基于OBE教育理念的吸附實驗課程教學設計*

楊仲禹，陳 潔，關亞楠，段二紅，姚明帆

(河北科技大學環(huán)境科學與工程學院，河北 石家莊 050018)

以氣體形式存在于空氣中的揮發(fā)性有機化合物(VOCs)來源廣泛，具有毒性、致癌性和惡臭，是光化學煙霧主要誘因，促進溫室效應，破壞臭氧層。由于VOCs污染日趨嚴重，其控制排放標準日益嚴格，我國相繼制定了一系列法規(guī)和相關控制技術以消減 VOCs 的排放量。其中，吸附法由于操作簡便、適應性強、效率高、無二次污染、吸附劑可再生等優(yōu)點被廣泛應用于VOCs管控。利用具有較大比表面積的多孔材料作為吸附劑(活性炭(纖維)、飛灰、分子篩、沸石、活性氧化鋁和硅膠等)，依靠化學鍵力(物理作用)或分子間作用力(化學吸附)將污染物分子吸附到固體表面，進而實現(xiàn)從氣相中的分離，所以基于該治理方法的吸附實驗課程的推廣對環(huán)境的改善具有深遠意義。傳統(tǒng)吸附實驗課程教學的難點在于同時包含理論知識和操作技能等多領域的綜合學習，主要涉及基本概念的學習、重要公式的推導、大型吸附裝置的操作、實驗數(shù)據(jù)匯總、圖譜繪制、吸附模型得計算與分析(吸附動力學、吸附熱力學及吸附等溫線)等。在整個學習過程中學生容易陷入重理論輕操作或重操作輕理論、思維固守分割學習的困境，不能有效的將理論與實踐相結(jié)合，削弱了學生學習的積極性，難以培養(yǎng)其獨立發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。在時代發(fā)展的背景下，教育模式的主要發(fā)展方向是創(chuàng)新，即創(chuàng)新人才培養(yǎng)方式。信息技術的進步為教育模式的創(chuàng)新提出了進一步的要求，大學教育中傳統(tǒng)的教學模式已經(jīng)不能滿足教育發(fā)展的需求，傳統(tǒng)方式難以調(diào)動學生的主觀能動性。為完善高校學風建設機制，提升學風建設水平，提倡引入OBE教育理念，即成果導向教育。OBE教育理念是以社會、行業(yè)需要為目標，遵循反向設計的原則的一種教育方式[1]。本文中我們需要進一步理解OBE教育理念，深化教育改革，將成果導向教育切實的應用于吸附原理課程學習中，嘗試基于OBE理念開展在智慧課堂下針對于吸附原理實驗課程內(nèi)容的教學設計進行探索。

1 吸附原理教學要求的確定

1.1 實驗教學目標

(1)掌握吸附實驗相關儀器使用方法，理解吸附原理和參量含義，能夠獨立完成相關計算。(2)學生通過自主實踐和團隊討論掌握吸附過程基本原理，培養(yǎng)自身從實際出發(fā)探索新知的意識。

1.2 實驗教學過程與方法

(1)系統(tǒng)講解吸附與再生，吸附材料改性，及吸附技術工程應用等相關內(nèi)容；(2)學生借助軟件平臺，通過短視頻或者虛擬仿真了解吸附、脫附的原理及過程；(3)以小組為單位獨立進行實驗操作與數(shù)據(jù)分析，提高學生實踐能力和邏輯思維能力。

2 學情分析及教學預測

2.1 學情分析

課堂授課對象為應用背景較強的工程類專業(yè)學生，學生應具有較為扎實的物理化學基礎知識，對吸附原理具備了初步的認識，具有一定的動手實踐能力、邏輯思維能力以及團隊合作能力。學生通過線上線下學習，虛擬實驗平臺和真實實驗室儀器設備的操作，相關文獻的多途徑查詢，小組間積極討論，理論學習和實踐操作兩手抓，促進學生主觀能動性，著重學生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。

2.2 教學預測

(1)熟悉吸附實驗相關儀器使用方法，系統(tǒng)掌握吸附實驗的基本流程，鍛煉學生實際操作的能力；(2)提高學生對理論知識的學習，了解相關模型的計算及獲取參數(shù)的分析。(3)培養(yǎng)學生解決復雜吸附工程問題的綜合能力。

3 實驗教學方法

3.1 教學策略選擇

采用智慧課堂支持下的“BOPPPS”教學模式進行課堂教學展示。智慧課堂作為以自主學習、合作學習為基礎，以提高學生學習能力為目的，借助信息技術與智慧教學平臺構(gòu)建的數(shù)字信息化課堂教學環(huán)境[2]，能夠為學生提供多樣智能化的服務，增進師生間的互動和協(xié)作交流，使“教”與“學”相互融合，讓學生能夠高質(zhì)量地完成學習目標，如表1所示。

表1 智慧課堂與傳統(tǒng)課堂的比較

3.2 教學環(huán)節(jié)剖析

(1)課前階段——以學情分析為核心(課前預習，任務定向)

課前教師通過在學習軟件發(fā)放網(wǎng)絡教學視頻或自制短視頻，提前向?qū)W生下達學習內(nèi)容指標，如了解吸附原理、查找常見吸附劑、推導和運用相關數(shù)學模型等內(nèi)容，如圖1所示。幫助學生初步了解和認識與吸附相關的科學理論。在該環(huán)節(jié)設有平時預習任務成績，通過定向具體學習內(nèi)容及目標，激發(fā)學生學習動力。

圖1 吸附實驗課程操作流程圖

(2)課上階段——以交流互動為關鍵(交流討論，探索新知)

左半部分為多媒體(PPT)展示，右半部分為重點知識標注(手寫)板書，將教學內(nèi)容的標題有邏輯性的在黑板上呈現(xiàn)，提問吸附裝置運作原理，引出本次課程的主題。將具體的吸附環(huán)境條件比如壓力、溫度、pH值、濕度、和載氣極性等影響吸附性能的因素采用表格、思維導圖或者流程圖形式將具體的內(nèi)容表示出來，加以動畫、短視頻的形式輔助學生深入學習[3]，同時理解與吸附等溫線相關的基本概念；教師發(fā)布實驗任務，讓學生們實際操作，利用獲取的實驗數(shù)據(jù)和模型公式評估材料吸附性能[4]；匯總實驗數(shù)據(jù)，進行誤差分析，判斷數(shù)據(jù)可信度；教師組織學生分組討論，共同梳理內(nèi)容與結(jié)構(gòu)，讓每一個學生都能充分理解吸附過程中的知識要點；教師設計本堂知識的基礎練習，讓學生充分牢記重點、難點，在章節(jié)末設置限時小測，深化學生對于理論知識的印象。

(3)課后階段——以鞏固復習為重點(課后鞏固，融會貫通)

課程最后，教師總結(jié)本次課程重點內(nèi)容，可以和學生進行我問你答形式的互動；教師布置課程作業(yè)，讓學生在作業(yè)中回憶課程內(nèi)容，與實際結(jié)合，融會貫通。作業(yè)采用生生互評的方式發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)勢與不足，進一步鞏固理論知識。

3.3 教學模式圖

教學模式如圖2所示。

圖2 OBE教育理念吸附實驗課程教學模式圖

4 考核方式與成績評定

平時成績(預習情況、小測成績、出勤、課上表現(xiàn))加課后作業(yè)，將平時成績的占比提高，體現(xiàn)了對于學生能力的重視，更注重學生在課程后所學習到的能力成果。成績評定辦法如下：

最終成績=10%×預習情況+10%×小測成績+10%×出勤+30%×課上表現(xiàn)+40%×課后作業(yè)

5 結(jié) 語

在黨的十九大報告中對新時期教育發(fā)展做出的戰(zhàn)略部署中，強調(diào)了注重教育質(zhì)量，推動內(nèi)涵式發(fā)展，也就是今后高等教育發(fā)展和改革的方向[5]。OBE理念下吸附原理實驗教學模式設計，強調(diào)學生在課程結(jié)束后所具有的能力成果，有效提高課堂教學效率。既培養(yǎng)學生專業(yè)知識，又使學生具備獨立思考能力，為高素質(zhì)人才培養(yǎng)提供基礎。