摘要：引入翻转课堂的教学模式，根据“矿物岩石学”实验课程的特点，充分利用实验室条件及学校周边的自然条件，对课程进行了以下6个方面的改革和实践：（1）理论与实验课程分离；（2）组建结构合理的教学梯队；（3）实现显微数码互动和实验室全天候开放；（4）建立以学生为主体的翻转课堂；（5）引入延伸教学模式；（6）明确合理的考核评价体系。通过上述的改革与实践，“矿物岩石学”系列课程升级为省级和国家级的精品课程，同时也激发了学生的学习热情和创新意识，多次在全国性的技能大赛中获奖。

关键词：翻转课堂；矿物岩石学；实验课程改革；实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）08-0102-04

翻转课堂，亦称反转课堂[1]，是把知识传授和知识内化的发生地点调换，让学生先在课前自习，自主选择学习内容、安排学习进度[2]，而课上教师负责答疑解惑，帮助学生完成知识内化[3]，从而培养学生的独立思考和实践能力，增强创新意识[4]。该教学方法起源于美国科罗拉多州落基山的“林地公园”高中，2007年该校的两位化学教师（Jon Bergmann和Aaron Sams）为了帮助缺席学生补课，将上课的视频上传到网络，让学生在家看教学视频，在课堂上完成作业，结果却广受学生欢迎，于是推广开来[5，6]。目前翻转课堂已进入第三阶段——推广阶段，其线下课堂主要由指导答疑、拓展练习和师生互动三部分组成[7]。“矿物岩石学”实验是一门非常重要的系列专业基础课程，具有很强的实践性，需要学生投入大量的时间来验证和应用，鉴于此，中国石油大学（华东）矿物岩石课程组引入翻转课堂教学模式，从课程设置、团队建设、软硬件投入、教学方法等几个方面进行了改革和实践，以达到拓展学生创新思维，提高实验教学效率和效果[8]的目的。

一、理论与实验课程分离，内容衔接

“矿物岩石学”是理论性与实践性很强的系列专业基础课[9]，实践性强是其区别于其他课程的突出特点，由于这些课程理论课学时有限，并且课程理论体系和实践体系之间的教学模式和内容差异较大，加上理论课学时不足，因此很难做到理论和实验教学内容的完全兼顾与融合，不利于教学计划的实施与教学成效的提高。因此，对中国石油大学（华东）“矿物岩石学”课程体系进行了实验课单独成课的改革，该成果在当前高等院校通识教育学分普遍提高、专业课程学分逐渐降低的情况下，为专业课在有限的学分里争取了更多的学时。改革后理论课和实验课的学分、学时分配原则分别为16学时每学分和24学时每学分，在学分保持不变的情况下，达到了突出实验教学并增加“矿物岩石学”专业课程学时的目的（表1）。以结晶学与矿物学为例，原为3.5学分，56学时（实验部分32学时），分解为结晶学与矿物学（1.5学分，24学时）和结晶学与矿物学实验（1.5学分，36学时）后，虽然总学分减少了0.5学分，但是总学时却增加了4学时，全部增加到了实验教学上。改革后，中国石油大学（华东）地质学“矿物岩石学”课程总学时增加了10学时，资源勘查工程专业增加了20学时，且全部增加到实验课中，实践教学学时显著增加[10]，彻底改变了一个岩类的实验教学仅有7-8次实验课的现状[11]。实验课与理论课的开课时间为同一学期，一般比理论课延后三周开始，这样既兼顾了与理论知识的良好衔接，又不至于间隔时间过长，使学生对实验内容产生生疏感。实践证实该教学模式对于“矿物岩石学”实验教学效果有明显的提升。

二、团队结构合理，相互促进

翻转课堂要求改变传统的一个教师一台“独角戏”的课堂讲授模式，追求课程实施和课堂指导的团队化。教师团队通过合作开展课程研发设计和建设，以团队形式进行课前学情研究、学习任务设计、学生在线学习中的问题梳理、课堂答疑以及个性化学习策略设计，教师团队共同进入课堂开展指导和答疑[7]。“矿物岩石学”课程组由2名教授、3名副教授、3名讲师和1名实验员组成，团队结构合理，内部分工明确：教授负责明确课程教学的方向和目标；副教授负责设计课程教学的实施方案，确定课程的重点和难点，并指导新手讲师的专业发展；实验员负责实验仪器和标本的维护及升级。在课程进行过程中，副教授协助教授完善课程教学体系，编写适应专业发展及社会需求的教学大纲，确定具体实验设计方案，指导和解答学生在线学习的问题等；新手讲师协助副教授和教授搜集、整理各种教学资源，在线互动并适时了解学习进度，统计、整理学生的在线学习问题，并更新试题库，随堂听课并完成个性化学习的需求调查；实验员协助所有上课教师准备实验仪器和教学模型及标本。

三、实现显微数码互动，实验室全天候开放

传统的岩石学显微镜实验教学中，师生交流往往由于设备的局限而存在障碍，老师在课堂上除必要的讲解之外，其余有限时间多行走于学生之中进行指导，教师无法看到学生的镜下图像，需逐一到学生的显微镜下进行观察、调试，该过程耗时且效率低下。对学生而言，整堂实验课都在独自进行镜下观察，无法对镜下图像进行共享，遇到问题无法及时得到老师的指导，学习质量低下。此外，传统的光学显微镜由于不能進行图像的远距离传输和存储，一些典型的镜下图像或好的实验材料只能局限于某一次实验课中，无法即时保存与传输，日后的实验教学不能利用，教学资源无法共享[12]。针对上述问题，对现有的显微镜进行了升级换代，引进了30台蔡司偏光显微镜，该显微镜配备一台具有图像采集和编辑功能的iPad，可以和显微镜互连，并连入局域网，通过局域网可以实现教师与学生、学生与学生之间的实时互动。教师通过联网的iPad可以实时监测每名学生的镜下观察情况，学生之间也可以实时共享镜下图像（图1），真正实现了教师在讲台上解答每名学生的镜下问题，并将经典图像共享给学生的愿望，既解决了教学效率低下的问题，又激发了学生的学习兴趣。

A镜下图像的实时传输；B学生镜下图像的实时监测（A中iPad中的图像）；C经典图像的实时共享（B中P2号的图像）

除了显微数码互动之外，为了最大限度地保证学生的自主观察时间，对岩石学实验室还实行了门禁卡制度，学生使用已经授权的校园卡，可以全天24小时进出实验室。这样对于应用能力差想补习的同学以及学有余力想进行课外观察的同学提供了便利条件，学生在自主观察的同时，对于难点和疑问点还可以进行图像采集和传输，方便后续与同学和老师的交流和讨论。

四、建立以学生为主体的翻转课堂

“矿物岩石学”实验的课堂翻转与通行的“线上看视频，完成任务；线下交流、答疑，完成作业”的翻转课堂还是有区别的，“矿物岩石学”实验的课堂翻转是把更多的时间交给学生，使学生能够自主、合理地安排时间进行学习，教师的责任是帮助学生解决学习中存在的问题并引导学生去运用知识，其课程运行模式为“课前预习—课上交流、互动及答疑—课上及课后完成实验报告”。“矿物岩石学”实验的课前预习是教师通过“石大云课堂”实现的，实验课开始前任课教师在课程组的帮助下，将相关教学资源（包括教学大纲、教案、教学视频、思考题等）上传到云课堂，供学生课前预习使用；学生凭学号和密码可以随时登录该系统，进行相关资源的查阅和学习，系统会自动记录该学生的在线时间及学习内容。由于“矿物岩石学”课程是理论与实验分开授课的，在实验课程开始之前，学生对于相关的理论已经有了一定的了解和认识，这对于学生的课前预习无疑提供了很大的帮助。在随后100分钟的课上学习阶段，教师利用10分钟以内的时间对上次的实验鉴定报告进行点评、并将本次课程的内容和任务布置给学生，剩余时间让学生根据预习情况自主进行手标本和镜下的观察，教师通过“显微数码互动系统”监测学生的镜下观察情况，并针对学生提出的问题，进行互动和答疑。知识点掌握得好的同学可以在课上完成相关矿物岩石的实验鉴定报告，掌握得较差的同学利用课上提问和讨论深化对知识点的认识，利用课上剩余时间和课后自由时间完成实验鉴定报告。以资源勘查工程专业的“矿物岩石学”实验为例，其实验报告可以分为手标本鉴定、镜下薄片鉴定和镜下素描三部分。手标本鉴定通过小刀、放大镜和盐酸等工具和手段，对岩石的颜色、成分、结构和构造进行观察，给出简单的定名，观察鉴定时间一般在20-30分钟；镜下薄片鉴定是借助偏光显微镜对岩石的成分、结构、构造、结晶顺序、次生变化等进行详细观察，并给出详细的定名，观察鉴定时间一般在40分钟以上；镜下素描是根据岩石的成分、含量，并结合镜下典型的结构、构造，选择合适的比例尺进行临摹，这部分既考察学生观察鉴定的水平，又考察学生素描的功底，完成时间在20-30分钟左右。如果按以往要求学生必须课上提交报告的话，部分学生完成不了或者完成不好实验鉴定报告，实行门禁卡制度之后，学生根据自己的课余时间安排，更好地完成了报告。

五、引入延伸教学模式

培养学生的实践能力和创新意识是实验教学改革的重要目标。矿物岩石在自然界比比皆是，与人类生活息息相关。针对这一特点，把实验室课堂拓展到校园内外及大自然这个更广阔的课堂，可以进一步强化岩矿鉴定技能，引导学生从验证性学习延伸到探索性学习。让学生从第二、第三课堂中汲取灵感，培养兴趣，激发动力，培养他们的动手能力、创新意识和科研能力[13]。课程组在完成实验室内矿物岩石学教学的基础上，积极拓展实验教学的第二课堂，将课堂教学扩展到了课外及野外，从室内的验证性实验延伸到校园内外的探索性学习。此过程中，教师提前进行校内外及野外备课，充分利用校园内外的石材以及周边的自然条件，设计相关创新性的课题，如“我身边的矿物岩石学”“校园内外石材考察”“小珠山野外考察及花岗岩种属”“黄岛海岸基岩特征”“青岛地区花岗岩的分布”“灵山岛沉积构造”等供学生自主选择的野外考察选题。学生采用课堂讨论、课前发言或撰写考察报告等形式将考察研究结果进行交流，教师进行相应的指导和批改，并将该成果计入课程的最终考核成绩。教师针对学生在第二课堂中发现的问题，有目的的开放实验室，将教师的科研手标本和薄片提供给部分有兴趣、有能力的同学，并鼓励同学们申报大学生创新基金，参加大学生科技活动及各层面的岩矿鉴定技能大赛等，借此激发学生的科研兴趣，引導学生进入教师科研的第三课堂。“矿物岩石学”的延伸教学新模式既开阔了学生的视野，锻炼了学生认识、鉴定矿物的能力，又激发了学生的兴趣，培养了其主观能动性、创新性和实践应用的能力，并在一定程度上拓宽了实验教学空间，弥补了实验教学资源的不足[14]。

六、明确合理的考核评价体系

传统“一考定成绩”的考核方式使师生的注意力集中在分数结果上，忽略了对学生的分析、归纳和总结能力的培养，已经不能满足目前对学生考查的要求。在新的课程体系下，虽然理论教学与实验课程单独成课，但两门课程的教学过程仍然紧密联系，本着“课程分离，考试不分离”的原则，在实验考核过程中兼顾了理论知识的穿插，在理论课程考试中涉及了实验教学的知识点，最终确定了“方式多样、内容灵活、成绩复合”的考核思想。“矿物岩石学”实验课的考试方式包括课内考核、课外考核以及延伸考核三部分。以地质学核心课程《岩浆岩与变质岩实验》为例：①课内考核成绩所占比例约为70%，主要包括学生平时课上互动情况、平时实验报告的撰写情况以及期末阶段学生鉴定未知矿物岩石的能力，这三部分所占课内考核的比例分别为10%、30%和60%，期末考核时每位同学都应该对一个未知岩石手标本和一个岩石薄片进行系统鉴定、书写鉴定报告。②课外考核以团队形式进行，成绩所占比例约为30%，凭借中国石油大学（华东）校内及周边地区的天然优势，在教师指导下，学生自选观察点（相关选题见第5部分），进行详细观察、描述、查阅资料，采用课堂讨论或者报告形式进行汇报，计入课外考核成绩。③延伸考核以附加成绩的形式体现，占总成绩的比例最高为10%左右，主要是针对某些学习兴趣较高的学生，结合相关教师的科研项目或者大学生创新创业计划项目进行科学研究工作，针对其研究思想及效果给予成绩，培养具有一定科研潜力的学生。

通过上述“矿物岩石学”实验课程的改革与实践，极大地激发了学生的学习热情，培养了学生的动手能力和创新意识。学生多次在全国性的技能大赛中获奖，2011年首届青岛市高校地质技能竞赛中，我校学生获得了岩矿鉴定技能和综合地质技能一等奖；2014年第三届全国大学生地质技能大赛中，我校学生获得“地质标本鉴定”一等奖和三等奖各1项；2016年第四届全国大学生地质技能大赛中，我校学生同样获得“地质标本鉴定”一等奖和三等奖各1项。在培养创新型人才的同时，课程组在课程建设上也实现了突破，2007年“矿物岩石学”课程获评山东省精品课程，2013年董春梅教授主讲的“矿物岩石世界之窗”获评国家精品开放课程。

参考文献：

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