一、引言
晶体学是化学、材料学、地质学等领域中一门古老而重要的基础课程，旨在研究结晶物质的晶体结构和晶体物理化学性质。传统的晶体学教学主要依靠教师课堂讲授和课后学生实验，但这种方式存在着时间和空间限制，难以满足学生的多样化学习需求。随着计算机性能的提升和软件技术的发展，计算机辅助教学的出现为晶体学课程的教学提供了新的可能性。本文将探讨计算机辅助教学在晶体学课程教学中的应用，以提高教学质量和效果。
二、晶体学课程的特点
晶体学课程具有一定的复杂性和抽象性，涉及到晶体的形成和生长、结构、对称性等多个方面的内容，需要学生掌握大量的概念和基础理论知识；而微观的晶体结构是通过晶体学符号、晶胞和晶格等概念进行描述的，对于学生来说，这些抽象的概念和符号可能较为难以理解和应用。同时，这门课程要求学生需要具备较强的观察力、分析能力和实验技能。并且，晶体学是一门理论与实践相结合的学科，理论知识需要通过实验演示和实际应用来加深理解。学生需要将理论知识与实际操作相结合，才能真正掌握晶体学的内容。传统的教学方式难以满足学生的学习需求，教学质量存在难以提高的瓶颈，而计算机辅助教学则可以通过模拟实验、可视化教学工具和互动学习平台等方式来帮助学生更好地理解晶体学原理和现象。
三、计算机辅助教学的优势
1. 计算机辅助教学可提供可视化的教学工具。计算机辅助教学可以通过可视化教学工具配合众多晶体结构数据库展示晶体的微观结构、晶形与晶面、晶体生长过程等抽象概念，帮助学生更好地理解和记忆[1-2]。
2. 计算机辅助教学可提供模拟实验条件。计算机辅助教学可以提供丰富的模拟实验条件，让学生在模拟软件中进行实践操作，提高他们对晶体学现象的理解[3]。
3. 计算机辅助教学可提供互动学习平台。计算机辅助教学可以提供互动学习平台，学生可以在平台上进行交流和合作学习，增强学习的互动性和趣味性。
4. 计算机辅助教学可实现学生的自主学习和个性化教学。计算机辅助教学可以根据学生的不同需求和学习进度，提供个性化的学习内容和学习路径，激发学生的学习兴趣和主动性。
四、计算机辅助教学在晶体学课程中的应用案例
1.可视化晶体结构展示
利用计算机软件或应用程序，将晶体结构以三维模型的形式呈现给学生，帮助他们更好地理解晶体的空间排列和晶格结构。例如，图1展示了利用开源三维可视化软件VESTA展示的金红石（TiO2）晶体结构的球棍模型和多面体模型，非常便于理解学生理解金红石型晶体的微观结构。
图1 金红石晶体结构的球棍模型（a）和多面体模型（b）
2.模拟晶体缺陷形成
通过计算机模拟晶体缺陷的形成，学生可以直观观察和探索三维空间中的不同晶体缺陷类型，加深对晶体缺陷的理解。例如，图2展示了VESTA软件模拟构建的磁铁矿晶体的八面体Fe空位和四面体Fe空位模型。
图2 具有八面体铁空位和四面体铁空位的磁铁矿晶体结构模型
3.交互式学习平台
建立一个在线学习平台，学生可以在平台上进行晶体学知识的学习和练习。教师在平台上提供学习资料、习题和实践任务，学生可以通过互动方式进行学习、提问和讨论，教师也可参与其中。国内已经具有很多成熟的商业平台可以实现这一需求，例如超星公司开发的学习通软件。
五、计算机辅助教学在晶体学课程中的应用前景
计算机辅助教学在晶体学课程中的应用具有广阔的前景。随着技术的不断发展，计算机图形学、虚拟现实和增强现实等技术将为晶体学教学提供更多可能性。未来可以开发更加逼真的虚拟实验室和模拟工具，让学生能够更加真实地参与到晶体学学习和研究中。同时，个性化学习和自适应教学的发展也将使得计算机辅助教学更加符合学生的学习需求，提高学习效果和学习体验。
六、结论
计算机辅助教学为晶体学课程的提质增效提供了有效的途径。通过可视化教学工具、模拟实验和互动学习平台等方式，学生可以更好地理解晶体学原理和现象，提高他们的观察力、分析能力和实验技能。未来，随着技术的不断发展，计算机辅助教学在晶体学教学中的应用将会越来越广泛，为学生提供更加丰富、灵活和个性化的学习体验。
致谢：感谢北京高等教育“本科教学改革创新项目”（124），北京市高等教学学会项目（MS2022162），北京高校优质本科课程（2023-21）资助。
参考文献：
[1]陈瀛,宫斯宁,芦露华,等.VESTA三维显示软件在结构化学晶体结构教学中的应用研究[J].当代化工研究, 2021(18):130-132.
[2]方明.VESTA软件在材料化学类相关专业教学中的应用探讨[J].广东化工, 2022, 49(13):199-201.
[3]潘睿.Material Studio 7.0分子模拟软件在结构化学晶体结构教学中的应用[J].化学教育（中英文）, 2018, 39(12):73-77.