“金课”标准下晶体光学课程改造探索

摘  要：晶体光学是地质学类相关专业非常重要的一门专业基础课程，具有原理抽象，且实践性强的特点。在当前全国高校积极建设“金课”的大背景下，“金课”的高阶性、创新性和挑战度等属性，对晶体光学课程教学提出新的要求。以晶体光学课程知识点“光性方位图识别”为例，对标“金课”标准，建议在晶体光学课程教学中加强对光性方位图识别的实验教学，同时进行晶体光学在线开放课程建设，课后留适量具一定难度作业等。通过这些改革措施，学生更深刻地认识光性方位图，从而加深对矿物晶体光学性质的认识与理解，真正学好晶体光学课程。

关键词：金课;晶体光学;光性方位图;课程改造

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：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，教育部陈宝生部长在新时代全国高等学校本科教育工作会议上，首次提出“金课”概念;随即在8月份，教育部发布《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》（教高函〔2018〕8号），提出各高校要全面梳理各门课程的教学内容，淘汰“水课”、打造“金课”;同年11月，教育部高教司吴岩司长在第11届“中国大学教学论坛”上，提出建设中国“金课”[1]。晶体光学是研究和鉴定地球的主要物质成分——造岩矿物的一种最基本和最广泛应用的方法和手段，该课程是每个地质工作者应该具备的地学基础知识，同时也是必须掌握的专业技能[2]。在全国高校积极推进“金课”建设的大背景下，晶体光学课程作为地质学类相关专业非常重要的一门专业基础课程，该课程体系内容相对成熟固定，但随着当代地球科学研究中新技术和新方法的不断涌现，激发学生的学习热情和学习兴趣，培养学生的科学思维和创新意识，就成为该课程教学改革的关键。本文以晶体光学课程知识点“光性方位图识别”为例，对标“金课”建设标准，提出具体的改革措施。

一、晶体光学课程特点及教学安排

晶体光学是研究可见光通过透明矿物晶体时所产生的一些光学现象及其规律的一门学科，目前晶体光学应用广泛，已经不仅仅限于矿物学、岩石学方面，在宝石鉴定、玻璃、陶瓷、药品、盐类、铸石及建筑材料学等方面也有广泛应用[3]。晶体光学课程的教学内容由两大部分构成：其一晶体光学部分主要是介绍可见光通过透明矿物晶体时所产生的一系列光学现象及其原理，其二光性矿物学（造岩矿物）部分主要是在理解晶体光学基本理论和方法的基础上，掌握主要造岩矿物镜下光性特征及其鉴定方法[4-5]。尽管目前可以利用电子探针或化学分析来研究矿物，但电子探针只能做矿物成分点的测试，而化学分析无法对矿物的光学性质及矿物之间的相互关系进行观察研究，因此利用偏光显微镜进行岩矿鉴定仍然是地质学研究必不可少的基础方法。晶体光学属于方法性课程，实践性很强，而且在教学内容上具有很强的连续性[6]，其先修课程主要包括普通地质学、结晶学及矿物学等，同时也为后续岩石学课程的学习打下坚实基础。该课程的一些基本原理和概念比较抽象，比如光率体的概念是晶体光学课程的精髓所在，既是本课程的重点，也是难点，更是解释矿物晶体光学性质的重要依据。

针对晶体光学课程特点，我们目前采用课堂讲授与实验室实习相结合的教学方式，并且特别注重加强实习环节教学，重视学生实验技能的培养和提高，该课程总计40学时，其中实习教学28学时，实习课与理论课比例大于2∶1。同时除利用常规教学手段外，目前正在建设晶体光学在线开放课程，通过小班授课，实施启发式和讨论式教学方法，充分利用教学模型，督促学生完成课后习题及复习思考题等，使学生加深对相关概念与原理的理解，以及对常见造岩矿物晶体光学性质的掌握。

二、“金课”标准下晶体光学课程改造思路

“金课”即一流课程，其标准可归纳为“两性一度”，即高阶性、创新性和挑战度[1]。“金课”是一种教学实践模式、一种教学形态和教学理念，更是一种价值追求，其意义是为现实教学产生一种动力、牵引、导向作用[7]。对标“金课”的建设理念与标准，晶体光学课程改造主要从以下几方面考虑：

1. 学生作为“金课”建设的最终受益人，学生的有效参与是 “金课”建设的主体性原则。在教学活动中，教师要创新教学方法，适应当前信息化教学发展，充分利用线上大规模在线开放课程（Massive Open Online Course：MOOC）教学资源，开展线上线下混合式教学，课上在视觉及听觉等方面吸引学生，激发学生的学习主动性，课前课后可将在线课程资源作为学生的自学及复习资料，提升教学效果;在教学设计中，教师要通过设计不同层级、不同难度的有效问题和习题，使师生之间有感情和内容的交流、辩论，甚至可以提出批评和质疑，努力培养能够独立思考、敢于批评质疑、有创新能力和创造思维的时代新人。

2. 在教学目标指引下，优化教学内容，保障教学效果，提升教学质量。晶体光学课程的教学目标是使学生掌握利用偏光显微镜鉴定矿物、岩石薄片的方法。在教学过程中，针对课程特点，优化教学内容;根据教学内容难度设计相应的教学目标，使学生都能获得学习的满足感。同时课程评价要与教学目标相一致，对于实践性较强的晶体光学课程，要在平时课程实践教学、期末考试等环节中充分体现，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维，使知识真正内化为学生的能力。

三、对标“金课”标准的“光性方位图识别”教学设计

光率体是晶体光学的理论基础，应用光率体可以解释晶体中许多光学现象，在利用偏光显微镜观察造岩矿物时，就是以光率体在每种矿物中的方位来鉴定的[3]。但是光率体是一个很抽象的概念，既看不到，也摸不着，而光性方位图可以用来表示光率体在晶体中的位置，即光率体在晶体中的定向情况，通过对光性方位图的仔细识别，可以加深对矿物晶体光学性质的认识与理解。依照“金课”标准与要求，我们对“光性方位图识别”知识点教学设计如下。

（一）课前预习：通过线上平台使学生提前预习相关知识

目前正在进行晶体光学在线课程建设，以知识点为基本单元进行视频录制，在课堂教学前通过线上平台发布“光性方位”知识点相关视频，让学生提前自学和预习相关内容。

（二）课堂讲授：结合实例重点介绍从光性方位图中可以识别出的主要晶体光学性质

1. 高级晶族矿物

高级晶族即等轴晶系矿物，晶体中有无数个光轴，且光率体主轴与其3个结晶轴重合。因而等轴晶系矿物的光性方位一般只用表示出矿物的晶形即可。如图1所示为等轴晶系矿物石榴石的菱形十二面体和四角三八面体晶形。

2. 一轴晶矿物

一轴晶矿物包括中级晶族的三方晶系、四方晶系及六方晶系矿物。光性方位的特点为其旋转轴与光轴、Ne轴、晶体的c轴及高次对称轴一致，如图2所示。

（1）根据旋转轴特点，可以判断矿物晶系。一轴晶矿物晶体只有一个高次轴，例如α-石英（三方晶系）、钙镁黄长石（四方晶系）、磷灰石（六方晶系）等矿物分别只有一个三次、四次和六次轴。

（2）根据Ne与No的相对大小，判断矿物的光性符号。由于一轴晶矿物Ne//c轴，因此若Ne//Ng即Ne>No为一轴正晶;Ne//Np即Ne<No为一轴负晶。因此α-石英和钙镁黄长石Ne//Ng，为正光性;而磷灰石Ne//Np，为负光性。

（3）延性符号的判断。一轴晶柱状矿物的延性符号与光性符号一致，而一轴晶板状矿物的延性符号与光性符号相反。例如α-石英和磷灰石为一轴晶柱状矿物，其延性符号与光性符号一致，分别为正光性正延性和负光性负延性;而钙镁黄长石为一轴晶板状矿物其延性符号与光性符号相反，为正光性负延性。

3. 二轴晶矿物

二轴晶矿物包括低级晶族的斜方晶系、单斜晶系及三斜晶系矿物。不同晶系矿物的光性方位各具特点，如图3所示。

（1）根据矿物光率体三个光学主轴Ng、Nm、Np与晶体结晶轴a、b、c之间的关系，判断矿物的晶系。斜方晶系光率体三主轴分别平行结晶轴，至于哪一个光率体主轴与哪一个结晶轴相当，则因矿物不同而异，例如镁橄榄石的Ng、Nm、Np分别与a、c、b轴平行;单斜晶系光率体三主轴中有一个主轴与晶体的b轴重合，其余两主轴均与晶体的a轴及c轴斜交，究竟哪一个主轴与b轴重合，其余两主轴与a和c轴交角各是多少，则随矿物而异，如黑云母Nm与b轴平行，其余Ng与a、Np与c均有夹角;三斜晶系光率体的三个主轴与晶体的三结晶轴均斜交，其交角大小随矿物而异，例如微斜长石的三个主轴与晶体的三个结晶轴均有18°夹角。

（2）判断光性符号及光轴面位置。二轴晶矿物的光性方位图面上两个类似猫眼的位置代表两个光轴出露点，中间引出的虚线为锐角等分线（Bxa）。若Bxa=Ng，为二轴正晶;Bxa=Np，为二轴负晶。同时根据两个光轴出露点的位置可以判断光轴面的位置。例如镁橄榄石的Bxa=Ng，为正光性;而黑云母和微斜长石Bxa=Np，为负光性。同时从光性方位图中可见镁橄榄石光轴面∥（001）;黑云母光轴面∥（010），微斜长石光轴面近于⊥（010）。

（3）延性符号的判断。如果Ng平行于矿物的长边或Ng与长边的夹角小于45°，为正延性;如果Ng平行于矿物的短边或Ng与短边的夹角小于45°，为负延性;如果Nm平行于矿物的长边，则在不同切面上延性符号不同，可正可负。例如黑云母Ng平行于矿物的长边，为正延性;而镁橄榄石由于Nm平行于c轴，而c轴又是矿物的延长方向，因此在不同切面上，延性可正可负，如在∥（100）面为正延性，而在∥（010）面则为负延性，同样的还有微斜长石。