《結晶學及礦物學》教學的幾點體會

郭士金 胥 哲 劉清俊

【摘要】 本文根據《結晶學及礦物學》的課程特點,進行教學方法的探索和改進,提出了激發學習興趣、抓住教學主線、強化實驗教學等三個方面的教學體會。

【關鍵詞】 結晶學及礦物學;教學

《結晶學及礦物學》是地質學、寶石學等專業的的一門專業基礎課,也是《巖石學》、《礦床學》、《寶石鑒定》等課程的先導性課程。該課程的結晶學部分由于抽象、空間性強等特點而難懂,礦物學部分則顯得內容龐雜而難記,而且許多礦物的結構也比較抽象,學生們通常感覺該課程難學。所以教師需要不斷改進教學方法,使學生更容易理解和接受相關的知識。下面是我們在經過數年的教學實踐之后,得出的幾點教學經驗與體會。

1、激發學習興趣

由于該課程的內容既抽象又繁雜難記,導致許多學生在學習過程中感覺乏味,從而逐漸喪失學習的積極性和主動性。在課堂上,每當展示精美的礦物晶體圖片的時候,學生們總是興趣十足,觀察的比較投入。所以,要多精選一些精美的礦物晶體圖片放在幻燈片上。此外,礦物的特殊用途也是容易引起學生注意的內容,比如在講石棉的時候,介紹相關古籍中記載有一種“火浣布”,遇火越燒越新,其實這是用石棉制作的一種“布”,由于石棉耐高溫,所以不怕火燒,這樣,便很容易利用學生們的好奇心,引導到礦物的外部屬性或內部特征上來。興趣其實是最好的老師,只有利用各種方法激起學生的興趣,學生便能夠從被動接受,變為主動探索、提問。

2、抓住教學主線

主線是課程的脈絡,抓住主線就可以實現綱舉目張。該課程分為結晶學、礦物學兩部分。

自然界的礦物一般都是天然晶體,研究礦物將涉及晶體許多固有的特性和結晶學法則與定律,所以結晶學是礦物學的基礎,這是整個課程的主線。

結晶學部分主要包括介紹晶體的概念、基本性質、晶體的生長、晶體外形的幾何規律和晶體化學基礎理論知識等內容。其中的重點是晶體外形的幾何規律,在這一部分里,其教學主線就是晶體的對稱分類。對稱要素、對稱型是晶體對稱分類的基礎,而后續章節的晶體定向、單形和聚形又是以晶體對稱分類為基礎的。抓住了這一核心,就相當于抓住了這些前后內容的脈絡,使之順利鋪開,而就不至于顯得雜亂、難懂了。例如,在晶體定向中,需要選擇結晶軸:首先根據對稱特點(有無高次軸)劃分晶族,并劃分晶系;然后,再根據各晶族、晶系特點選結晶軸。實際上,在掌握好晶體的對稱分類(三個晶族、七個晶系)之后,再經教師引導稍加總結,便很容易根據對稱型的特點,找出各晶系選結晶軸的規律,而有的學生注意不到這一點,只會硬記對稱型和結晶軸的選擇方法。

在礦物學部分要突出的主線,就是礦物的形態和物理性質等外部屬性是由礦物的化學組成和內部結構決定的。在礦物學各論的教學中,始終貫徹這一主線,引導學生分析各大類(類/族)礦物的化學組成、晶體結構的主要特征,并進而分析該大類(類/族)礦物可能具有的形態特征和物理性質等,然后再具體到各個礦物。比如,氧化物類礦物中,陰離子主要為氧,金屬陽離子主要是惰性氣體型陽離子和過渡型陽離子,另外還有少量的銅型離子。故氧化物中的化學鍵以離子鍵為主,隨著陽離子從惰性氣體型離子到過渡型離子、銅型離子的過渡,離子鍵性減弱,共價鍵性增強,其中一些過渡型離子還具有一定的金屬鍵性。這樣,便使氧化物產生如下的性質:在惰性氣體型陽離子的氧化物中,具有離子晶格的一般特征,表現為無色和淺色,透明至半透明,玻璃光澤;若陽離子為過渡型或銅型離子,則礦物的顏色加深,半透明至不透明,金剛光澤、半金屬至金屬光澤;由于健力強,氧化物的硬度一般硬度>5.5,而且熔點高、溶解度低。由此便可理解,為何同為氧化物,石英(SiO2)具有玻璃光澤,而金紅石(TiO2)具金剛光澤,磁鐵礦(Fe3O4)為半金屬光澤,而它們都為高硬度(>5.5)。

如此,則可以讓學生抓住前后知識的因果關系,或者是礦物外部屬性和內部特征的關系,以達到理解并能舉一反三的學習效果,而不是死記硬背知識點。

3、強化實驗教學

《結晶學及礦物學》實踐性強,實驗課課時多,占總課時的50%。實驗課的內容主要是通過觀察模型,掌握晶體對稱分類、定向、單形認識和聚形分析等方法,并通過觀察標本,掌握常見礦物的鑒定方法。實驗既用來鍛煉實踐動手能力,又有助于加深理論理解。為了加強實驗課的教學效果,使學生掌握好結晶學和礦物學的基本觀察技能,特采取下列措施:

(1)實驗課上,除了在開頭向學生介紹觀察、鑒定方法外,還在下課前進行相應的總結。為了調動學習的積極性,促進互相討論的精神,可由各實驗小組根據本組的觀察結果來作總結,然后由教師點評。

(2)由于實驗課上多是定性描述,有的學生便通過抄書,隨便完成了事。為了讓學生能夠主動、積極觀察,特在課堂上以小組為單位進行隨機抽查,并將抽查結果計入平時成績里面。

(3)要充分利用標本照片、晶體結構模型等教具。對初學者來說,往往對如何正確觀察、描述解理的組數和夾角感到茫然。對此,特拍攝了方鉛礦、方解石、螢石、輝石和角閃石等重點礦物的解理,并在上面作出標示和描述,然后讓學生以此為參考來練習觀察解理的組數和夾角,經過抽查,發現效果良好。礦物的內部結構是項重要的內容,經驗告訴我們,僅在理論課堂上用幻燈片向學生講解,不如同時在實驗課上讓學生自己觀察晶體結構模型來的更直觀。除了定制的模型外,筆者還自己動手制作了若干用乒乓球、鋼球、磁棒、硬紙板等簡易材料制作的最緊密堆積模型、各種硅氧骨干模型,由于這些模型都可以由學生動手拆裝,又便于觀察,很容易引起學生的興趣。

參考文獻

1 潘兆櫓.結晶學及礦物學(第三版).北京:地質出版社,1993.

2 陳丹玲.強化基礎 突出技能 因材施教—“礦物學”教學過程的幾點體會.高等理科教育.2008(3).