呂雪瑩,高儇博,曹 錚,羅 龍

(重慶科技學(xué)院 石油與天然氣工程學(xué)院,重慶 401331)

0 引言

“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”是地質(zhì)類專業(yè)重要的專業(yè)必修課,也是地質(zhì)類本科生繼普通地質(zhì)學(xué)或地球科學(xué)概論之后,所接觸的第二門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程面對(duì)大一學(xué)生,是學(xué)生真正踏入地質(zhì)學(xué)專業(yè)的第一步,對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)地質(zhì)專業(yè)的興趣、建立地質(zhì)思維以及樹立正確的科研觀至關(guān)重要。傳統(tǒng)教學(xué)以教師傳授、學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)為主,學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、很難養(yǎng)成主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣,從而導(dǎo)致教學(xué)效果欠佳。且近三年來受疫情影響,線上授課也已成為教學(xué)的重要手段,傳統(tǒng)的“PPT+講授”的教學(xué)模式已不適用。20世紀(jì)90年代以來,多媒體教學(xué)逐漸在高校中施行,教學(xué)效率有了很大的提高[1]。在PPT中增加動(dòng)畫,能使抽象的知識(shí)更加形象化。2018年4月,《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》的發(fā)布使人們更加清晰地認(rèn)識(shí)到:只有將新技術(shù)與教學(xué)進(jìn)行深度的融合,變革傳統(tǒng)的以教師為主體的教學(xué)模式,建立從學(xué)生視角出發(fā)的知識(shí)體系與授課方式,才能激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。而“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課程內(nèi)容復(fù)雜、涉及知識(shí)面廣,既考查學(xué)生的邏輯思維能力,又要求學(xué)生具備動(dòng)手操作的實(shí)踐能力,學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大。而傳統(tǒng)的教學(xué)方式使這門課顯得枯燥乏味,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不濃。因此,綜合應(yīng)用多種教學(xué)資源、教學(xué)方式及教學(xué)平臺(tái),開展多元混合式教學(xué),是提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要手段。

1 “結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”教學(xué)模式改革的必要性

如何在學(xué)時(shí)有限的情況下保證專業(yè)課程教學(xué)的質(zhì)量,已成為當(dāng)前高校教學(xué)改革中迫切需要解決的問題[7]。近年來,多個(gè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)改革與實(shí)踐發(fā)現(xiàn),多種教學(xué)方式與教學(xué)資源融合,可顯著提升教學(xué)成效。如引入“慕課堂”“雨課堂”等智慧教學(xué)工具實(shí)現(xiàn)線上與線下結(jié)合[1][8-11]、激活學(xué)生主體思維,充分發(fā)揮BOPPPS架構(gòu)提高學(xué)生課堂參與度[12],亦有教學(xué)團(tuán)隊(duì)借助信息化技術(shù)手段探索虛擬仿真教學(xué)[13][14],讓學(xué)生充分利用課余時(shí)間和開放式課程資源共享實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)反復(fù)進(jìn)行學(xué)習(xí),明顯提高了教學(xué)成效。如何將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)融合,使學(xué)生將所學(xué)理論知識(shí)與抽象復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)融會(huì)貫通,是解決結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)理論與實(shí)踐脫節(jié)的關(guān)鍵。因此,構(gòu)建多元混合教學(xué)模式,充分利用有限學(xué)時(shí),有利于學(xué)生高效理解抽象龐雜的課程內(nèi)容。

2 “結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”一直是我院教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn),是地質(zhì)類專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程,也是學(xué)生專業(yè)知識(shí)積累和專業(yè)興趣建立的關(guān)鍵課程,現(xiàn)已列入我院2022—2024年一流課程建設(shè)計(jì)劃中。與同類院校相比,我院“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課程建設(shè)仍存在以下問題。

2.1 教學(xué)資源不系統(tǒng)

該課程包括結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)兩大部分,其中結(jié)晶學(xué)聚集晶體的核心內(nèi)容是晶體的共同規(guī)律,要求學(xué)生具有較強(qiáng)的邏輯思維能力,這對(duì)空間想象力和邏輯思維能力差的學(xué)生是很大的挑戰(zhàn),教師在講授時(shí)也很難。礦物學(xué)則主要研究具體礦物晶體,對(duì)學(xué)生的實(shí)踐操作能力有很高要求。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會(huì)感到缺乏系統(tǒng)性和規(guī)律性,難以掌握鑒定各類礦物的有效方法,對(duì)于剛接觸這門課程的學(xué)生而言,容易出現(xiàn)學(xué)習(xí)興趣和積極性不足的情況。

當(dāng)前,我院采用理論課與實(shí)驗(yàn)課分開教學(xué)的形式,理論和實(shí)踐脫節(jié)、學(xué)生理解難度大;理論課程授課環(huán)節(jié)以教師為主體,學(xué)生接受程度和學(xué)習(xí)效果不好;相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)主要采用的是實(shí)驗(yàn)室晶體模型與礦物手標(biāo)本觀察,并未針對(duì)學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)該課程及礦產(chǎn)勘探中的應(yīng)用開展相關(guān)實(shí)踐操作或訓(xùn)練,教學(xué)資源不系統(tǒng),導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)難度大。因此,急需重新梳理教學(xué)內(nèi)容、調(diào)整教學(xué)體系、改變教學(xué)手段。

2.2 授課方式單一

我院“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課程包括32學(xué)時(shí)的理論課和16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課,而同類石油和地礦類院校的總學(xué)時(shí)平均為80～100學(xué)時(shí)。在學(xué)時(shí)有限情況下,為順利完成教學(xué)計(jì)劃與培養(yǎng)目標(biāo),不得不采用傳統(tǒng)的面授模式,在短時(shí)間內(nèi)講授大量知識(shí),導(dǎo)致學(xué)生主動(dòng)思考的空間有限。對(duì)于知識(shí)體系龐大且抽象復(fù)雜的課程內(nèi)容來說,在學(xué)時(shí)有限的情況下,這種傳統(tǒng)教學(xué)模式容易導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足,且課堂互動(dòng)有限,教學(xué)反饋不及時(shí)。加之受近三年來新冠肺炎疫情的影響,線上授課也逐漸成為主要上課方式之一,傳統(tǒng)的教學(xué)方式并不適用。

受傳統(tǒng)教學(xué)方法和考核方式的局限性、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃和學(xué)習(xí)難度大等問題的影響,導(dǎo)致學(xué)生該課程學(xué)習(xí)效果不理想,課程目標(biāo)達(dá)成度偏低,不足0.75。

3 多元混合式教學(xué)探索

3.1 重構(gòu)課程知識(shí)體系

結(jié)合我院專業(yè)特色和人才培養(yǎng)需求,從學(xué)生視角出發(fā),按照理論教學(xué)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)分類原則,對(duì)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分類和設(shè)計(jì),梳理出該課程必備的知識(shí)體系。

對(duì)照理論教學(xué)授課內(nèi)容,搜集整理實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的晶體模型、礦物標(biāo)本等,并將實(shí)驗(yàn)課與理論課內(nèi)容相融合,從而避免重復(fù)授課;同時(shí)提高教學(xué)效率和教學(xué)效果,讓學(xué)生有更多感性認(rèn)識(shí),如晶體的對(duì)稱操作、礦物物理性質(zhì)鑒定等內(nèi)容,均可作為理論與實(shí)踐一體化教學(xué)的內(nèi)容。

鹵汁1，邵陽市某食品有限公司提供，采集工廠復(fù)鹵過程中所用的鹵汁，采集頻率為每天1次，連續(xù)采集3個(gè)月，共采集90批次；鹵汁2，武岡市某食品有限公司提供，采集工廠復(fù)鹵過程中所用的鹵汁，采集頻率為每天1次，連續(xù)采集3個(gè)月，共采集90批次。

使用多種教學(xué)資源與教學(xué)手段授課:我院選用的是趙珊茸主編的教材,該課程已由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)建立了MOOC精品課程,其中有大量的三維動(dòng)畫、視頻等可用于該課程教學(xué);搜集并整理其中現(xiàn)有的“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”相關(guān)教學(xué)資源,如可以形象直觀反映晶體對(duì)稱特點(diǎn)的圖片、動(dòng)畫、模型等,這些資源可用于課堂教學(xué)環(huán)節(jié),亦可作實(shí)踐教學(xué)的素材。如晶體的對(duì)稱操作、47種幾何單形、14種布拉維格子等內(nèi)容,均可充分利用多種教學(xué)資源進(jìn)行教學(xué)。礦物學(xué)各論部分則可以采用翻轉(zhuǎn)課堂、啟發(fā)式教學(xué)等手段,讓學(xué)生借助類比學(xué)習(xí)方法,充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

因我院“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”學(xué)時(shí)相較于同類高校略有不足,且受疫情影響,線上授課可作為提升教學(xué)效果的重要補(bǔ)充。梳理學(xué)生進(jìn)行的自學(xué)、類比學(xué)習(xí)等容易理解和掌握的內(nèi)容,作為線上線下一體化授課內(nèi)容,可通過課堂討論、課后作業(yè)及QQ群等手段,檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果,如晶體的生長(zhǎng)簡(jiǎn)介、礦物學(xué)各論等非重點(diǎn)內(nèi)容,內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單易懂,可讓學(xué)生課后自學(xué)。

3.2 理論與實(shí)踐一體化教學(xué)

目前,我院“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課程學(xué)時(shí)有限,需將實(shí)踐性較強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)融合對(duì)應(yīng)的理論教學(xué)?，F(xiàn)以“結(jié)晶學(xué)”部分第三章“晶體的宏觀對(duì)稱”為例,詳細(xì)說明理論與實(shí)踐一體化教學(xué)實(shí)施過程。將該部分教學(xué)內(nèi)容安排在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行教學(xué),并將理論授課與實(shí)踐授課時(shí)間安排在同一天的上午或下午。下面以“晶體的對(duì)稱要素”為例,具體說明實(shí)施過程。

(1)理論知識(shí)講授

按照大綱要求,利用PPT對(duì)相關(guān)概念進(jìn)行講解,講授晶體的對(duì)稱要素組合定理,并利用動(dòng)畫向?qū)W生展示各類對(duì)稱要素的內(nèi)涵,引申晶體為什么沒有五次對(duì)稱軸而生物界卻很常見,講解晶體微觀結(jié)構(gòu)與外在形態(tài)的統(tǒng)一,融入科學(xué)精神、哲學(xué)思維等思政元素。

(2)對(duì)稱操作演示

利用立方體的晶體模型,詳細(xì)講解四種對(duì)稱要素的對(duì)稱操作及對(duì)稱型的推導(dǎo),進(jìn)而讓學(xué)生自己拿著模型動(dòng)手操作,切身體會(huì)各種對(duì)稱要素特點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的對(duì)稱操作,講解包括晶體在內(nèi)自然界很多物質(zhì)都具有對(duì)稱性,融入人與自然應(yīng)和諧共處的觀念,引導(dǎo)學(xué)生建立科學(xué)的物質(zhì)觀。

(3)學(xué)生動(dòng)手操作

教師講解后,以小組為單位,再讓學(xué)生自主觀察并找出三方單錐、四方單錐、六方單錐、菱面體等晶體模型上的對(duì)稱要素,并鼓勵(lì)學(xué)生充分討論,在此過程中隨時(shí)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài),并引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題,及時(shí)解答學(xué)生的疑問,提升其動(dòng)手操作能力。

(4)考核

距離課程結(jié)束30分鐘左右的時(shí)候,隨機(jī)抽取10～12塊晶體模型,讓學(xué)生觀察判斷,學(xué)會(huì)運(yùn)用對(duì)稱要素組合定律正確寫出晶體對(duì)稱型,然后按照重慶科技學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式撰寫完整的晶體對(duì)稱要素操作報(bào)告。教師及時(shí)反饋,學(xué)生及時(shí)改進(jìn)。考核形式側(cè)重學(xué)生對(duì)知識(shí)的融會(huì)貫通,增強(qiáng)學(xué)生解決問題的能力。

3.3 多種教學(xué)方式融合的課堂教學(xué)

在理論課講授及實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,在直接教授基礎(chǔ)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上,采用典型案例法、翻轉(zhuǎn)課堂、啟發(fā)式教學(xué)等多元化教學(xué)方式。如在講授礦物的概念時(shí),可以提問“晶體與礦物有什么區(qū)別與聯(lián)系?”通過啟發(fā)學(xué)生積極思考,幫助學(xué)生構(gòu)建結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)知識(shí)框架,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力;在講授“晶體對(duì)稱定律”時(shí),可以采用典型案例式教學(xué),引入準(zhǔn)晶體的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí),加深學(xué)生印象,引起學(xué)生共鳴,既可以生動(dòng)地講解為什么自然界的晶體沒有五次對(duì)稱軸,又可以將思政元素有效融合;在考查學(xué)生實(shí)踐能力時(shí),可以采用翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué),選擇幾個(gè)代表性切入點(diǎn),讓學(xué)生通過查閱資料分享自己的觀點(diǎn),從而大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的原動(dòng)力,如在課后作業(yè)可以布置“學(xué)校南門雕像的主要造巖礦物肉眼鑒定”任務(wù),讓學(xué)生課下去學(xué)校南門觀察主題雕像,利用課堂所學(xué)的礦物鑒定的相關(guān)理論知識(shí),識(shí)別并鑒定雕像中的主要造巖礦物,并確定所用的巖石類型,學(xué)生可以通過分組討論,形成報(bào)告,在課堂上分享小組成果。此舉不僅可以加深學(xué)生的理解,又可以培養(yǎng)和提高學(xué)生主動(dòng)思考的意識(shí)。

3.4 線上與線下一體化教學(xué)

因?qū)W時(shí)有限,不能在課堂上花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間開展思政教育,且受疫情影響,線上教學(xué)逐漸占據(jù)重要地位[15],因此可通過線上與線下一體化教學(xué),提高教學(xué)效率;在課后作業(yè)環(huán)節(jié)引入思政元素,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、積極討論,并通過QQ、雨課堂等線上渠道反饋學(xué)習(xí)效果。根據(jù)以上“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”教學(xué)環(huán)節(jié)內(nèi)容的設(shè)計(jì),結(jié)合我院現(xiàn)有教學(xué)資源的特點(diǎn),課前通過雨課堂平臺(tái)發(fā)布重點(diǎn)知識(shí)習(xí)題,課中利用小測(cè)驗(yàn)強(qiáng)化重點(diǎn)知識(shí),課后通過練習(xí)題或思考題的形式幫助學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固所學(xué)內(nèi)容,形成一套多元化授課的教學(xué)材料,為今后結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)一體化教學(xué)資源的擴(kuò)充提供基礎(chǔ)?，F(xiàn)以“結(jié)晶學(xué)”部分第三章“晶體的宏觀對(duì)稱”為例,詳細(xì)說明雨課堂授課模式的教學(xué)實(shí)施過程。

(1)發(fā)布課前預(yù)習(xí)

“結(jié)晶學(xué)”部分第三章涉及晶體的對(duì)稱特點(diǎn)、對(duì)稱要素、對(duì)稱操作等基礎(chǔ)概念,涵蓋了晶體對(duì)稱要素的組合定理、對(duì)稱型的推導(dǎo)等抽象的理論知識(shí),包括32個(gè)對(duì)稱型、3個(gè)晶族7個(gè)晶系的對(duì)稱特點(diǎn),如果沒有做好課前預(yù)習(xí)工作,學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中很容易跟不上老師的上課節(jié)奏,難以理解晶體的對(duì)稱要素組合定理,更不用說深刻理解晶體的分類原則及各大晶系的對(duì)稱特點(diǎn),掌握利用晶體對(duì)稱要素組合定理判斷對(duì)稱型的正確與否。這種抽象性、空間想象力強(qiáng)的內(nèi)容在“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課程后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常出現(xiàn),因此學(xué)生對(duì)于概念和定義的理解不到位,不知道晶體對(duì)稱分類原則及對(duì)稱特點(diǎn),更難理解后續(xù)第四章“晶體定向”原則相關(guān)內(nèi)容。為此,可以在課前發(fā)布本課重要知識(shí)點(diǎn)的小練習(xí)。

(2)課堂講授

重點(diǎn)講解“發(fā)布課前預(yù)習(xí)”中學(xué)生沒有理解和掌握的知識(shí)點(diǎn),如晶體的對(duì)稱軸只有二、三、四、六等五種對(duì)稱軸,沒有五次對(duì)稱軸,學(xué)生很難理解。針對(duì)這個(gè)問題教師精心設(shè)計(jì)兩道練習(xí)題,讓學(xué)生在掌握晶體的對(duì)稱軸的含義以及所對(duì)應(yīng)的對(duì)稱操作的基礎(chǔ)上,理解五次對(duì)稱軸不符合晶體的格子構(gòu)造和晶體的對(duì)稱特點(diǎn)。

(3)課后作業(yè)

課后通過主觀分析題和客觀選擇題、判斷題等形式幫助學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固所學(xué)內(nèi)容,選擇題和判斷題考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)概念的理解和掌握情況,主觀分析題主要考查學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力,如可以讓學(xué)生判斷對(duì)稱型是否正確,并利用晶體的對(duì)稱要素組合定理詳細(xì)說明原因;同時(shí),讓學(xué)生課后查閱資料,論證為什么晶體沒有五次對(duì)稱軸,而在生物界卻普遍存在,討論五次對(duì)稱軸能否為非生物與生物結(jié)構(gòu)之間聯(lián)系的相關(guān)研究搭起一座橋梁,激發(fā)學(xué)生的科學(xué)精神、哲學(xué)思維。

3.5 多元混合教學(xué)模式考核方式改革

目前,我院該課程的理論部分考核主要采用期末考試占60%,平時(shí)成績(jī)占40%的計(jì)算方式,實(shí)踐教學(xué)則采用實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定。在上一輪授課中初步采取傳統(tǒng)授課模式融合MOOC在線教學(xué)資源及雨課堂在線平臺(tái),對(duì)教學(xué)考核方式進(jìn)行改革,強(qiáng)化教學(xué)過程中多元化的考核方式,如表1所示。課程目標(biāo)達(dá)成度有了顯著提高,均在0.77以上。

表1 教學(xué)考核方式設(shè)計(jì)表

4 結(jié)語

“結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)”課程內(nèi)容抽象復(fù)雜,既考查學(xué)生的邏輯思維能力,又要求學(xué)生具備動(dòng)手操作的實(shí)踐能力,目前我院該課程存在教學(xué)資源不系統(tǒng)、授課方式單一等問題,無法滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。在重新梳理課程體系的基礎(chǔ)上,將實(shí)驗(yàn)教學(xué)融入常規(guī)教學(xué)中,采用多種教學(xué)方式融合、線下與線上相結(jié)合等方法,探索多元混合式教學(xué)改革,并改進(jìn)考核模式,取得了較好的教學(xué)效果。