了實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的重要性。

二? 實(shí)驗(yàn)課堂設(shè)計(jì)

（一）? 課前小測試，鞏固實(shí)驗(yàn)課堂涉及到的理論知識

學(xué)生課前不預(yù)習(xí)往往會忘掉和模糊實(shí)驗(yàn)課中涉及到的相關(guān)理論知識，而針對性的測試和提問會喚醒和深化學(xué)生的記憶。在完成單偏光、正交偏光和錐光鏡下的晶體光學(xué)特征觀察之后要進(jìn)行一節(jié)普通角閃石系統(tǒng)鑒定的實(shí)驗(yàn)課程。如果讓學(xué)生直接對薄片中的角閃石進(jìn)行觀察，學(xué)生可能感覺無從下手?？梢韵冗M(jìn)行如下課堂測試：普通角閃石，單斜晶系，沿C軸方向延長，在其（010）面上測得折射率為1.701和1.691，在（011）面上測得折射率為1.691和1.665，角閃石的Ng=1.701，Nm=1.691，Np=1.665，多色性公式：Ng=深綠色，Nm=綠色，Np=淺黃綠色。突起等級：正高。最大雙折率：0.036。最高干涉色級序：Ⅱ級。∥（010）柱狀切面的解理數(shù)為1組，消光類型為斜消光，∥（001）近六邊形切面解理數(shù)為2組，消光類型為對稱消光。軸性：二。光性符號：負(fù)。光性方位：Ng∥c軸，Nm∥b軸，Np∥a軸（橫線上為學(xué)生需要寫出的答案，普通角閃石的光性方位和不同切面消光類型如圖1所示）。這道題綜合性很強(qiáng)，既考驗(yàn)了學(xué)生對礦物光性基本原理的理解程度，又深化了學(xué)生在之前理論課和實(shí)驗(yàn)課中對普通角閃石的記憶。該課堂小測試涉及到的知識點(diǎn)從易到難、逐漸引導(dǎo)，暗示學(xué)生鑒定角閃石光性特征的順序：先在單偏光下觀察到明顯的多色性變化和突起等級，其次在正交偏光觀察角閃石的干涉色和消光類型。最后進(jìn)一步考察角閃石的光性方位。這樣循序漸進(jìn)能夠使學(xué)生掌握普通角閃石（其他透明礦物）的鑒定順序，在鑒定礦物方法上得到質(zhì)的飛躍。在進(jìn)行課堂測試時(shí)，按照座位分布情況將學(xué)生分成3～4人的小組。首先要求各組內(nèi)成員自行完成課前小測試；然后，小組內(nèi)核對彼此答案并進(jìn)行討論，最后；確定一份或者兩份（答案不統(tǒng)一）答案上交。這樣既復(fù)習(xí)了理論課的知識點(diǎn)，又加強(qiáng)了同小組成員之間的交流互助和合作學(xué)習(xí)，也方便了任課教師快速掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

（二）? 針對性的提問、觀察和分組討論

課堂提問是大學(xué)課堂教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過提問能夠培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、活躍課堂氣氛進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率。在教學(xué)過程中要搞清楚為什么設(shè)問，目的和作用是什么，同時(shí)要注意提問的技巧和方法。課堂提問應(yīng)先易后難，具有啟發(fā)式的提問[2]，既要涉及到相關(guān)的理論知識，又要有助于本節(jié)實(shí)驗(yàn)課的觀察。在之前的課堂測試中，由于3～4個(gè)學(xué)生上交1～2份答案，所以任課教師能夠快速地瀏覽測試情況并了解學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握程度。在實(shí)驗(yàn)課堂中依據(jù)不同小組的測試情況來設(shè)問、調(diào)整問題難度、因材施教。加深學(xué)生對所學(xué)知識的牢固掌握。還是以普通角閃石的鑒定為例，可以依次提出以下問題。①角閃石是否具有多色性、有無解理，這兩個(gè)問題在之前的實(shí)驗(yàn)課均有涉及到，學(xué)生基本不會答錯(cuò)。②角閃石有三個(gè)折射率，所以是二軸性（這時(shí)需要著重強(qiáng)調(diào)Ng>Nm>Np）。③怎么確定光性（強(qiáng)調(diào)Ng-Nm>Nm-Np為正光性，此時(shí)Bxa=Ng；反之為負(fù)，Ng-Nm

（三）? 教師示范總結(jié)

根據(jù)學(xué)生的完成程度，在實(shí)驗(yàn)課的后半節(jié)任課教師將典型的光學(xué)現(xiàn)象通過顯微鏡與電腦相連，并投影在大屏幕上向?qū)W生講解和示范。在薄片中找出普通角閃石不同類型光率體切面。結(jié)合不同切面的特征講解課堂測試和實(shí)驗(yàn)報(bào)告中涉及到的知識點(diǎn)，著重講解出現(xiàn)錯(cuò)誤較多的地方。在這一過程中，學(xué)生能夠加強(qiáng)知識點(diǎn)的掌握，并能夠意識到課前測試和實(shí)際觀察中的錯(cuò)誤，進(jìn)而提高對普通角閃石的鑒定能力。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生課堂表現(xiàn)很好但是考試成績并不好的根本原因是課后不看書，所以課后學(xué)習(xí)非常重要。課程需要布置一些習(xí)題或者作業(yè)，要求學(xué)生獨(dú)立完成。課后作業(yè)應(yīng)難易兼顧，避免學(xué)生因?yàn)樘唵味凰伎蓟蛞驗(yàn)樘y而放棄思考的情況。

晶體光學(xué)這門課程的基本概念和原理比較抽象不好理解。利用課堂測試、觀察討論和總結(jié)的授課方式能夠使其形象化，幫助學(xué)生理解。課堂測試能夠讓學(xué)生對知識點(diǎn)記憶深刻，也能夠幫助任課教師及時(shí)了解學(xué)生的掌握程度。課堂的分組觀察和討論能夠營造同學(xué)們相互交流和學(xué)習(xí)合作的課堂氛圍。在任課老師的啟發(fā)和引導(dǎo)、示范和講解下，學(xué)生能夠很好完成課堂任務(wù)。課后作業(yè)能夠進(jìn)一步使學(xué)生主動(dòng)地學(xué)習(xí)和思考，鞏固所學(xué)知識。該實(shí)驗(yàn)課教學(xué)課程設(shè)計(jì)能夠培養(yǎng)學(xué)生對晶體光學(xué)這門課程的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生對地質(zhì)工作的探索精神。

三? 實(shí)驗(yàn)課教學(xué)建議

（一）? 課前做好充分準(zhǔn)備

晶體光學(xué)的概念多，較抽象，如何在有限的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容需要任課教師積極備課，做足功課和準(zhǔn)備。晶體光學(xué)除了“光學(xué)”內(nèi)容還有“礦物學(xué)”的內(nèi)容。任課教師要能夠從這些知識中精煉出主要內(nèi)容，凝練成文字表述，抓住關(guān)鍵，深入淺出。對于難理解的地方還要多借助模型進(jìn)行講解。實(shí)驗(yàn)課前的準(zhǔn)備也同樣重要，包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件和巖石薄片的選擇。實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件要凝練知識點(diǎn)，避免和理論課重復(fù)。相同礦物在不同的巖石類型中的形態(tài)可能完全不同，加上不同切面的光學(xué)性質(zhì)也會出現(xiàn)差異，所以要選擇適合本次實(shí)驗(yàn)課堂的薄片中某種礦物進(jìn)行使用和觀察。所以，必須要對實(shí)驗(yàn)薄片精挑細(xì)選、合理安排。

（二）? 增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)，建立顯微數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

雖然從教學(xué)大綱上看教學(xué)實(shí)踐已經(jīng)得到了充分重視，但是從實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容上看還是有待增加課時(shí)。單次實(shí)驗(yàn)課中過多的內(nèi)容導(dǎo)致老師無法深入講解和示范，學(xué)生不能完全地理解和掌握。此外，晶體光學(xué)是一門方法學(xué)，是為地質(zhì)類專業(yè)課和地質(zhì)工作服務(wù)的。教學(xué)過程中可能忽略了地質(zhì)工作的系統(tǒng)性和完整性。在晶體光學(xué)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)同學(xué)們不僅對鑒定礦物感興趣，還對這種礦物是怎么形成的、在巖石薄片中的形態(tài)以及這類巖石的成因感興趣。因此，可以增加一節(jié)野外采樣到室內(nèi)制作薄片過程的實(shí)習(xí)課，進(jìn)一步理解晶體光學(xué)的重要性。學(xué)生們多見多識，把不同專業(yè)課的知識串聯(lián)起來，才能提高鑒別巖石和礦物的能力，激發(fā)對地質(zhì)科學(xué)的興趣。目前，有些高校已經(jīng)建立了配有顯微數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室。教師通過教師端軟件可以實(shí)時(shí)觀察到所有學(xué)生端的偏光顯微鏡圖像[4]，隨時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程，發(fā)現(xiàn)問題并準(zhǔn)確指導(dǎo)。學(xué)生也能夠借助該系統(tǒng)時(shí)即時(shí)向任課教師提問，這大大減少了實(shí)驗(yàn)課堂的時(shí)間浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)師生間雙向交流，提高了教學(xué)質(zhì)量。

（三）? 加強(qiáng)精品課程建設(shè)

精品課程建設(shè)是新形勢下提高教學(xué)質(zhì)量的重要方法[5]。尤其是新冠感染疫情的影響，很多高校選擇網(wǎng)絡(luò)授課，對習(xí)慣于坐在教室聽課的學(xué)生來說網(wǎng)絡(luò)授課的效果并不好。這就要求線上教學(xué)平臺上有更多、更好的精品課程，使學(xué)生能夠及時(shí)聽，反復(fù)聽。老師也能夠彼此學(xué)習(xí)，不斷改進(jìn)教學(xué)方法獲得豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。線上線下多種方法并用，最終使學(xué)生掌握晶體光學(xué)透明礦物鑒定方法這項(xiàng)地質(zhì)工作者必備的技能。最后，教師要做到為人師表，教書育人，必須不斷地完善和充實(shí)自己，教學(xué)過程中不斷探索和提高，才能適應(yīng)新形勢對教學(xué)工作的要求，為我國地學(xué)高等教育事業(yè)的發(fā)展做出新的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 林培英.晶體光學(xué)與造巖礦物[M].北京：地質(zhì)出版社，2015.

[2] 趙晷湘.大學(xué)課堂提問設(shè)計(jì)應(yīng)注意的四個(gè)問題[J].廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，26（4）：38-40.

[3] 王鳴野.大學(xué)課堂師生交流中的幾個(gè)問題[J].現(xiàn)代交際，2019（7）：194-195.

[4] 陳艷.巖石學(xué)和晶體光學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)新模式探討——顯微數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用[J].中國地質(zhì)教育，2015，24（4）：27-30.

[5] 李旭平，房慶華，樊愛萍.打造“晶體光學(xué)與光性礦物學(xué)”精品課程[J].中國地質(zhì)教育，2009，18（3）：83-86.