孫曉輝 曾榮 欒燕

摘? 要：晶體光學(xué)是地質(zhì)學(xué)類相關(guān)專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有原理抽象，且實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。在當(dāng)前全國高校積極建設(shè)“金課”的大背景下，“金課”的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度等屬性，對晶體光學(xué)課程教學(xué)提出新的要求。以晶體光學(xué)課程知識點(diǎn)“光性方位圖識別”為例，對標(biāo)“金課”標(biāo)準(zhǔn)，建議在晶體光學(xué)課程教學(xué)中加強(qiáng)對光性方位圖識別的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)進(jìn)行晶體光學(xué)在線開放課程建設(shè)，課后留適量具一定難度作業(yè)等。通過這些改革措施，學(xué)生更深刻地認(rèn)識光性方位圖，從而加深對礦物晶體光學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識與理解，真正學(xué)好晶體光學(xué)課程。

關(guān)鍵詞：金課;晶體光學(xué);光性方位圖;課程改造

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）19-0139-04

Abstract： Optical Crystallography is a basic course for students majoring in Geology， exhibiting the characteristics of abstract concept and strong practicality. Under the background of the active construction of golden course in colleges and universities， the high-level， innovative and challenging properties of golden course put forward new requirements for the teaching of optical crystallography. Taking the knowledge point of optical orientation diagramrecognition as an example， in order to meet the requirements of golden course， it is suggested to strengthen the experimental teaching on recognition of optical orientation diagram， constructonline open course， and assign homework after class in the opticalcrystallography course， so as to deepen the students' understanding of the optical orientation diagramand optical properties of mineral crystals， and learn the course well indeed.

Keywords： golden course; Optical Crystallography; optical orientation diagram; course reformation

2018年6月，教育部陳寶生部長在新時(shí)代全國高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議上，首次提出“金課”概念;隨即在8月份，教育部發(fā)布《關(guān)于狠抓新時(shí)代全國高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議精神落實(shí)的通知》（教高函〔2018〕8號），提出各高校要全面梳理各門課程的教學(xué)內(nèi)容，淘汰“水課”、打造“金課”;同年11月，教育部高教司吳巖司長在第11屆“中國大學(xué)教學(xué)論壇”上，提出建設(shè)中國“金課”[1]。晶體光學(xué)是研究和鑒定地球的主要物質(zhì)成分——造巖礦物的一種最基本和最廣泛應(yīng)用的方法和手段，該課程是每個(gè)地質(zhì)工作者應(yīng)該具備的地學(xué)基礎(chǔ)知識，同時(shí)也是必須掌握的專業(yè)技能[2]。在全國高校積極推進(jìn)“金課”建設(shè)的大背景下，晶體光學(xué)課程作為地質(zhì)學(xué)類相關(guān)專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程體系內(nèi)容相對成熟固定，但隨著當(dāng)代地球科學(xué)研究中新技術(shù)和新方法的不斷涌現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新意識，就成為該課程教學(xué)改革的關(guān)鍵。本文以晶體光學(xué)課程知識點(diǎn)“光性方位圖識別”為例，對標(biāo)“金課”建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，提出具體的改革措施。

一、晶體光學(xué)課程特點(diǎn)及教學(xué)安排

晶體光學(xué)是研究可見光通過透明礦物晶體時(shí)所產(chǎn)生的一些光學(xué)現(xiàn)象及其規(guī)律的一門學(xué)科，目前晶體光學(xué)應(yīng)用廣泛，已經(jīng)不僅僅限于礦物學(xué)、巖石學(xué)方面，在寶石鑒定、玻璃、陶瓷、藥品、鹽類、鑄石及建筑材料學(xué)等方面也有廣泛應(yīng)用[3]。晶體光學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容由兩大部分構(gòu)成：其一晶體光學(xué)部分主要是介紹可見光通過透明礦物晶體時(shí)所產(chǎn)生的一系列光學(xué)現(xiàn)象及其原理，其二光性礦物學(xué)（造巖礦物）部分主要是在理解晶體光學(xué)基本理論和方法的基礎(chǔ)上，掌握主要造巖礦物鏡下光性特征及其鑒定方法[4-5]。盡管目前可以利用電子探針或化學(xué)分析來研究礦物，但電子探針只能做礦物成分點(diǎn)的測試，而化學(xué)分析無法對礦物的光學(xué)性質(zhì)及礦物之間的相互關(guān)系進(jìn)行觀察研究，因此利用偏光顯微鏡進(jìn)行巖礦鑒定仍然是地質(zhì)學(xué)研究必不可少的基礎(chǔ)方法。晶體光學(xué)屬于方法性課程，實(shí)踐性很強(qiáng)，而且在教學(xué)內(nèi)容上具有很強(qiáng)的連續(xù)性[6]，其先修課程主要包括普通地質(zhì)學(xué)、結(jié)晶學(xué)及礦物學(xué)等，同時(shí)也為后續(xù)巖石學(xué)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該課程的一些基本原理和概念比較抽象，比如光率體的概念是晶體光學(xué)課程的精髓所在，既是本課程的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，更是解釋礦物晶體光學(xué)性質(zhì)的重要依據(jù)。

針對晶體光學(xué)課程特點(diǎn)，我們目前采用課堂講授與實(shí)驗(yàn)室實(shí)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)方式，并且特別注重加強(qiáng)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)教學(xué)，重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)和提高，該課程總計(jì)40學(xué)時(shí)，其中實(shí)習(xí)教學(xué)28學(xué)時(shí)，實(shí)習(xí)課與理論課比例大于2∶1。同時(shí)除利用常規(guī)教學(xué)手段外，目前正在建設(shè)晶體光學(xué)在線開放課程，通過小班授課，實(shí)施啟發(fā)式和討論式教學(xué)方法，充分利用教學(xué)模型，督促學(xué)生完成課后習(xí)題及復(fù)習(xí)思考題等，使學(xué)生加深對相關(guān)概念與原理的理解，以及對常見造巖礦物晶體光學(xué)性質(zhì)的掌握。

二、“金課”標(biāo)準(zhǔn)下晶體光學(xué)課程改造思路

“金課”即一流課程，其標(biāo)準(zhǔn)可歸納為“兩性一度”，即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度[1]?！敖鹫n”是一種教學(xué)實(shí)踐模式、一種教學(xué)形態(tài)和教學(xué)理念，更是一種價(jià)值追求，其意義是為現(xiàn)實(shí)教學(xué)產(chǎn)生一種動(dòng)力、牽引、導(dǎo)向作用[7]。對標(biāo)“金課”的建設(shè)理念與標(biāo)準(zhǔn)，晶體光學(xué)課程改造主要從以下幾方面考慮：

1. 學(xué)生作為“金課”建設(shè)的最終受益人，學(xué)生的有效參與是 “金課”建設(shè)的主體性原則。在教學(xué)活動(dòng)中，教師要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)方法，適應(yīng)當(dāng)前信息化教學(xué)發(fā)展，充分利用線上大規(guī)模在線開放課程（Massive Open Online Course：MOOC）教學(xué)資源，開展線上線下混合式教學(xué)，課上在視覺及聽覺等方面吸引學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，課前課后可將在線課程資源作為學(xué)生的自學(xué)及復(fù)習(xí)資料，提升教學(xué)效果;在教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師要通過設(shè)計(jì)不同層級、不同難度的有效問題和習(xí)題，使師生之間有感情和內(nèi)容的交流、辯論，甚至可以提出批評和質(zhì)疑，努力培養(yǎng)能夠獨(dú)立思考、敢于批評質(zhì)疑、有創(chuàng)新能力和創(chuàng)造思維的時(shí)代新人。

2. 在教學(xué)目標(biāo)指引下，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，保障教學(xué)效果，提升教學(xué)質(zhì)量。晶體光學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握利用偏光顯微鏡鑒定礦物、巖石薄片的方法。在教學(xué)過程中，針對課程特點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容;根據(jù)教學(xué)內(nèi)容難度設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生都能獲得學(xué)習(xí)的滿足感。同時(shí)課程評價(jià)要與教學(xué)目標(biāo)相一致，對于實(shí)踐性較強(qiáng)的晶體光學(xué)課程，要在平時(shí)課程實(shí)踐教學(xué)、期末考試等環(huán)節(jié)中充分體現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維，使知識真正內(nèi)化為學(xué)生的能力。

三、對標(biāo)“金課”標(biāo)準(zhǔn)的“光性方位圖識別”教學(xué)設(shè)計(jì)

光率體是晶體光學(xué)的理論基礎(chǔ)，應(yīng)用光率體可以解釋晶體中許多光學(xué)現(xiàn)象，在利用偏光顯微鏡觀察造巖礦物時(shí)，就是以光率體在每種礦物中的方位來鑒定的[3]。但是光率體是一個(gè)很抽象的概念，既看不到，也摸不著，而光性方位圖可以用來表示光率體在晶體中的位置，即光率體在晶體中的定向情況，通過對光性方位圖的仔細(xì)識別，可以加深對礦物晶體光學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識與理解。依照“金課”標(biāo)準(zhǔn)與要求，我們對“光性方位圖識別”知識點(diǎn)教學(xué)設(shè)計(jì)如下。

（一）課前預(yù)習(xí)：通過線上平臺使學(xué)生提前預(yù)習(xí)相關(guān)知識

目前正在進(jìn)行晶體光學(xué)在線課程建設(shè)，以知識點(diǎn)為基本單元進(jìn)行視頻錄制，在課堂教學(xué)前通過線上平臺發(fā)布“光性方位”知識點(diǎn)相關(guān)視頻，讓學(xué)生提前自學(xué)和預(yù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容。

（二）課堂講授：結(jié)合實(shí)例重點(diǎn)介紹從光性方位圖中可以識別出的主要晶體光學(xué)性質(zhì)

1. 高級晶族礦物

高級晶族即等軸晶系礦物，晶體中有無數(shù)個(gè)光軸，且光率體主軸與其3個(gè)結(jié)晶軸重合。因而等軸晶系礦物的光性方位一般只用表示出礦物的晶形即可。如圖1所示為等軸晶系礦物石榴石的菱形十二面體和四角三八面體晶形。

2. 一軸晶礦物

一軸晶礦物包括中級晶族的三方晶系、四方晶系及六方晶系礦物。光性方位的特點(diǎn)為其旋轉(zhuǎn)軸與光軸、Ne軸、晶體的c軸及高次對稱軸一致，如圖2所示。

（1）根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸特點(diǎn)，可以判斷礦物晶系。一軸晶礦物晶體只有一個(gè)高次軸，例如α-石英（三方晶系）、鈣鎂黃長石（四方晶系）、磷灰石（六方晶系）等礦物分別只有一個(gè)三次、四次和六次軸。

（2）根據(jù)Ne與No的相對大小，判斷礦物的光性符號。由于一軸晶礦物Ne//c軸，因此若Ne//Ng即Ne>No為一軸正晶;Ne//Np即Ne<No為一軸負(fù)晶。因此α-石英和鈣鎂黃長石Ne//Ng，為正光性;而磷灰石Ne//Np，為負(fù)光性。

（3）延性符號的判斷。一軸晶柱狀礦物的延性符號與光性符號一致，而一軸晶板狀礦物的延性符號與光性符號相反。例如α-石英和磷灰石為一軸晶柱狀礦物，其延性符號與光性符號一致，分別為正光性正延性和負(fù)光性負(fù)延性;而鈣鎂黃長石為一軸晶板狀礦物其延性符號與光性符號相反，為正光性負(fù)延性。

3. 二軸晶礦物

二軸晶礦物包括低級晶族的斜方晶系、單斜晶系及三斜晶系礦物。不同晶系礦物的光性方位各具特點(diǎn)，如圖3所示。

（1）根據(jù)礦物光率體三個(gè)光學(xué)主軸Ng、Nm、Np與晶體結(jié)晶軸a、b、c之間的關(guān)系，判斷礦物的晶系。斜方晶系光率體三主軸分別平行結(jié)晶軸，至于哪一個(gè)光率體主軸與哪一個(gè)結(jié)晶軸相當(dāng)，則因礦物不同而異，例如鎂橄欖石的Ng、Nm、Np分別與a、c、b軸平行;單斜晶系光率體三主軸中有一個(gè)主軸與晶體的b軸重合，其余兩主軸均與晶體的a軸及c軸斜交，究竟哪一個(gè)主軸與b軸重合，其余兩主軸與a和c軸交角各是多少，則隨礦物而異，如黑云母Nm與b軸平行，其余Ng與a、Np與c均有夾角;三斜晶系光率體的三個(gè)主軸與晶體的三結(jié)晶軸均斜交，其交角大小隨礦物而異，例如微斜長石的三個(gè)主軸與晶體的三個(gè)結(jié)晶軸均有18°夾角。

（2）判斷光性符號及光軸面位置。二軸晶礦物的光性方位圖面上兩個(gè)類似貓眼的位置代表兩個(gè)光軸出露點(diǎn)，中間引出的虛線為銳角等分線（Bxa）。若Bxa=Ng，為二軸正晶;Bxa=Np，為二軸負(fù)晶。同時(shí)根據(jù)兩個(gè)光軸出露點(diǎn)的位置可以判斷光軸面的位置。例如鎂橄欖石的Bxa=Ng，為正光性;而黑云母和微斜長石Bxa=Np，為負(fù)光性。同時(shí)從光性方位圖中可見鎂橄欖石光軸面∥（001）;黑云母光軸面∥（010），微斜長石光軸面近于⊥（010）。

（3）延性符號的判斷。如果Ng平行于礦物的長邊或Ng與長邊的夾角小于45°，為正延性;如果Ng平行于礦物的短邊或Ng與短邊的夾角小于45°，為負(fù)延性;如果Nm平行于礦物的長邊，則在不同切面上延性符號不同，可正可負(fù)。例如黑云母Ng平行于礦物的長邊，為正延性;而鎂橄欖石由于Nm平行于c軸，而c軸又是礦物的延長方向，因此在不同切面上，延性可正可負(fù)，如在∥（100）面為正延性，而在∥（010）面則為負(fù)延性，同樣的還有微斜長石。

另外，根據(jù)礦物的光性方位圖，還可以看出礦物解理組數(shù)及分布情況，需要注意光性方位圖中只表示出解理可能分布的方位，而與解理完善程度不完全一致，例如圖3（a）中鎂橄欖石的不完全解理與圖3（b）中黑云母的極完全解理表示類似;還有根據(jù)光性方位圖判斷礦物的消光類型：中級晶族以平行和對稱消光為主，斜消光的切面很少;低級晶族斜方晶系以平行消光和對稱消光為主，單斜晶系不同切面消光類型不同，三斜晶系以斜消光為主。

（三）課后作業(yè)：鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容，檢查學(xué)生掌握情況

在課后給同學(xué)留適量具一定難度的復(fù)習(xí)題，如圖4所示，要求學(xué)生通過所給的光性方位圖判斷礦物所屬的晶系、光性符號和延性符號等，檢查學(xué)生是否能夠靈活運(yùn)用相關(guān)知識。

針對學(xué)生在作業(yè)中存在的問題，進(jìn)行針對性講解，特別是圖4（b）中礦物所屬晶系的判斷，其有兩個(gè)光率體主軸與結(jié)晶軸平行，這需結(jié)合結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)相關(guān)知識，單斜晶系普通角閃石a與c軸之間夾角為106°，當(dāng)Ng與c的夾角為16°時(shí)，此時(shí)a與Np也剛好重合一致。

四、對標(biāo)“金課”標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)建議

對標(biāo)“金課”高階性標(biāo)準(zhǔn)，光性方位這部分教學(xué)內(nèi)容除在晶體光學(xué)基礎(chǔ)部分著重介紹外，建議在光性礦物學(xué)（造巖礦物）的實(shí)習(xí)教學(xué)中加以突出。在實(shí)習(xí)課介紹主要造巖礦物的光性特征前，建議先讓學(xué)生讀該礦物的光性方位圖，然后與教材或參考書上介紹的礦物光性特征進(jìn)行對比。例如在介紹橄欖石的光性特征前，可以讓學(xué)生先讀鎂橄欖石和鐵橄欖石的光性方位圖，據(jù)此判斷鎂橄欖石和鐵橄欖石的軸性、晶系、光性符號、光軸面位置、消光類型、延性符號等，然后再與教材中對鎂橄欖石和鐵橄欖石的光性特征描述進(jìn)行相互驗(yàn)證。通過近年來的教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)通過對礦物光性方位圖的仔細(xì)觀察與解讀，有助于加深學(xué)生對礦物晶體光學(xué)性質(zhì)的理解與掌握。

對標(biāo)“金課”創(chuàng)新性標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行晶體光學(xué)在線開放課程建設(shè)。當(dāng)前MOOC在我國發(fā)展迅速，對我國的高等教育發(fā)展產(chǎn)生了重要影響，有機(jī)會(huì)創(chuàng)造一個(gè)全新的、更公平的教育模式[8]，也為開展線上線下的混合學(xué)習(xí)提供了基礎(chǔ)[9]。目前，為滿足課程改革和學(xué)科建設(shè)需要，除常規(guī)的教學(xué)手段和教學(xué)方法外，我們正在與專業(yè)的線上課程建設(shè)平臺合作，進(jìn)行晶體光學(xué)在線開放課程建設(shè)，并且在最新的在線開放課程建設(shè)中也堅(jiān)持強(qiáng)化“光性方位圖識別”的教學(xué)，真正樹立“以學(xué)生為中心”的教學(xué)思想，希望學(xué)生通過線上的自主學(xué)習(xí)結(jié)合線下課堂教學(xué)，真正學(xué)好晶體光學(xué)課程。

對標(biāo)“金課”挑戰(zhàn)度標(biāo)準(zhǔn)，課后留適量作業(yè)，要求學(xué)生按時(shí)完成。作業(yè)題的選擇標(biāo)準(zhǔn)除具有代表性外，還要求具有一定難度，考查學(xué)生是否真正理解并能靈活運(yùn)用相關(guān)知識。另外我們在期末考試中也加強(qiáng)考查學(xué)生對“光性方位圖識別”的理解，檢查學(xué)生的掌握情況。

五、結(jié)束語

當(dāng)前全國高校正積極落實(shí)教育部打造“金課”，拒絕“水課”要求，在此背景下對晶體光學(xué)課程改革進(jìn)行探索，以知識點(diǎn)“光性方位圖識別”為例，對標(biāo)“金課”的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度等屬性，建議在晶體光學(xué)課程中加強(qiáng)對光性方位圖識別的教學(xué)，并通過建設(shè)在線開放課程，以及布置課后思考題等措施，使學(xué)生能夠真正讀懂礦物光性方位圖，以加深學(xué)生對礦物晶體光學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識與理解。晶體光學(xué)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生為后續(xù)進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究礦物和巖石結(jié)構(gòu)、探討地質(zhì)成因和巖石形成機(jī)理的巖石學(xué)課程打下良好基礎(chǔ)[10]。

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作者簡介：孫曉輝（1985-），男，漢族，陜西富平人，博士，講師，研究方向?yàn)閹r石學(xué)。