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1、学生综合能力培养方法探索摘要：在提出基于材料科学基础课程学生综合能力 培养模式的基础上，在主要讲授金属材料的材料学原理的背 景下，对其中针对岩石、矿物及宝石的分析技能训练、研究 和选修实验的设计过程以及经验体会、研究型教学理念、教 学资源的积累和系统化过程进行了分析，讨论了这种训练可 以起到的多重积极作用。关键词：综合能力培养岩石矿物及宝石学材料科学基 础Exploration of training method for student s comprehensive quality： a training of course concepts of fundamentals of mate
2、rials science using minerals, rocks and gemsYang Ping, Li Jing, Chen Leng, Meng Li, Qiang WenjiangUniversity of science and technology Beijing, Beijing, 100083, ChinaAbstract: Starting from a proposed model for enhancing studens comprehensive quality concerning on the course of fundamentals of mater
3、ials science and at the background of lecturing principles of metallic materials, analyses are given to the student s skill training using rocks , minerals and gems , to the research and new experiment design, to the experience on the research-oriented teaching and education and on the collecting on
4、 educational resources and their systematization. The multi-positive effects of these activities are discussedKey words: training of comprehensive quality； minerals, rocks and gems； fundamentals of materials science材料科学基础课程是材料专业的核心课程，许多学校开 展了对此课程的教学改革与建设1-3,并且在不断优化课 堂教学的改革下，逐渐强调第二课堂的利用3。我校材料 科学基础课程自
5、成为国家精品课程后，在北京市优秀教学团 队建设项目、国家级优秀教学团队建设项目及多项校级研究 型教学建设项目支持下，确定了有效提高学生综合能力的目 标，探索了四个拓展：（1）由第一课堂（即理论课程）向第 二课堂（课后兴趣小组）的拓展；（2）由利用软件进行虚拟 型学习的实践向趣味型技能训练或研究实践的拓展；（3）由 针对金属材料组织分析（金相学）训练到对矿物、岩石、宝 石、液晶等材料微观（岩相学）及宏观组织的分析训练的拓 展；（4）由介绍基本概念、定律到介绍相关背景、人物、经 典文献的拓展。逐渐形成了有特色的基于材料科学基础课程 的学生综合能力培养模式，同时将各类相对零散的教学资源 系统化整理，
6、并探索研究型教学理论及规律性，这些过程的 完成使得教学实践活动具有了理论研究的意义，在提高学生 综合能力的同时，也提高了教师的综合素质。本文将介绍教 学小组针对研究型教学中为提高以学习金属材料为主的学 生的兴趣，探索从岩石、矿物、宝石等非金属材料分析入手, 通过与金属材料的对比，加深对课程基本概念的理解和应用 能力的培养，探索学生的学习从趣味性入手，有效过渡到专 业性和实用性的规律。应当承认，第二课堂的利用，总体上 是对少数学习较好或兴趣广泛的学生进行的，也包含一些参 加本科生科研训练计划(SRTP)的学生，其广泛性还不足。这些学生中的一部分，经过一年的训练，可以达到以第一作 者身份发表教学研
7、究论文的程度，当这些学生进入四年级 后，有可能做出不错的科研结果。1实施过程、案例分析与资源整理我们对矿物、岩石及宝石方向的分析研究从2009年开 始，因人力、物力的限制，初期规模较小，基本是获取一部 分岩石、矿物材料或标本，指导学生对其探索分析，总结相 关规律及存在的问题；再以其为基础，开展下一轮及下一届 学生的分析研究，接着陆续获取一些新的岩石、矿物、宝石 材料及标本，再指导学生分析研究及训练，然后总结其规律 及存在的问题。如此往复。到目前，分别进行了如下教学资源的收集、整理及实践 活动。（1）购置了基本的分析训练用具，如专用10倍的放大 镜、专用手电筒（如图1所示）；购置了各种岩石、矿物
8、、 宝石类及晶体学的相关书籍，如：简明岩石学地质学基 础：实习指导书实验及理论岩石学火成岩岩石学矿 物与岩石权威图鉴宝石学宝石非金属矿物材料无 机材料岩相学结晶学与岩相学材料性能：各向异性、 对称性与结构（如图2所示）。还从网上下载了大量的电子 书籍、岩石矿物宝石照片、文章及其网站地址。图1放大镜与手电筒图2购置的岩石、矿物、宝石书籍（2）通过与中国地质大学教师及研究生交流，获取的 典型岩石有：粗晶火成岩、糜陵变质岩、细砂型沉积岩（如 图3所示）。图3典型岩石与对应的岩相组织（3）收集及购置的矿物类标本：水晶（单晶和双晶）、绿柱石（普通石及祖母绿）、红柱石、萤石、红宝石、辉铢 矿、天河石、木变
9、石、异极矿、黄铁矿（立方体和五角十二 面体两种）、电气石（碧玺）（如图4所示）。a石英双晶、萤石双晶、石英簇等b红柱石、萤石、石榴石、硫铁矿、电气石等C石英d萤石双晶e硫铁矿双晶f五角十二面体硫铁矿g发晶图4各种岩石、矿物、宝石标本（4）廉价的宝石类（经抛光）：如红玉髓、萤石、蔷薇 辉石、碧玉、三氧化二铁（肾石）、翡翠、绿松石、紫水晶、 黄水晶、玫瑰水晶、透明水晶、烟水晶、发晶等；拉长石（如 图5所示）。有了这三大类样品及标样，该部分与相应的金 属类实验课相比有较多较系统的训练研究材料，也逐渐掌握 了岩石矿物的知识。a各种水晶、绿松石、玉石、氧化铁b拉长石c翡翠图5各种抛光后的宝石（5）由上述
10、各类标本制成透射观察薄片（偏光下观察） （如图6所示）20种以上。有了这些丰富的教学资源，可组合设计出许多选修实验，并结合课程知识开展不同深度的基 础研究。图6透射薄片试样利用各类普通岩石可设计典型岩石鉴定实验，含宏观鉴 定和微观组织及成分鉴定；可复习结晶、相图、固态相变、 形变、再结晶理论及组织分析方法（岩相学）；通过各类矿 物标本可设计典型矿物单晶的特征鉴别实验，可以复习晶体 学、晶体结构、结晶过程的概念及原理。通过对各种抛光的宝石分析可设计宝石初步鉴定的实 验，还可以复习抛光技术、宝石中色彩产生原理（离子点缺 陷，致色效应），光学性能与晶体学的关系。开展训练活动要考虑两个目的：一是以岩石
11、矿物或宝石 为对象，对其提出想要分析研究（探究）的问题，然后进行 分析研究，如烟晶与石榴石的共生规律；二是设计出选修实 验，为以后的学生做准备，可达到不断优化实践内容、提高 实验系统性的目的。开展的第一类训练及研究有：未知岩石相鉴定；烟晶与石榴石共生规律分析； 立方体与五角十二面体黄铁矿单晶的晶体学特征与形成条 件分析；三类典型岩石的宏、微观鉴定；单晶石英、微 晶玉髓、杂晶碧玉及沙金石的对比及成因分析；翡翠微观 组织与硬玉质量关系的分析；晕彩拉长石微观结构中的李 晶与脱溶物的分析。初步设计的实验有：岩石类型的宏、微观鉴定；典型矿物的宏观鉴定及 晶体学基础训练；一些宝石的宏观形貌分析与宝石致色原
12、 因分析。2归纳总结与经验推广前期实验使用的材料、分析内容都比较零碎，到现在， 有比较系统的矿物类、岩石类、宝石类样品，可以设计系统 的实验，开展系统的研究。笔者通过承担研究生40学时的 晶体结构课程教学，找出共性的普适的晶体学、晶体结构、 晶体缺陷（点、线、面）实验内容，提高学生的综合能力。 具有多方面的用途：（1）开发选修型新实验，为更多有兴趣的学生提供训 练的机会。（2）培养学习科研能力，即通过从课堂了解的基本概 念，明确基本目标，查文献及参考书，开展分析或制备样品， 如果用偏光镜分析存在困难，可使用扫描电镜中的能谱仪进 行成分鉴定。类比法的应用：回忆48学时的材料科学基础 实验课的内容
13、，使用的都是金属，光学镜原理与使用一对应 偏光显微镜的原理与使用；机械抛光制样一对应透射薄片制 样（委托资源学院采矿专业实验室制备）；金属及合金的凝 固组织分析一对应火成岩的组织分析（两者都利用相图分 析）、金属形变及再结晶组织分析一对应变质岩及沉积岩的 岩相组织分析；晶体结构及晶体学都是通过图片软件分析训 练，而矿物岩石可直接用于这些概念的训练。例如：利用我 们收集到的各种石英类样品，可以设计下列训练内容：对 石英单晶体、歪晶、双晶的分析，训练晶体学内容；对石 英与石榴石、石英与黄铁矿、石英与金红石组成的发晶的分 析，训练结晶原理；对不同颜色的石英单晶宝石（如无色水晶、紫水晶、黄水晶、烟水晶
14、）等的分析，进行光学致色 效应与离子点缺陷作用的训练；对火成岩、变质岩、沉积 岩中石英的形貌特点及形成规律的差异进行分析，涉及凝 固、相图、形变、再结晶、固态相变知识的训练；通过对 从石英单晶不同晶体学方向切出的器件具有不同的功能作 用（振荡器、压电效应器件）4的了解，拓展学生晶体学 各向异性概念与物理性能关系及应用方面的知识。（3）通过讨论锻炼研讨及表达辩论能力，通过写文章 向教学研究类期刊投稿锻炼写作能力。对优秀学生，在实践 环节动手能力训练的基础上，可训练其撰（下转页）（上接页）写文章的能力，只有完成撰写文章并发表，才真正完成 一个周期的训练。目前，只有少数三年级学生能发表文章。 近4年
15、学生共撰写12篇文章，其中发表7篇，都以本科学生为第一作者（这些文章中只有少数涉及矿物岩石），这些 文章主要是教学研究文章。教师通过多年研究型教学活动的 开展，也获得了许多经验，认识到要不断探索新内容，到一 定阶段后又须及时归纳总结，形成规律性的培养模式；再进 行实验性探索，不断总结，系统化。教师在训练学生的同时, 摸索出研究型教学的规律。（4）拓宽就业O学生的就业方向从金属结构材料向无机材料、地质类、宝石类扩展。（5）将各类教学资源打包。2008年以前，我们将主要 精力用在学生自学平台软件系统的建立上，它是虚拟训练 法，以光盘形式使用。到2012年，完成材料科学名人典 故与经典文献书籍的出版
16、，加上收集到的珍贵但不适合出 版的名人照片资料，构成了人物历史典故教学资源。与此同 时，收集到较多的岩石、矿物、宝石实物资源以及制备的透 射薄片样品，设计的多种实验指导书，成为另一个有特色的 教学资源包，弥补了前两种非实物形式实际训练不足的缺 憾。3结束语教学研究永无止境，专业课教师从事的科研虽与讲授课 程有十分密切的联系，但因材料种类的广泛性，在教学时仍 显得不足。教师也需要不断充电，在探索岩石、宝石等不太 熟悉的领域时，可获得各类材料共性的知识，支持教学，也 支持自己的科研。教师的一个重要作用是用简单的语言，通 过简单的研究内容，将共性、特色的知识有效地教给学生， 使学生在尽量短的时间内学会应用理论知识。在三年级学生 由接收基本知识向应用知识转型中，如
