于红

摘  要：晶体光学是一门很重要的地质学基础课，由于课程内容抽象难理解、连续性强，学生对这门课程的掌握程度并不理想。该文以普通角闪石的系统鉴定实验课为例，阐述以课前小测试、分组观察讨论和任课教师演示总结模式的实验课堂教学。课前测试和针对性的提问深化学生对知识点的记忆并方便任课教师快速掌握学生的学习情况。分组观察和讨论增加学生的活跃度和参与度，能够营造良好的课堂氛围。教师示范总结进一步巩固课堂所学知识。学生的满意度、成绩和课程评价明显提高，为其他地质课程奠定扎实基础的同时，也培养学生对地质学的兴趣爱好。

关键词：晶体光学；课前测试；分组讨论；实验课堂；教学评价

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：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

晶體光学是研究矿物晶体的一门科学，是研究和鉴定矿物和岩石的基础。该课程的立体概念和实践性较强，既是一门方法课，又是一门理论联系实践很强的学科[1]。学好晶体光学，学会偏光显微镜的使用，能够利用其进行透明矿物的鉴定，是进行宝石鉴定、研究矿物成分及探讨岩石成因不可或缺的技能。而且，晶体光学在冶金、建材、化工、医药、农业和陶瓷等领域也有广泛的应用。晶体光学的教学目标为：使学生全面、系统地掌握《晶体光学与造岩矿物》的基础理论和基本方法，学会正确运用偏光显微镜系统地鉴定矿物、岩石及材料等，为后续专业课程岩石学、矿床学、地球化学等学习奠定坚实基础。但在本科教学和研究生培养过程中发现，很多学生对晶体光学课程的学习程度并不理想，知识点掌握得不扎实，以至于不能利用晶体光学中学到的理论知识和实践方法对矿物进行准确地鉴定，进而为之后的本科专业课程和研究生阶段的科学研究提供有力的帮助。中国地质大学（北京）在大学二年级秋季开始进行晶体光学课程教学，教学分为理论教学和实践教学。相比理论课程，学生往往对实验课程更感兴趣。并且在实验教学过程中也更容易调动学生学习的积极性，提高学习质量。高等教育本科教学改革也越来越深化和重视学生实践能力和创新思维的培养。因此，晶体光学这门课程的实验课堂教学设计尤为重要。本文中的实验课堂设计以课堂小测试、分组观察讨论和教师演示总结的形式进行，目的在于活跃课堂氛围、激发学生学习动力、提高学习的主动性，并引导和激发学生对地质专业的兴趣爱好，进而满足地球科学发展和国家资源环境、地质灾害等相关领域对地质人才的需求。

一  晶体光学教学现状和存在问题

中国地质大学（北京）晶体光学课程共包括32学时，其中讲课为6章，合计授课14学时；与上课内容配套的实习9次，合计18学时。课程教学主要使用多媒体教学方式，基本内容包括：①晶体光学基础。晶体光学课程的特点与研究方法；光的性质，自然光和偏光，光的反射与折射，光在均质体和非均质体中的传播，光率体，光性方位等。②偏光显微镜的构造。偏光显微镜的构造、使用方法；岩石与矿物薄片制备方法。③单偏光镜下的晶体光学性质。单偏光镜装置及特点，矿物的形态、解理、颜色、多色性、吸收性、边缘、贝克线、糙面、突起和折射率色散等。④正交偏光镜下的晶体光学性质。正交偏光镜装置及特点，矿片的消光，干涉原理和光程差，干涉色及其成因，干涉色级序和色谱表，补色法则与补色器，光率体椭圆半径和名称的测定，干涉色级序的测定（楔形边法、试板法），双折率的测定，消光类型和消光角的测定，延性符号的测定和双晶的观察等。⑤锥光镜下的晶体光学性质。锥光镜装置及特点，一轴晶和二轴晶干涉图特征、成因及其应用等。⑥常见造岩矿物的特征。包括橄榄石类、辉石类、角闪石类、云母类、长石类和石英等常见矿物的特征。其中③—⑥各配有相应的两次实验课。另加两节实验课程，未知造岩矿物鉴定：属于综合性实验，综合运用晶体光学知识和观察方法，选取以上实验观察的各类矿物中的主要类型，进行未知矿物的鉴定。斜长石的成分鉴定：垂直（010）晶带最大消光角法和卡钠复合双晶发，具体内容见表1。学习成绩考核包括平时作业（10%）、实验报告（40%）和期末考试成绩（50%）综合评价。期末考试为闭卷形式。

根据这些教学内容可以发现，晶体光学目前的教学内容很多，但是学时却很少。

1）这门课程连续性非常强，例如偏光显微镜原理和结构没有完全掌握，直接影响到矿物在单偏光镜下和正交偏光下的观察，而单偏光和正交偏光下的光学性质没有扎实基础，又会影响难度较大的锥光下的光学性质学习，最后导致对造岩矿物的综合鉴定能力不足。因此，如何在有限的课时下，让学生熟练掌握显微镜的使用、记住不同矿物的光学性质，并能够利用偏光显微镜进行矿物的鉴定是教师面临的重要问题。

2）理论课堂上学生的积极性不够，学习不够主动，很多学生课前不预习，知识点记忆不牢固，导致越往后学生对课程的理解越难，考试分数也相对较低。所以，如何加强学生记忆、激发学生学习兴趣、合理推进教学进程并保障和提升课堂教学质量是教师需要思考的问题。

3）以前的晶体光学理论课在教室进行，先上理论课，再进行实验课教学。目前理论课和实验课都放在了实验室进行，理论课之后便进行相应的实验课实习，这是一个很好的改进，通过实验教学直接巩固理论知识。目前每个实验室配有40台显微镜，一个班级大约有32个学生，保证了人手一台显微镜。问题是在实验课进行矿物观察时，教师无法同时掌握每个学生的镜下观察情况。这需要任课教师不断地在实验室走动并随时询问和回答学生的问题。很多时候需要学生让出显微镜供教师观察进而解答问题，这样极大地浪费了课堂时间，也导致学生不能按照要求完成对指定薄片和矿物的观察。有限的课堂时间内不能完成实验报告册的内容，甚至还有抄袭的现象。从教学内容安排上可以看出晶体光学这门课程是以实验课为主。相对于理论课，学生在实验课上的参与积极性和主动性明显更好，这也更加说明了实验课堂教学的重要性。

二  实验课堂设计

（一）  课前小测试，巩固实验课堂涉及到的理论知识

学生课前不预习往往会忘掉和模糊实验课中涉及到的相关理论知识，而针对性的测试和提问会唤醒和深化学生的记忆。在完成单偏光、正交偏光和锥光镜下的晶体光学特征观察之后要进行一节普通角闪石系统鉴定的实验课程。如果让学生直接对薄片中的角闪石进行观察，学生可能感觉无从下手。可以先进行如下课堂测试：普通角闪石，单斜晶系，沿C轴方向延长，在其（010）面上测得折射率为1.701和1.691，在（011）面上测得折射率为1.691和1.665，角闪石的Ng=1.701，Nm=1.691，Np=1.665，多色性公式：Ng=深綠色，Nm=绿色，Np=浅黄绿色。突起等级：正高。最大双折率：0.036。最高干涉色级序：Ⅱ级。∥（010）柱状切面的解理数为1组，消光类型为斜消光，∥（001）近六边形切面解理数为2组，消光类型为对称消光。轴性：二。光性符号：负。光性方位：Ng∥c轴，Nm∥b轴，Np∥a轴（横线上为学生需要写出的答案，普通角闪石的光性方位和不同切面消光类型如图1所示）。这道题综合性很强，既考验了学生对矿物光性基本原理的理解程度，又深化了学生在之前理论课和实验课中对普通角闪石的记忆。该课堂小测试涉及到的知识点从易到难、逐渐引导，暗示学生鉴定角闪石光性特征的顺序：先在单偏光下观察到明显的多色性变化和突起等级，其次在正交偏光观察角闪石的干涉色和消光类型。最后进一步考察角闪石的光性方位。这样循序渐进能够使学生掌握普通角闪石（其他透明矿物）的鉴定顺序，在鉴定矿物方法上得到质的飞跃。在进行课堂测试时，按照座位分布情况将学生分成3～4人的小组。首先要求各组内成员自行完成课前小测试；然后，小组内核对彼此答案并进行讨论，最后；确定一份或者两份（答案不统一）答案上交。这样既复习了理论课的知识点，又加强了同小组成员之间的交流互助和合作学习，也方便了任课教师快速掌握学生的学习情况。

（二）  针对性的提问、观察和分组讨论

课堂提问是大学课堂教学的一个重要环节。通过提问能够培养学生的自主学习能力、激发学习兴趣、活跃课堂气氛进而提高学习效率。在教学过程中要搞清楚为什么设问，目的和作用是什么，同时要注意提问的技巧和方法。课堂提问应先易后难，具有启发式的提问[2]，既要涉及到相关的理论知识，又要有助于本节实验课的观察。在之前的课堂测试中，由于3～4个学生上交1～2份答案，所以任课教师能够快速地浏览测试情况并了解学生对知识点的掌握程度。在实验课堂中依据不同小组的测试情况来设问、调整问题难度、因材施教。加深学生对所学知识的牢固掌握。还是以普通角闪石的鉴定为例，可以依次提出以下问题。①角闪石是否具有多色性、有无解理，这两个问题在之前的实验课均有涉及到，学生基本不会答错。②角闪石有三个折射率，所以是二轴性（这时需要着重强调Ng>Nm>Np）。③怎么确定光性（强调Ng-Nm>Nm-Np为正光性，此时Bxa=Ng；反之为负，Ng-Nm

（三）  教师示范总结

根据学生的完成程度，在实验课的后半节任课教师将典型的光学现象通过显微镜与电脑相连，并投影在大屏幕上向学生讲解和示范。在薄片中找出普通角闪石不同类型光率体切面。结合不同切面的特征讲解课堂测试和实验报告中涉及到的知识点，着重讲解出现错误较多的地方。在这一过程中，学生能够加强知识点的掌握，并能够意识到课前测试和实际观察中的错误，进而提高对普通角闪石的鉴定能力。在教学过程中发现，很多学生课堂表现很好但是考试成绩并不好的根本原因是课后不看书，所以课后学习非常重要。课程需要布置一些习题或者作业，要求学生独立完成。课后作业应难易兼顾，避免学生因为太简单而不思考或因为太难而放弃思考的情况。

晶体光学这门课程的基本概念和原理比较抽象不好理解。利用课堂测试、观察讨论和总结的授课方式能够使其形象化，帮助学生理解。课堂测试能够让学生对知识点记忆深刻，也能够帮助任课教师及时了解学生的掌握程度。课堂的分组观察和讨论能够营造同学们相互交流和学习合作的课堂氛围。在任课老师的启发和引导、示范和讲解下，学生能够很好完成课堂任务。课后作业能够进一步使学生主动地学习和思考，巩固所学知识。该实验课教学课程设计能够培养学生对晶体光学这门课程的学习兴趣，提高教学质量，培养学生对地质工作的探索精神。

三  实验课教学建议

（一）  课前做好充分准备

晶体光学的概念多，较抽象，如何在有限的时间内完成规定的教学内容需要任课教师积极备课，做足功课和准备。晶体光学除了“光学”内容还有“矿物学”的内容。任课教师要能够从这些知识中精炼出主要内容，凝练成文字表述，抓住关键，深入浅出。对于难理解的地方还要多借助模型进行讲解。实验课前的准备也同样重要，包括实验教学课件和岩石薄片的选择。实验教学课件要凝练知识点，避免和理论课重复。相同矿物在不同的岩石类型中的形态可能完全不同，加上不同切面的光学性质也会出现差异，所以要选择适合本次实验课堂的薄片中某种矿物进行使用和观察。所以，必须要对实验薄片精挑细选、合理安排。

（二）  增加实验课时，建立显微数码互动实验系统

虽然从教学大纲上看教学实践已经得到了充分重视，但是从实验课教学内容上看还是有待增加课时。单次实验课中过多的内容导致老师无法深入讲解和示范，学生不能完全地理解和掌握。此外，晶体光学是一门方法学，是为地质类专业课和地质工作服务的。教学过程中可能忽略了地质工作的系统性和完整性。在晶体光学教学中发现同学们不仅对鉴定矿物感兴趣，还对这种矿物是怎么形成的、在岩石薄片中的形态以及这类岩石的成因感兴趣。因此，可以增加一节野外采样到室内制作薄片过程的实习课，进一步理解晶体光学的重要性。学生们多见多识，把不同专业课的知识串联起来，才能提高鉴别岩石和矿物的能力，激发对地质科学的兴趣。目前，有些高校已经建立了配有显微数码互动实验系统的实验室。教师通过教师端软件可以实时观察到所有学生端的偏光显微镜图像[4]，随时掌握学生的学习进程，发现问题并准确指导。学生也能够借助该系统时即时向任课教师提问，这大大减少了实验课堂的时间浪费，实现师生间双向交流，提高了教学质量。

（三）  加强精品课程建设

精品课程建设是新形势下提高教学质量的重要方法[5]。尤其是新冠感染疫情的影响，很多高校选择网络授课，对习惯于坐在教室听课的学生来说网络授课的效果并不好。這就要求线上教学平台上有更多、更好的精品课程，使学生能够及时听，反复听。老师也能够彼此学习，不断改进教学方法获得丰富的教学经验。线上线下多种方法并用，最终使学生掌握晶体光学透明矿物鉴定方法这项地质工作者必备的技能。最后，教师要做到为人师表，教书育人，必须不断地完善和充实自己，教学过程中不断探索和提高，才能适应新形势对教学工作的要求，为我国地学高等教育事业的发展做出新的贡献。

参考文献：

[1] 林培英.晶体光学与造岩矿物[M].北京：地质出版社，2015.

[2] 赵晷湘.大学课堂提问设计应注意的四个问题[J].广东农工商职业技术学院学报，2010，26（4）：38-40.

[3] 王鸣野.大学课堂师生交流中的几个问题[J].现代交际，2019（7）：194-195.

[4] 陈艳.岩石学和晶体光学实验课教学新模式探讨——显微数码互动实验室的应用[J].中国地质教育，2015，24（4）：27-30.

[5] 李旭平，房庆华，樊爱萍.打造“晶体光学与光性矿物学”精品课程[J].中国地质教育，2009，18（3）：83-86.