《结晶学及矿物学》教学的几点体会

郭士金 胥 哲 刘清俊

【摘要】 本文根据《结晶学及矿物学》的课程特点,进行教学方法的探索和改进,提出了激发学习兴趣、抓住教学主线、强化实验教学等三个方面的教学体会。

【关键词】 结晶学及矿物学;教学

《结晶学及矿物学》是地质学、宝石学等专业的的一门专业基础课,也是《岩石学》、《矿床学》、《宝石鉴定》等课程的先导性课程。该课程的结晶学部分由于抽象、空间性强等特点而难懂,矿物学部分则显得内容庞杂而难记,而且许多矿物的结构也比较抽象,学生们通常感觉该课程难学。所以教师需要不断改进教学方法,使学生更容易理解和接受相关的知识。下面是我们在经过数年的教学实践之后,得出的几点教学经验与体会。

1、激发学习兴趣

由于该课程的内容既抽象又繁杂难记,导致许多学生在学习过程中感觉乏味,从而逐渐丧失学习的积极性和主动性。在课堂上,每当展示精美的矿物晶体图片的时候,学生们总是兴趣十足,观察的比较投入。所以,要多精选一些精美的矿物晶体图片放在幻灯片上。此外,矿物的特殊用途也是容易引起学生注意的内容,比如在讲石棉的时候,介绍相关古籍中记载有一种“火浣布”,遇火越烧越新,其实这是用石棉制作的一种“布”,由于石棉耐高温,所以不怕火烧,这样,便很容易利用学生们的好奇心,引导到矿物的外部属性或内部特征上来。兴趣其实是最好的老师,只有利用各种方法激起学生的兴趣,学生便能够从被动接受,变为主动探索、提问。

2、抓住教学主线

主线是课程的脉络,抓住主线就可以实现纲举目张。该课程分为结晶学、矿物学两部分。

自然界的矿物一般都是天然晶体,研究矿物将涉及晶体许多固有的特性和结晶学法则与定律,所以结晶学是矿物学的基础,这是整个课程的主线。

结晶学部分主要包括介绍晶体的概念、基本性质、晶体的生长、晶体外形的几何规律和晶体化学基础理论知识等内容。其中的重点是晶体外形的几何规律,在这一部分里,其教学主线就是晶体的对称分类。对称要素、对称型是晶体对称分类的基础,而后续章节的晶体定向、单形和聚形又是以晶体对称分类为基础的。抓住了这一核心,就相当于抓住了这些前后内容的脉络,使之顺利铺开,而就不至于显得杂乱、难懂了。例如,在晶体定向中,需要选择结晶轴:首先根据对称特点(有无高次轴)划分晶族,并划分晶系;然后,再根据各晶族、晶系特点选结晶轴。实际上,在掌握好晶体的对称分类(三个晶族、七个晶系)之后,再经教师引导稍加总结,便很容易根据对称型的特点,找出各晶系选结晶轴的规律,而有的学生注意不到这一点,只会硬记对称型和结晶轴的选择方法。

在矿物学部分要突出的主线,就是矿物的形态和物理性质等外部属性是由矿物的化学组成和内部结构决定的。在矿物学各论的教学中,始终贯彻这一主线,引导学生分析各大类(类/族)矿物的化学组成、晶体结构的主要特征,并进而分析该大类(类/族)矿物可能具有的形态特征和物理性质等,然后再具体到各个矿物。比如,氧化物类矿物中,阴离子主要为氧,金属阳离子主要是惰性气体型阳离子和过渡型阳离子,另外还有少量的铜型离子。故氧化物中的化学键以离子键为主,随着阳离子从惰性气体型离子到过渡型离子、铜型离子的过渡,离子键性减弱,共价键性增强,其中一些过渡型离子还具有一定的金属键性。这样,便使氧化物产生如下的性质:在惰性气体型阳离子的氧化物中,具有离子晶格的一般特征,表现为无色和浅色,透明至半透明,玻璃光泽;若阳离子为过渡型或铜型离子,则矿物的颜色加深,半透明至不透明,金刚光泽、半金属至金属光泽;由于健力强,氧化物的硬度一般硬度>5.5,而且熔点高、溶解度低。由此便可理解,为何同为氧化物,石英(SiO2)具有玻璃光泽,而金红石(TiO2)具金刚光泽,磁铁矿(Fe3O4)为半金属光泽,而它们都为高硬度(>5.5)。

如此,则可以让学生抓住前后知识的因果关系,或者是矿物外部属性和内部特征的关系,以达到理解并能举一反三的学习效果,而不是死记硬背知识点。

3、强化实验教学

《结晶学及矿物学》实践性强,实验课课时多,占总课时的50%。实验课的内容主要是通过观察模型,掌握晶体对称分类、定向、单形认识和聚形分析等方法,并通过观察标本,掌握常见矿物的鉴定方法。实验既用来锻炼实践动手能力,又有助于加深理论理解。为了加强实验课的教学效果,使学生掌握好结晶学和矿物学的基本观察技能,特采取下列措施:

(1)实验课上,除了在开头向学生介绍观察、鉴定方法外,还在下课前进行相应的总结。为了调动学习的积极性,促进互相讨论的精神,可由各实验小组根据本组的观察结果来作总结,然后由教师点评。

(2)由于实验课上多是定性描述,有的学生便通过抄书,随便完成了事。为了让学生能够主动、积极观察,特在课堂上以小组为单位进行随机抽查,并将抽查结果计入平时成绩里面。

(3)要充分利用标本照片、晶体结构模型等教具。对初学者来说,往往对如何正确观察、描述解理的组数和夹角感到茫然。对此,特拍摄了方铅矿、方解石、萤石、辉石和角闪石等重点矿物的解理,并在上面作出标示和描述,然后让学生以此为参考来练习观察解理的组数和夹角,经过抽查,发现效果良好。矿物的内部结构是项重要的内容,经验告诉我们,仅在理论课堂上用幻灯片向学生讲解,不如同时在实验课上让学生自己观察晶体结构模型来的更直观。除了定制的模型外,笔者还自己动手制作了若干用乒乓球、钢球、磁棒、硬纸板等简易材料制作的最紧密堆积模型、各种硅氧骨干模型,由于这些模型都可以由学生动手拆装,又便于观察,很容易引起学生的兴趣。

参考文献

1 潘兆橹.结晶学及矿物学(第三版).北京:地质出版社,1993.

2 陈丹玲.强化基础 突出技能 因材施教—“矿物学”教学过程的几点体会.高等理科教育.2008(3).