思维导图在岩石学课程教学中应用
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［摘要］基于“岩石学”课程专业性强、知识点繁杂、各章节结合不紧密的特点，在课堂教学过程中，引入思维导图的教学方法。探讨了教学过程中如何从某一中心主题出发，分阶段构建课程知识网络体系，帮助学生掌握课程整体框架，厘清知识点之间的有机联系和逻辑关系，引导学生主动参与绘制，构建适合学生理解把握的思维导图。该教学方法对学生地质思维的培养、知识网络的构建、学习兴趣的激发、复习效率的提高，都发挥着重要的作用。
［关键词］矿物岩石；思维导图；教学方法
一、引言
“岩石学”课程是石油地质类院校教学体系中非常重要的专业基础课[1-3]，其作为地球科学的中心枢纽，与地质学相关学科存在密切的联系[2]。岩石按三大岩类划分为岩浆岩、沉积岩和变质岩，并开设相应的课程。不同的院校针对不同的专业方向开设不同的“岩石学”课程，教学环节包括基础理论学习、手标本鉴定和显微薄片观察、野外实习等，其是一门实践性很强的课程[4，5]。笔者所在院校“岩石学”系列课程包括“结晶学与矿物学”“岩浆岩岩石学”“变质岩岩石学”“沉积岩岩石学”“岩浆岩与变质岩”“岩石学”“矿物岩石鉴定”等系列课程的理论课和实践课，针对地质学、资源勘查工程、地质工程专业开设不同的课程体系。“岩石学”系列课程是我校本科生的专业基础必修课，该课程的核心目的是使学生掌握矿物岩石方面的基础知识和岩矿鉴定地质技能，培养基础扎实、专业面不断拓宽、具有较强创新能力的学生，从而更好地为基础地质及油气勘探服务。教学过程包括基础理论教学、实验实践教学和创新能力培养三个方面。通过基本理论学习，使学生熟悉三大类岩石的岩相学特征、分类命名原则与方法，通过实践教学，立足详细的野外及室内观察描述，掌握不同岩石类型手标本和薄片鉴定技能，能够通过岩石的颜色、结构构造、矿物组成、野外产状的研究，对各类岩石做出分类和命名。创新能力的培养从创新教育入手，优化教学内容，创新教学方法，切实把学生从“填鸭式”的被动学习中解放出来，让学生在快乐、自觉、探索中接受教育。通过参加各类创新创业训练项目、地质技能大赛、挑战杯竞赛等，加深学生对理论知识的理解和运用，将岩相学知识与实验研究和理论分析相结合，通过归纳和演绎对各类岩石的成因、形成演化及构造背景的分析，培养学生的地质思维，提高其分析问题和解决实际问题的综合能力。然而，“岩石学”系列课程理论知识繁多、实践操作性强，我校面向大二学生开设，学生在教学过程中多次反映该课程专业性强、涉及的知识点庞杂、各章节或课程之间的有机联系难以把握。另外，我校“岩石学”系列课程课时紧缩，要想在有限的时间内让学生把握知识体系，理解重点、难点，留出更多的时间投入实验及实践教学环节，采取有效的教学方法显得尤为重要。通过教学改革与尝试，笔者在“岩石学”课程教学过程中引入了思维导图的教学方法，其对于课程知识点的梳理、知识网络体系的构建，各个知识点的对比分析及相互关联都发挥着重要作用，脉络清晰，便于学生对课程整体框架的把握，厘清知识点之间的有机联系和逻辑关系，从而使得“岩石学”课程的教学更加高效，让学生能快速深入教学内容中，获得了良好的教学效果。本文主要谈谈思维导图在“岩浆岩岩石学”教学环节中的应用，以期为相关课程的教学提供借鉴。
二、思维导图概述
思维导图是表达发散性思维的有效图形工具[5-10]，其运用图文结合将思维形象化，通过一个中心主题不断向外扩展，形成若干个分支，每一个分支与中心主题通过一个节点链接，该节点又成为次一级主题，继而再向外扩展出若干个分支，把各级主题用相互关联的层级图表现出来，将传统的单向思维变成多向发散思维模式[11]。与思维导图配套的多款制作软件已经成熟运用，如MindManager、Xmind、FreeMind、MindMapper等[5-13]，其形象而高效地实现了发散思维的具体化和可视化，部分软件中不但可以插入图像、表格、PPT等，而且可以加入视频等多媒体超级链接，还可以将制作的思维导图以多种格式文件输出，内容组织灵活，并能充分发挥使用者的创造性[7，10]。思维导图软件是实现思维可视化的一种工具，绘制思维导图的过程，本身就是一个创造性的过程，绘制者要考虑如何设计主干、分支，将不易掌握的、碎片化的知识组合起来，以逻辑化、系统化的方式呈现出来[14]。要想在大脑中构建知识框架体系，使各分支建立关联才是关键。因此，建立有效的思维链接，把复杂零散的知识有序地组织起来，构建适合的知识网络体系，发现各个知识点间的内在联系，以思维导图形式表达，实现对中心主题的理解和逻辑解剖。
“岩浆岩岩石学”课程侧重于阐述岩浆岩的基本概念、物质组成、结构构造、分类命名、产状分布、形成演化、成矿关系等基本理论，通过理论和实践教学，培养学生矿物、岩石鉴定的基本技能，掌握分类命名的原则和方法，提高学生分析问题、解决问题的能力，为后续专业课程打好基础[1-5]。我校“岩浆岩岩石学”课程共40学时，其中理论教学28学时，实验教学12学时，思维导图在该课程教学中的应用，实现了对整个课程内容的梳理和把握，建立了高效学习知识体系。教学过程中，思维导图的绘制按不同层次分阶段进行。在课程初期，绪论讲解中，教师首先搭建一个可扩充知识的课程整体框架，起提纲挈领的作用，然后通过一系列设问埋下伏笔，引导学生思考，增强对该课程的学习兴趣。第二个阶段，在每个章节的讲解过程中，教师引导学生通过各级主题和分支把各章的复杂零散的知识有序地串接起来，在分支节点上填补需要扩充的知识点，构建一个分级的知识体系，实现对该阶段的所有知识的全景展示。用主题词及不同的颜色、线条链接来搭建知识架构，只需要花很少的时间画出思维导图，便能清晰明了地掌握知识体系，从而投入更多的时间积极思考。第三个阶段，相关章节讲完或整个课程结束，引导学生厘清各知识点的逻辑关系和内在联系，进一步对整个知识框架和分支体系进行梳理修改、归纳总结，建立自己的知识体系，沿着思维导图提供的发散思维进行扩展，进一步丰富自己对知识的理解。在制作过程中学生发现知识遗漏或难以理解的部分，可以通过查阅相关资料，弥补知识结构中的盲点，深刻理解知识体系的内在联系和逻辑关系，构建一个适合自己的知识架构，从而提高学习效率。在该阶段，每个学生可能会根据自己的知识背景和理解制作不同的思维导图，教师可以选取部分学生的思维导图进行展示分析，也可以把教师绘制的思维导图展示出来，便于学生对比和交流讨论，进一步完善修改适合学生理解把握的思维导图。这一阶段通过思维导图的梳理和补充实现了对整个课程的很好的回顾，并建立了整体知识框架和各个部分的有机联系，便于理解和记忆。根据“岩浆岩岩石学”课程内容，把岩浆岩作为中心主题，首先讲解岩浆岩的概念和基本类型。进一步引导学生了解岩浆岩的形成是通过岩浆这个重要的源，而岩浆的形成、演化及冷凝固结形成不同的矿物组合，从而解释岩浆岩系列多样性的原因。期间引出岩浆的概念、岩浆的起源及其物理化学性质、岩浆的结晶作用。通过一组火山喷发的照片、地壳深处岩浆的照片及“动力地球”“宇宙是怎样运行的”等相关科教视频，让学生感受到地下深处存在岩浆的地质事实，了解岩浆的起源。从岩浆到岩浆岩是通过岩浆的结晶作用建立联系，岩浆中各种离子和络阴离子团围绕结晶中心，按照一定的规则排列，并按照一定的结晶顺序结晶出各种晶体矿物，不同的矿物组合就形成不同的岩浆岩系列（这里可以先提一下鲍温反应原理，通过鲍温反应原理中矿物的结晶顺序与岩浆的结晶作用建立联系）。进一步讲解，根据生成环境将岩浆岩划分为侵入岩和喷出岩，简单概括侵入岩和喷出岩由于形成条件的不同表现为不同的结构构造特征。然后指出进一步的学习要求，需要了解岩浆岩的化学成分、矿物组成、结构与构造、分类与命名、产状分布等。从而由这些次一级的主题延伸出其他分支知识点进行进一步的阐述和讲解，建立各知识点的有机联系。通过岩浆岩思维导图基本框架图的建立（图1），先将最基本的总体知识框架展示给学生，然后每个次级主题根据分支体系，再构建单独的思维导图，以不同的编号表示，并标注在整体思维导图中（图2）。例如，讲到岩浆岩类型的多样性，就要引导学生认识岩浆的基本定义、岩浆的起源和演化、岩浆的组成、岩浆的分异和同化混染作用，从而理解岩浆岩多样性的原因。再如岩浆的结晶作用讲解，在定义阐述的同时，引出鲍温反应系列，通过不连续系列和连续系列矿物结晶顺序，使学生更好地理解岩浆的结晶作用是按一定的顺序进行的，进一步阐述鲍温反应系列的应用及意义。这一部分，根据不连续系列和连续系列在横向上的组合，与前面的知识点（根据岩浆中SiO2的含量划分岩浆类型）及后面的知识点（岩浆岩的化学成分、矿物成分、基本类型及主要矿物共生组合、代表性的侵入岩-喷出岩类型）进行关联，从而使学生从岩浆→岩浆的结晶作用→岩浆岩建立知识框架体系及内在联系。通过对比讲解侵入岩-喷出岩的矿物组成、结构构造，从而引出岩浆岩的结构、构造。同时强调，对于某一类型的岩浆岩对应的侵入岩和喷出岩，它们的主要矿物组成是相同的，不同点在于其结构构造，而岩浆岩结构构造特征受诸多因素影响，其内因是岩浆本身的性质和特点，其外因是岩浆结晶时的物理化学条件，尤其与岩浆岩冷却状态有一定的关系。通过这一部分的讲解，让学生理解侵入岩和喷出岩结构构造的差异，进一步建立结构构造次级主题的思维导图，并分析形成条件对结构构造的影响，对比不同环境下岩浆岩的结构构造差异。最后针对各类岩浆岩，阐述分类命名原则及方法。在此过程中，教师首先建立可扩充的主体知识框架，次一级的主题及分支体系采用引导式、启发式，让学生参与分支体系的建立，这一环节要安排好课前预习及让学生根据预习内容绘制初步思维导图，课中进行各知识点的讲解，课后进行归纳总结及思维导图补充完善工作，从而充分提高课堂效率，投入更多的时间积极思考、互动交流及实践应用。
四、结语
思维导图在“岩浆岩岩石学”教学中的应用，是对课程知识体系的全面展示。通过这一教学过程，改变了传统教学中的“填鸭式”的知识灌输方式，调动了学生的学习积极性和主动性，有利于学生全方位地把握知识体系，理解知识的内在联系。从中心出发，建立分支体系，使分散的、零碎的知识点得以系统整合，便于学生掌握课程整体框架，厘清知识点之间的有机联系和逻辑关系，对学生地质思维的培养、知识网络的构建、学习兴趣的激发、复习效率的提高，都发挥着重要的作用。该教学方法可促进学生积极思考和归纳总结，学生不仅锻炼了地质思维，掌握了高效的学习方法，而且有更多时间投入理论知识的实践应用中，基本技能和创新能力得到训练和提升。
作者:马艳萍 李政旭 李庆本 吴少波 单位:西安石油大学 地球科学与工程学院 陕西省油气成藏地质学重点实验室
