《晶體光學》實驗教學過程中的幾點思索

尹秀珍 張蓬勃 田建鋒

摘要：《晶體光學》是資源勘查工程、地質學、地質工程等專業的一門重要專業基礎課，其實驗課課時占到總課時的1/2，甚至更高的比例。因此，實驗課教學是《晶體光學》教學環節中的重中之重。本文總結了多年來執教于該實驗課程的心得與體會，概括了當前實驗教學現狀及存在問題，提出幾點建議，于教學中落實了點滴，取得了一些效果。

關鍵詞：晶體光學；實驗教學；多媒體數碼互動教學系統；實踐性；實驗考核

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）39-0223-02

晶體光學是研究可見光通過透明晶體時所產生的一些光學現象及其原理的一門學科[1]。在石油類院校、地質類院校，《晶體光學》是地質學、資源勘查工程、地質工程等專業的一門重要專業基礎課，主要開設在大一下學期或者大二上學期，教學目的是讓學生掌握鏡下測定透明礦物光學性質的實驗方法，為后續課程《礦物學》、《巖石學》的學習奠定基礎。該課程是一門實踐性很強的學科，實驗課與理論課的課時分配比例因院校不同而稍有差異。在西安石油大學，其實驗課時占到總課時的1/2，而有的高校如中國地質大學和吉林大學，占有更高的比例，可達2/3[2，3]。因此，《晶體光學》實驗課教學質量的保證及提高是教學任務中的重中之重，需要我們每一位任課教師不斷實踐和探索。

一、《晶體光學》實驗教學現狀

1.大部分高校引進了多媒體數碼互動教學系統。現今，國內大部分院校針對于《晶體光學》的實驗教學引進了多媒體數碼互動教學系統[4]，如西安石油大學顯微鏡網絡互動實驗室采用的是捷達多媒體數碼互動教學系統。該套系統包含數碼顯微鏡系統、計算機及其軟件系統、圖像處理系統、語音問答系統及在線提交作業系統。在使用上，實驗室配備N臺學生用數碼顯微鏡及1臺教師用數碼顯微鏡，通過軟件與分配器，教師端電腦的多媒體課件及顯微鏡下圖像傳輸到學生用電腦上，同時學生端顯微鏡內的圖像也可傳輸到教師用電腦上，而且教師與每位學生都配備有電子呼叫系統和耳機。該套系統的應用，改變了《晶體光學》傳統實驗教學模式，為實驗教學帶來了極大便利。首先，多媒體數碼互動教學系統打破了以往《晶體光學》實驗教學中學生與教師交流存在的障礙，師生可以共享多媒體課件和及時交流顯微鏡下礦物或者巖石的光學現象，實現了雙向溝通。雙向溝通的過程中，一方面教師可以在鏡下動態演示實驗過程，學生端電腦即時顯現相應的礦物及其光性特征，使實驗過程更為明顯、直接。其次，該套實驗教學系統可以實時監控學生端電腦，教師能持續看到學生端鏡下礦物圖像，及時判斷學生是否捕捉到正確的礦物切面、是否操作規范，這樣就能現場發現并糾正學生在觀察薄片中遇到的問題和錯誤，同時也督促了學生認真進行實驗。

2.實驗中存在問題。多媒體數碼互動教學系統的確為《晶體光學》實驗教學帶來了便利，但實驗效果還是差強人意。根據多年的執教觀察，總結《晶體光學》實驗過程中存在的問題如下：（1）實驗中涉及的概念抽象性強，學生理解不透徹，使實驗操作難度增大。《晶體光學》教學中主要的概念抽象性較強，需要學生具有很好的空間想象能力和理解能力。比如雙折射率、光率體，這兩個概念幾乎貫穿了整個實驗教學過程。單偏光鏡下閃突起、多色性的觀察測定和正交偏光鏡下干涉色的觀察測定都與雙折射率有關，正交偏光鏡下的消光、干涉、延性的觀察測定以及錐光鏡下光性測定都與光率體密切相關。雙折射率和光率體這兩個概念都屬于物理學范疇，但學生高中時接觸的光學知識主要為單折射，光率體根本沒有接觸。因此，大部分學生對這兩個概念理解不透徹，對顯微鏡下透明礦物的光性成因不清楚，造成實驗操作難度增大。（2）實踐性強，學生動手能力弱，使實驗過程緩慢。《晶體光學》的實驗課操作性極強，顯微鏡人手一臺，計算機人手一臺，最終實驗報告人手一份，因此需要每位學生實際動手操作，才能得出實驗結果。但部分學生不預習，實驗步驟不熟悉，動手能力弱，使實驗過程進行緩慢，提交實驗報告時，甚至出現抄襲現象，達不到預期實驗效果。（3）考試方式傳統，實驗成績比例低，學生不重視。《晶體光學》屬于專業基礎課，目前其考試仍然采取閉卷方式。最終成績的核算采用考試占70%～80%、平時成績占20%～30%的計算方式，而實驗成績在平時成績中只占10%～15%。由于綜合成績評定時，實驗成績占的比例較低，這樣就使學生對待實驗課態度不積極，實驗步驟不預習，實驗內容不求甚解，大大降低了實驗教學效果。

二、《晶體光學》實驗教學內容

大多高校經過一系列教學培養計劃的調整，《晶體光學》的總課時已經減少，然而實驗課的比例基本不變，實驗內容也基本不變。本校《晶體光學》的總課時為20課時，實驗課為10課時，實驗內容包括偏光顯微鏡的認識、調節及使用，單偏光鏡下解理、多色性及突起的觀察測定，正交偏光鏡下干涉色級序的測定及光率體橢圓半徑的測定，消光類型、消光角的測定及延性的判斷，錐光鏡下干涉圖的觀察及光性測定。

三、《晶體光學》實驗教學改革建議

總結了多年來執教于該實驗課程的心得與體會，提出幾點建議，希望對改善實驗效果起到積極作用。

1.分解實驗課內容，增加實驗課課時。在壓縮總課時的前提下，實驗課內容并沒有減少，因此，單次實驗課內容增多，學生又對概念理解不透徹，導致實驗操作難度變大、過程緩慢、有時根本完成不了實驗等一系列問題。甚至在后續的礦物學、巖石學的試驗課上在顯微鏡下測定礦物光學性質時，學生依然手足無措。因此，為了每次課都讓學生學有所獲，讓學生學完該課程，的的確確能熟練操作顯微鏡，會測試礦物的各種光學性質及鑒定常見礦物，建議分解實驗課內容，增加實驗課課時。具體分解如下：把第三次正交偏光鏡下干涉色級序的測定及光率體橢圓半徑的測定分解為二次：一次為干涉色級序的觀察測定和最大雙折率的測定（石英楔測定和楔形邊測定兩種方法）；一次為光率體橢圓切面的半徑方向和名稱的測定（礦物可選石英、普通角閃石或者普通輝石）。第四次消光類型、消光角的測定及延性的判斷分解為消光類型、消光角的測定和延性的測定2次。第五次錐光鏡實驗分解為一軸晶礦物干涉圖的觀察、光性測定（石英和方解石垂直、斜交光軸的切面）和二軸晶礦物干涉圖的觀察、光性測定（白云母或者黑云母垂直Bxa的切面）。單次實驗課內容的精簡使學生有足夠的時間去理解概念，分析礦物光性現象的成因，去操作實驗步驟，進而有效地完成實驗。另外，在完成了單偏光、正交偏光和錐光的實驗之后，總結實驗中出現的所有問題，然后再進行最后一次實驗。每個同學針對自己的弱項，在實驗臺上自由操作，可不提交作業，這樣既有目的性又有針對性，既熟練了顯微鏡的操作又鞏固了鏡下測定礦物光性特征的方法。經過如上調整，實驗課增加4次即8課時，總實驗達到18課時，占總課時比例可達0.64。

2.摒棄紙質報告，在線提交作業，督促學生預習并且親自動手操作。一直以來，學生每次實驗成績的評定都是根據其提交的實驗報告，然而實驗報告不能完全反映學生對知識掌握的真實情況，因為有的學生動手能力弱，又不預習，提交的報告不是自己實際操作的結果。針對這種情況，建議摒棄紙質報告，在線提交作業。每位學生建立一個以自己的學號和名字命名的文件夾，每次作業以實驗名稱命名，提交的作業包括針對實驗內容或者實驗步驟的圖片，每一張圖片有對應的文字說明或者測試數據。在線提交作業要求每個學生必須親自動手操作實驗步驟，這就督促他必須課前預習，好好理解實驗內容，勢必會提高實驗效果。同時，也會避免以往提交紙質報告時出現的抄襲現象，能反映出學生對實驗掌握的實際情況，教師就可以及時發現并總結實驗中出現的問題。

3.改變課程考試模式，現場實驗考核作為最終成績。針對地質學與資源勘查工程專業，《晶體光學》的授課目的主要是讓學生掌握鏡下測定礦物光學性質的實驗方法，便于利用偏光顯微鏡鑒定礦物和巖石。因此，改革以往閉卷考試方式，采取現場實驗考核，考核成績為該課程最終成績。針對實驗考核，教師根據實驗內容設計不同試題，學生隨機抽取，現場鏡下操作，并將實驗結果及相應的圖像或者數據形成電子文檔提交，例如寫出普通角閃石鏡下鑒定特征并測定其解理夾角。這種考試模式會讓學生意識到實驗課的重要性，引導其積極認真地對待每一次實驗課，課后復習全部實驗內容，促進其掌握鏡下鑒定礦物的方法和手段，并熟悉常見礦物鏡下光性特征。

上面所述建議，在《晶體光學》的實驗教學過程中做了點滴嘗試，如最后一次自由實驗課和部分學生在線提交作業，確實提升了學生對于實驗課的積極性，引起了學生對于實驗課的重視，提高了學生鏡下實踐操作能力，這種實踐能力的提高在后續的礦物學和三大巖類的課程中也得到了相關教師的認同。但是，因為涉及到整個教學工作的調整，這些建議還未全部實施，希望在接下來的新一輪培養計劃的修訂過程中，完全落實在實驗教學上。顯微鏡的熟練操作及鏡下鑒定技能不僅僅是學生在本科期間為了應對考試所要具備的能力，在學生畢業以后的日常工作、科研工作甚至考研的過程中，也有舉足輕重的地位。因此，不斷思索并嘗試新的實驗教學模式，強化教學效果，培養學生較強的顯微鏡下鑒定礦物和三大巖類的能力，是我們每一位任課教師的責任！

參考文獻：

[1]李德惠.晶體光學[M].第二版.北京：地質出版社，1997.

[2]戴德求，陳新躍，匡文龍.《晶體光學》課堂與實踐教學體系改革探索[J].當代教育理論與實踐，2011，（3）：102-103.

[3]程宏飛，周熠，劉欽甫.《礦物巖石學》教學現狀與改革[J].教育教學論壇，2015，（30）：53-54.

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