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智能时代矿物岩石学课程教学模式改革与创新
何小芳
（中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京100083）
[摘要]：地质学类专业课程具有知识点多、实践性强的特点。但近两年的新冠疫情给教学工作带来了巨大的影响，也为实践教学模式的改革带来了新的契机。本研究以《岩矿分析与鉴定》课程为例，通过思政融入课堂、虚拟仿真实验平台、科教融合教学等多种教学创新实践的有机结合，创建了一个互动式实践教学平台，提供了以学生为中心的线上、线下混合式教学体验，取得了良好的教学效果,有效提升了学生地质专业综合技能和创新能力。
[关键词]：虚拟仿真；实践教学；矿物岩石学；岩矿分析与鉴定
[基金项目]：2021年度中国矿业大学（北京）本科教育教学改革与研究项目—《岩矿分析与鉴定》课程建设（J210210）资助。
[作者简介]何小芳（1992-），女，四川南充人，博士，中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院讲师，研究方向：岩石学、前寒武纪地质学
[中图分类号]G642.0[文献标识码]A
实践教学对提升学生综合专业素质、培养科学思维和分析、解决问题的能力十分重要，因此在以往的矿物学、岩石学教学过程中也一直占据较大比重[4]。然而，随着社会经济发展的进步，国家逐步提出通用型人才培养需求，要求基础扎实、知识面宽、能力强、素质高、具有创新精神和创新能力的社会主义建设者和接班人[5]，部分通识课程的学时增加，部分专业课的学时则受到了一定压缩，给专业教育带来了一定的挑战。在这样的前提下，为保证教学质量，对矿物岩石学类课程教学进行创新性改革，尤其是对实践教学部分进行调整和优化就显得十分必要。
本校《岩矿分析与鉴定》课程针对大三学生开设，具有很强的实用性，其关键技能可用于多个领域。课程目标旨在帮助学生深化理论课程内容，加强鉴定矿物岩石的实践操作技巧。使学生通过学习具有一定的综合研究和独立解决问题的能力，有助于学生在地质类学科竞赛中取得好成绩，并为进一步学习和研究打下基础。
从教学对象来看，本课程学生群体有以下几个突出特点：
1.有一定的专业理论基础，但专业技能有待进一步提升。本科三年级的学生已经系统学习了矿物学、岩石学等基础专业课程，在此基础上开展岩矿分析与鉴定课程，有助于学生巩固前期理论知识体系，并加以实践运用。
从教学内容和考核方式来看，本课程教学存在以下几个挑战：
1.实验教学过于传统。目前实验教学形式仍然是以实验室成套标本为主，这些标本大多产地不明、地质背景不清楚，且手标本与薄片标本缺乏对应关系。学生仅限于学习显微镜下矿物岩石类型、结构的初步鉴定，难以将宏观地质体特征练习起来，更无法对岩石成因展开综合分析。
2.教学和实际科研生产工作结合不紧密。学生的认识仅限于实验室现存标本，而实际的岩石类型则复杂得多，很难将所学技能与实际科研生产工作结合起来。另一方面，在传统实践教学过程中偏重对岩石组合、结构构造的鉴定，缺乏在宏观上对岩石成因机制和地质背景进行综合分析，学生的科学素养和综合分析能力未得到有效锻炼。
基于上述学情分析，本课程自授课以来，改变传统的学生学习、教师讲授的教学模式，从多个方面进行了教学改革和创新的探索和实践，主要体现在以下几个方面：
1.思政融入课堂，提高学生学习积极性
2.利用虚拟仿真实验教学平台，突破教学时空限制
因此，本课程建立在传统的实验教学基础之上，设计虚拟仿真实验教学模块。1）结合国内现有数字化平台，如国家岩矿化石标本资源共享平台等，有中国及部分国外典型矿物、岩石、矿石标本数字资源，学生可分类进行可视化查询，对一些精美的典型矿物岩石展品进行互动操作，显著地提高学生的学习主观能动性。2）充分利用国外已有的矿物岩石学实验平台，如麦考瑞大学开发的虚拟岩石显微镜VirtualPetrographicMicroscope软件[10]和英国地质协会研发的VirtualMicroscope在线互动岩石平台等[11]。这些虚拟岩石实验平台集合了全球经典样品数据库，学生可以离线安装虚拟显微镜、下载岩石样品数据，也可以在线进行手标本3D扫描、偏光显微镜互动观察等，不受实验室条件、样品类型限制，真正做到了随时随地学习，极大的拓宽了学生的学习广度和深度。同时，这些互动实验平台可扩展第三方的虚拟实验课程资源或自建课程资源，为各类院校建立自己的科普实验基地提供了良好的平台。
虚拟仿真实验教学模块注重学习任务的高阶性和创新性，重在提高学生的综合问题分析能力。要求查阅资料，对岩石成因进行综合分析，保证学生不仅能进一步熟悉矿物岩石学的理论知识，也练习了在传统实验室教学中掌握的基础鉴定技巧，真正做到了“虚实结合”，让学生主导学习过程。
3.突破传统教学标本局限，科教融合教学
另一方面，任课教师通过在岩矿分析与鉴定课程教学过程中引入自身和同行的科研成果，把抽象的知识点转化为具体的科研案例进行解释和说明，将枯燥的岩相学描述和动态的地质过程结合起来，有利于让学生建立繁杂的矿物岩石学知识之间的内在联系。既保证了教学质量，也促进了精品课程建设[12]。
本课程结合矿物岩石学课程知识点多、实践性强以及当代学生依赖网络的特点，以培养专业人才为宗旨，在把握基础性教学的基础上，紧密结合我国对地质类专业高级人才的实际需求，应用现代化的教学手段进行课程内容的讲解。一方面将思政元素引入课堂，极大地激发了学生学习的积极性和自主性。另一方面，充分利用国内外虚拟仿真实验教学平台，学生线上自主学习与线下面授有机结合开展混合式教学，打破学习时空、标本类型的限制，使学生的学习不仅仅局限于“课上”，有效提高教学质量，并为学生创建了一个可视化岩石矿物数据资源综合平台，为逐步建成专业教学、科研及科普基地打下了良好的基础，体现了课程教学的“高阶性”。在保证理论和实践教学内容基础性的前提下，通过不断融入新内容，包括一些前沿性的科研成果，使学生将理论知识与实际地质问题联系起来，提高了学生分析和解决实际问题的能力，提高了学生的科学素养，体现了课程教学的“创新性”。
经过近两年的实践，科教融合的模式显著地激发了学生对岩石成因的兴趣，巩固了学生的岩矿鉴定技能，并将教学成果推向了综合应用的高度。从教学反馈来看，学生对实验教学的延申和虚拟仿真实验平台的应用给予了积极评价。多项涉及矿物岩石学的创新创业训练受到了资助。在最近一届全国大学生地质技能竞赛选拔中，也获得了更好的成绩。这也充分显示了良好的教学效果。
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Researchandpracticeonmineralogyandpetrologyteachinginnovationindigitalage
Xiao-FangHe
(DepartmentofGeoscienceandSurveyEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing100083,China)
Abstract:Geologycurriculumischaracterizedwithenrichedknowledgepointsandpracticalteaching.TheCOVID-19pandemicinthepasttwoyearshasbroughtagreatimpactonteaching,andalsobroughtnewopportunitiesforthereformandpracticeonpracticalteaching.Takingthecourseof"AnalysisandIdentificationofRocksandMinerals"asanexample,thisstudydiscussesmulti-direction/-anglereformandinnovationinmineralandpetrologyteaching.Byintegratingmultipleteachingmethodsintothelecture,includingincorporationofideologicalelements,utilizationofvirtualmicroscopeplatformandintroductionofrelatedscientificresearch,aninteractivepracticeteachingplatformiscreated.Itprovidesastudent-centeredlearningmodelandanonline,offlinehybridteachingexperience,withabetterteachingeffectachieved.Ithelpsimprovethestudents'comprehensivegeologicalskillsandinnovationability.
Keywords:Virtualsimulation;Practicalteaching;MineralogyandPetrology;Researchandeducationintegration;AnalysisandIdentificationofRocksandMinerals
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