中图分类号：G424 文献标识码：A
Application of CrystalMaker Demo in Crystallography
and Mineralogy Teaching
YAN Pingke， GAO Yujuan， LU Zhiqiang， XUE Guoliang， ZHAO Yongshuai
（College of Mining Engineering， Liaoning Technical University， Fuxin， Liaoning 123000）
Abstract In order to understand the image and understanding of the molecular structure of crystals of different minerals thesis CrystalMaker Demo build crystal and molecular structure of the mineral， through vivid display of teaching， increase student lectures crystallography and mineralogy understanding and mastery， and inspire students interest in learning.
Key words CrystalMaker Demo； software； crystallography and mineralogy； teaching
0 前言
为了改变以往以教学过程中以教师为中心，以讲授为主的教学方法和模式， 积极探索对专业课程的新的授课模式和方法，让学生对课程产生浓厚的学习兴趣，达到“愿学、乐思”，最终激发学生的创造潜能，提高学生的创新能力。对于结晶学与矿物学课程的教学改革，已经有相关研究者进行了这方面的研究探索。①②③④⑤⑥⑦本文在相关研究的基础上，借助CrystalMaker Demo软件研究分析晶体结构及矿物的物化性质，激发学生的学习兴趣，从而达到提高教学效果的目的。
1 结晶学与矿物学课程的教学难点
（1）结晶学部分名词多，晶体结构复杂，理解困难。在结晶学与矿物学课程中，特别是在结晶学部分，涉及到了大量的名词，在晶体对称的学习过程中，需要掌握47种单形的特征、对称要素及其对称型。在教学过程中，需要学生借助不同晶体形态、对称规律的模型建立空间概念。在传统的教学过程中，通过试验模型演示晶体的对称型，不能清晰、直观地表示出不同晶体模型的对称要素的位置及其对称型，学生在短暂的授课时间内能够完全理解不同晶系晶体的特征尚且存在一定的困难。
（2）不同大类矿物结构迥异，同一大类矿物结构亦复杂多变。在学习过程中，特别是在矿物学部分学习时，不同的大类矿物具有不同的结构，如硫化物大类矿物晶格不是典型的离子晶格，其化学键由离子键向金属键和共价键过渡。绝大多数氧化物的晶体结构是阳离子做等大球体最紧密堆积（立方或六方），阳离子则位于阳离子形成的八面体或四面体空隙中。
在含氧盐大类矿物中，岛状硅酸盐亚类中的硅氧骨干为四面体和双四面体，层状硅酸盐晶体结构中的络阴离子为层状硅氧骨干。二者虽同属含氧盐大类，但其亚类结构仍旧差异很大，在学习过程中，仅通过讲授的方式很难掌握不同矿物结构的区别。
2 CrystalMaker Demo软件自身的特点
CrystalMaker Demo是一个功能全面的科学程序，界面友好，操作简单。便捷、灵活的CrystalMaker 能够容易地载入结构数据并产生相片型的图形，戴上红/蓝眼镜，还可以感受立体三维画面，亲临分子结构当中。建立的模型能够通过设置，显示个别原子，键和多个侧面。全面的互动 CrystalMaker 包括实时操作和编辑、设计新结构的能力，同时，CrystalMaker可以显示超大的结构，直到20亿个原子、键和晶体侧面自动计算，可选择输出键长以及误差传递，而且可以直接观察团簇表面，是非常理想的科研和教学的辅助软件。
1a架状晶体结构（金刚石） 1b 层状晶体结构（石墨）
图1 晶体结构图
3 CrystalMaker Demo软件在结晶学与矿物学教学课件中的应用
3.1 CrystalMaker Demo在晶体结构分析中的应用
在教学过程中，借助CrystalMaker Demo晶体软件，可以形象生动地演示不同晶体的晶体结构，如金刚石和石墨晶体结构。金刚石晶体属于等轴晶系，每个碳原子与相邻四个碳原子以共价键相联结，形成牢固的架状结构。石墨晶体属于六方晶系，碳原子呈层状排列，决定了石墨的片状形态，而层内每个碳原子则以共价键相连接。通过晶体结构的比较，可以形象、直观地掌握不同晶体结构的特征。
3.2 CrystalMaker Demo在矿物大类比较中的应用
CrystalMaker Demo软件可以形象地展现不同矿物的内部结构特征，如绿柱石的环状结构和。在绿柱石晶体结构中，六方晶系结构中的络阴离子[Si6O18]12-环沿着C轴相叠形成巨大的管道，阳离子位于管道间把各络阴离子联结成牢固的晶格（图2a）。在白云母的层状结构中，结构单元层由两个硅氧四面体片夹一层阳离子组成，其结构单元层包括两个四面体片和一个八面体片（图2b）。通过晶体结构的演示，增加学生对晶体结构的理解，激发其对晶体结构探知的兴趣。
2a 环状结构（绿柱石） 2b 层状结构（白云母）
图2 含氧盐不同亚类矿物结构
4 CrystalMaker Demo在对教学效果的作用
4.1 寓静止于动画，达到趣味教学目的
CrystalMaker Demo软件可以实现晶体结构在三维空间的旋转播放，能够将原本静止的晶体结构转变为神奇的flash动画效果，能够从不同的角度去观察晶体，从而了解不同晶体晶面的特点。通过在教学过程中使用CrystalMaker Demo软件的晶体旋转播放，增加学生对晶体结构的认识，同时启发学生学习的积极性。达到趣味教学的目的。在授课过程中，采用课件授课，改变传统意义上的“一根粉笔、一块黑板”的授课模式，利用色彩及灵活的晶体及矿物结构的展示形式，让原本枯燥的授课内容变得活泼有趣。寓平淡的授课内容于神奇的色彩，从而提高学生的学习热情。
4.2 化抽象于具体，提高学生理解能力
由于结晶学与矿物学课程中，晶体及矿物种类繁多，晶体结构亦各不相同。同时，由于对晶体结构的理解，需要极强的空间想象能力。如果仅凭借传统的教学授课模式，是很难让学生理解这些结构之间的差异的。通过CrystalMaker Demo软件展示不同晶体结构，并对比较相似的晶体结构进行比对，掌握各自的结构特点。借助动画旋转，获取晶体不同晶面、不同空间方向的结构特征，在授课中实现化抽象于具体，从而形象生动地讲授知识要点，并提高学生对该内容的理解能力。 (责任编辑：南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）
