晶體光學實驗課程教學模式的創新與實踐

趙峰 陳曦 劉小洪 唐洪明 郗愛華 周翊

【摘要】“晶體光學”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操作及實踐才能掌握。在有限的學時內，既保證課程理論教學的深度和廣度，強化顯微鏡下鑒定的實踐能力，又培養學生的綜合分析能力與創新精神，課程團隊對該課程按照“金課”的標準進行一系列的建設、改革、創新與實踐。精選優質教學素材，精心凝練教學內容，建設了優質的視頻資源庫和兼具基礎性與高階性的習題庫，啟發學生的創新思維和創新能力;引入“慕課堂”等智慧教學工具，構建了多種先進教學方法相結合的線上線下混合式教學模式，建立了線上單元知識點測驗、線下顯微鏡實驗操作、期末薄片光學鑒定及期末理論考試相結合的過程性多元化評價方式。該課程教學模式的創新與實踐為其他地質類實驗課程的教學提供一定的參考。

【關鍵詞】晶體光學 ?實驗課程 ?混合式教學

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

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

建設一流本科專業，關鍵是圍繞“45分鐘課堂”主戰場，持續建設優質的專業課程。以“晶體光學”為基礎的礦物巖石系列實驗課程是西南石油大學資源勘查工程、地質學等國家、省級“一流專業”重要的專業基礎類實驗課程。“晶體光學”課程主要針對大二學生開設，課程特點是以顯微鏡下實驗教學為主，同時亦是學生深入進行專業知識、技能學習的一道壁壘，是培養學生分析能力、動手能力、創新能力的重要載體。

課程建設依托四川省高等教育人才培養質量和教學改革項目“分層遞進式教學在礦物巖石實踐教學中的應用”，于2018年全面啟動，經過四年的實踐檢驗，探索以培養學生興趣、自主學習、實踐創新能力為目標，以線上線下混合式教學為主要模式的實驗課程教學體系[1]。

一、課程主要存在的教學問題

迄今為止，顯微鏡下礦物與巖石的鑒定是地球科學研究最常規、最基礎的方法，同時也是任何高、精、尖測試儀器都不能替代的獲取地質信息的重要手段，是從事地質工作不可或缺的一項專業技能。“晶體光學”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學科，涉及到晶體光學基礎和顯微鏡下礦物光學性質兩大方面知識，具有很強的理論性、抽象性和空間性特點，需要反復的顯微鏡下操作實踐才能掌握。

“晶體光學”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理論難以直觀展示的限制;（2）實驗室場地、顯微鏡設備、實驗學時的限制，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，重結果、輕過程的難題。如何在有限的學時內，既保證課程理論教學的深度和廣度，強化顯微鏡下鑒定的實踐能力，又培養學生的綜合分析能力與創新精神，課程團隊對該課程按照“金課”的標準[2-4]進行一系列的建設、改革與實踐。

二、解決教學問題的方法

（一）理論基礎資源建設

“晶體光學”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驗的學生來說，僅僅依靠書本或者課堂學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，便于學生理解;突破了光率體、光性方位等抽象性的晶體光學理論知識難以直觀展示的限制。

（二）實驗操作資源建設

課程團隊根據“晶體光學”課程教學大綱和培養目標，系統地梳理了晶體光學課程知識點，結合課程重點、難點內容，將課程理論、實驗教學內容制作成30個教學視頻，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視頻和制作了高質量的多媒體課件（視頻總計88個，時長約250分鐘）。學生可以在課前和課后自主開展理論學習和實驗課程的視頻學習，檢驗知識掌握水平。

課程建設了涵蓋理論課件、優質鏡下礦物光性特征教學視頻等線上自主學習資源，突破了實驗室場地、顯微鏡設備、實驗學時的限制，師生互動、交流渠道不暢通的難題。學生可在課前和課后開展線上自主學習，遇到疑難問題，可以與課程組教師和同學及時進行線上互動。

（三）分層次試題庫建設

針對“晶體光學”課程知識點，團隊將每一章的單元測驗拆分成與教學視頻相對應的分節測驗。單元測驗分為基礎題與高階題，二者共同構成了由400余道習題組成的課程習題庫。基礎題主要針對基本概念、原理、特征進行考核，重點訓練學生對基礎知識的掌握;高階題對應“金課”要求的“高階性”，設計了晶體光學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，培養學生綜合運用晶體光學基礎知識解決復雜地質問題的綜合能力。

（四）線上線下混合式教學模式

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

在教學過程中，教師課前在“慕課堂”上根據學生整體知識水平、學習能力情況、課程學習目標及重難點等進行分班備課，在學生進行線下學習之前發布對應的教學任務，并設置時間節點。學生根據教師發布的學習任務進入中國大學MOOC平臺進行學習。

課中利用“慕課堂”簽到并對學生預習結果進行檢驗，一方面通過發布慕課堂練習檢驗預習效果，另一方面組織學生分組對課前學習成果進行展示，歸納自學中的共同問題。針對學習中遇到的重難點及問題，教師在課堂上主要發揮引導、協助分析的作用，組織學生對課程知識點進行討論，并且對學生提出的疑難問題進行詳細講解，使學生對知識能夠深入理解并掌握，既發揮了教師引導和監控教學的作用，又充分挖掘和培養了學生的主動學習意識和能力。課后組織學生對重難點進行歸納總結，在中國大學MOOC平臺復習所學課程，完成老師布置的課后作業。教師根據課后作業完成情況，通過線上直播答疑、主題討論等方式在線指導學生，幫助其進一步掃除未掌握的知識點，并針對學生學習情況，對后面的教學設計進行調整，積累經驗，進一步完善適合本課程的線上線下混合式教學模式。

（五）過程性多元化評價方式

“晶體光學”傳統的課程考核主要側重于出勤率、實驗報告和期末考試，其中期末考試成績占比高達70%，考核方式缺少對學生學習過程、綜合能力的考核[6]。很多學生在考試之前臨陣磨槍，對書本知識機械性地背誦記憶，無法領悟晶體光學特征的本質問題，難以培養學生利用晶體光學基礎知識解決復雜地質問題的能力。

采用線上線下混合式教學模式后，學生整個學習過程包括線上學習和線下學習兩部分。線上成績占32%，包括線上視頻預習、討論（10%）、單元測驗（40%）、期末考試（50%）等環節。線下成績占68%，其中線下顯微鏡鑒定和實習報告占20%，要求學生在課堂完成，以實驗報告的分數為準;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模式的過程性多元化評價方式，將形成性、過程性及終結性評價貫穿于教學的全過程，有效探索了以顯微鏡下光性礦物鑒定能力提升為目標的課程考核評價方式。

三、課程建設創新點

（一）教學資源創新

建設了包括抽象性+具體性，理論+實驗，基礎性+延伸性教學內容的教學視頻，設計了涵蓋基礎性和高階性考核內容的試題庫，啟發和培養學生的創新思維和創新能力。

（二）教學手段創新

建設了“理論課件+實驗操作+鏡下光性特征視頻+習題庫”互為補充的優質線上教學資源，學生可自主開展理論學習和實驗學習，完成章節測驗，自主檢驗知識掌握水平。課堂引入“慕課堂”等智慧教學工具，實現師生的線下課堂互動，創新并實施了實驗操作類專業基礎課程線上線下混合式教學模式。

（三）考核方式創新

以學生在中國大學MOOC平臺上的自主學習成績作為平時成績，結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、成果的推廣應用效果

（一）課程成果顯著提高了人才培養質量

線上線下混合式教學模式使教學質量明顯提高。以資勘19級普通班為例，根據“晶體光學”總成績分析：優秀占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17級學生平均分提高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，尤其是良好以上學生人數明顯增加。“晶體光學”教學模式及方法的建設與應用，不僅提升了學生的學習成績，同時提升了學生在晶體光學、礦物鑒定等方面的能力，支撐了我校資源勘查工程、地質學等國家、省一流專業的人才培養。

（二）形成了穩定的課程教學團隊，收獲了豐富的課程建設經驗，取得了系列課程建設及教學成果

同時，基于課程教學、課程建設及改革，團隊教師多次參加各級教學比賽并獲獎，發表教改論文多篇，出版《結晶學與礦物學、晶體光學實驗指導書》（富媒體）教材（2020年3月，石油工業出版社），團隊教師在全國大學青年教師地質課程教學比賽中獲特等獎1項、一等獎1項，獲校級課堂教學質量獎、教師課堂教學競賽、課堂創新教學大賽等教學獎勵7項;“晶體光學”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、下一步建設及思考

為進一步完善該課程，將從以下幾個方面進行建設：

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

2.進一步完善課程教學大綱及教案，在每一章節中明確思政元素切入點，根據“課程思政”目標設計相應教學環節，創新教學活動：利用課堂教學、思政案例分享，線下主題討論，言傳身教的實驗指導相結合的方式，開展課程思政教育，在使學生獲得專業知識的同時，進一步培養其審美情趣、家國情懷、辯證唯物主義認識論、人生價值觀，了解國家可持續發展戰略等。

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，使課程進行可持續化建設，體現新時期對人才培養的新要求，提高課程的挑戰度。編寫跟線上教學相配套的理論教材和實驗教材，通過編寫教材促進網站建設。

參考文獻：

[1]陳曦，趙峰.慕課在晶體光學課程教學中的應用[J.]教育現代化，2020，1（7）：109-111.

[2]吳巖.建設中國“金課”[J].中國大學教學，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涵、建設目標與建設策略[J].現代教育技術，2021，31（9）：104-111.

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

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

[6]尹秀珍，張蓬勃，田建鋒.《晶體光學》實驗教學中的幾點思索[J].教育教學論壇，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教學及儲層保護的相關科研工作。