OBE理念下氣相色譜原理教學(xué)設(shè)計(jì)*

任紅威，張金鋒，蘇昭桂，孫忠強(qiáng)

(河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050018)

成果導(dǎo)向教育(OBE)是一種學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的，強(qiáng)調(diào)學(xué)生為主的教育模式。最初年由Spady[1]在《以成果為本的教育：爭(zhēng)議和答案》中提出，我國《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》中也指出了突出學(xué)生中心，突出產(chǎn)出導(dǎo)向，和突出持續(xù)改進(jìn)的要求[2-5]。本文嘗試基于OBE理念對(duì)化工安全類課程中氣相色譜原理內(nèi)容教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行改革探索。

1 氣相色譜原理課程教學(xué)要求的確定

1.1 知識(shí)與技能

(1)了解色譜的概念；(2)學(xué)生能說出色譜儀的主要組件；(3)學(xué)生能根據(jù)色譜原理確定氣體泄漏安全事故中氣相色譜的作用。

1.2 過程與方法

(1)從色譜原理、儀器(原理的應(yīng)用)以及檢測(cè)應(yīng)用(儀器的應(yīng)用實(shí)例)三方面完成一個(gè)完整體系結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)。(2)學(xué)生通過動(dòng)手做色譜實(shí)驗(yàn)，理解色譜原理。(3)根據(jù)觀看氣相色譜檢測(cè)過程視頻和儀器結(jié)構(gòu)圖，通過小組討論掌握色譜檢測(cè)原理，并熟悉儀器的結(jié)構(gòu)。(4)體驗(yàn)儀器在檢測(cè)實(shí)例中的應(yīng)用達(dá)到學(xué)以致用的目的。

1.3 感情態(tài)度與價(jià)值觀

學(xué)生通過動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)和團(tuán)隊(duì)討論理解原理，培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際出發(fā)考慮問題的意識(shí)。從色譜的歷史故事了解科學(xué)家是如何從生活中一件小事出發(fā)，再一步步探索、歸納，將原理應(yīng)用到實(shí)際應(yīng)用，學(xué)生能夠更多的關(guān)注生活，并體會(huì)到每一個(gè)偉大創(chuàng)造的整個(gè)思考過程，同時(shí)樹立在科學(xué)問題上不迷信權(quán)威的信念。

2 學(xué)情分析及教學(xué)預(yù)測(cè)

2.1 學(xué)情分析

(1)課程授課對(duì)象為安全工程本科三年級(jí)學(xué)生，學(xué)生的化工原理和物理化學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)較扎實(shí)，有利于本課程的學(xué)習(xí)，同學(xué)們思維較活躍，課堂氣氛較好，大多數(shù)學(xué)生在教師引導(dǎo)下能夠積極參與課堂討論和學(xué)習(xí)。(2)學(xué)生已具備基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作基礎(chǔ)知識(shí)，已學(xué)習(xí)了化工原理的基礎(chǔ)理論，對(duì)化學(xué)物質(zhì)的分離過程有了初步的認(rèn)識(shí)，具有一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，但對(duì)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的色譜法檢測(cè)方法缺乏系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)，需要在本章學(xué)習(xí)中予以細(xì)化。(3)學(xué)生具有一定的自行思考的方法與能力。(4)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作與交流的能力比較強(qiáng)。

2.2 教學(xué)預(yù)測(cè)

(1)該專業(yè)的學(xué)生已學(xué)習(xí)了有機(jī)物和無機(jī)物一般性檢測(cè)等相關(guān)科學(xué)，對(duì)化工生產(chǎn)中為物質(zhì)分離有一定的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)過程中，通過講解化工生產(chǎn)中的一種檢測(cè)方法，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。(2)學(xué)生已初步建立了安全生產(chǎn)的思維模式，但是關(guān)于將色譜檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到安全生產(chǎn)的方法并不十分了解，因此在本課程教學(xué)中應(yīng)結(jié)合實(shí)例，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)色譜法檢測(cè)生產(chǎn)中各類化合物的興趣，讓學(xué)生逐漸建立定性和定量分析的思維方法。

3 教學(xué)方法

3.1 教學(xué)策略選擇與設(shè)計(jì)

采用BOPPPS教學(xué)方法進(jìn)行課堂教學(xué)過程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

表1 BOPPPS教學(xué)設(shè)計(jì)表

3.2 教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

第一個(gè)環(huán)節(jié)：課程回顧，溫故引新

首先展示給學(xué)生事故案例，說明事故的起因是物料泄漏，后果為產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，嚴(yán)重危害生產(chǎn)、人體和環(huán)境。然后以提問的方式引出新問題，比如不同類型的物質(zhì)如何檢測(cè)，儀器有哪些等等。提問學(xué)生在生活中有沒有見過或用過類似的檢測(cè)，再進(jìn)一步討論這些檢測(cè)過程是如何設(shè)計(jì)出來的。設(shè)計(jì)意圖為從學(xué)生從生活中經(jīng)常接觸到的測(cè)量實(shí)例導(dǎo)入這節(jié)課要講的內(nèi)容，一來可以貼近學(xué)生的生活，讓學(xué)生產(chǎn)生親切感，調(diào)動(dòng)學(xué)生求知欲；二是可以了解學(xué)生在檢測(cè)方面的認(rèn)知情況，使學(xué)生在最近發(fā)展區(qū)基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)新知識(shí)。

第二個(gè)環(huán)節(jié)：明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，做到有的放矢

向?qū)W生展示本次課的教學(xué)目標(biāo)：(1)了解色譜的概念；(2)學(xué)生能說出色譜儀的主要組件；(3)學(xué)生能根據(jù)色譜原理確定氣體泄漏安全事故中氣相色譜的作用。

第三個(gè)環(huán)節(jié)：創(chuàng)設(shè)情境，探索新知

學(xué)生動(dòng)手做色譜實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中教師以提問的方式啟發(fā)學(xué)生從動(dòng)手結(jié)果分析，找出規(guī)律(1)色譜現(xiàn)象中的物質(zhì)有哪些？是水、紙，還是色素；(2)色譜現(xiàn)象中的作用力有哪些？是不是吸附，在此基礎(chǔ)上引出色譜原理；(3)色譜現(xiàn)象能做什么呢？如何從物質(zhì)分離延伸一種儀器的發(fā)明。設(shè)計(jì)意圖為學(xué)生對(duì)色譜的現(xiàn)象有個(gè)明確而鮮活的認(rèn)知，對(duì)原理有較深刻的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也使學(xué)生對(duì)枯燥的理論有了探索的欲望。

以氣相色譜原理圖片的形式讓學(xué)生產(chǎn)生鮮明的認(rèn)知，使學(xué)生看到儀器實(shí)物照片，再對(duì)比之前自己做的實(shí)驗(yàn)，猜測(cè)儀器可能結(jié)構(gòu)和各部分的可能作用。給學(xué)生講解歷史上的色譜之父的故事，他就是從一個(gè)小的實(shí)驗(yàn)，深入再深入的思考，再加上超強(qiáng)的行動(dòng)力，創(chuàng)造了色分離理論。再講由于當(dāng)時(shí)受到權(quán)威科學(xué)家的排斥，這樣成果沒有得以推廣，錯(cuò)失三次諾貝爾獎(jiǎng)的故事。整個(gè)動(dòng)手操作色譜實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)意圖為從色譜的歷史故事讓學(xué)生們了解科學(xué)家是如何從生活中一件小事出發(fā)，再一步步探索、歸納，將原理應(yīng)用到實(shí)際應(yīng)用，學(xué)生能夠更多的關(guān)注生活，并體會(huì)到每一個(gè)偉大創(chuàng)造的整個(gè)思考過程，樹立學(xué)生不迷信權(quán)威的信念。

第四個(gè)環(huán)節(jié)：討論匯總，學(xué)習(xí)新知

組織學(xué)生討論，讓學(xué)生結(jié)合給出的氣相色譜原理，并對(duì)比自己做的實(shí)驗(yàn)，分組討論，兩名代表分別講解色譜工作原理，然后由教師來講解完善的氣相色譜工作過程及其簡(jiǎn)要理論，使學(xué)生有明確的認(rèn)知。最后通過師生合作分析色譜儀的結(jié)構(gòu)，先在空白紙上畫出大致的儀器結(jié)構(gòu)，教師再展示出實(shí)際的色譜儀結(jié)構(gòu)圖，討論對(duì)比草圖和真實(shí)圖的區(qū)別。此部分設(shè)計(jì)意圖為使學(xué)生實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)際應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，動(dòng)手繪圖的過程也有助于將學(xué)生注意力集中到課堂。

第五個(gè)環(huán)節(jié)：舊知聯(lián)新，應(yīng)用拓展

通過師生共同分析課程初始的事故案例，使學(xué)生在思考例子的過程中回憶本堂課講解的內(nèi)容，學(xué)會(huì)解決實(shí)際的復(fù)雜工程問題，做到融會(huì)貫通。

第六個(gè)環(huán)節(jié)：總結(jié)回顧，梳理新知

教師點(diǎn)出本次課程的主題，學(xué)生回答具體內(nèi)容，教師向?qū)W生介紹儀器最新發(fā)展，啟發(fā)學(xué)法的創(chuàng)新意識(shí)。

教學(xué)過程中還需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的互動(dòng)環(huán)節(jié)，分為線下和線上兩種形式。

線下的課堂互動(dòng)包括(1)學(xué)生跟隨老師一起做一個(gè)簡(jiǎn)單的色譜實(shí)驗(yàn)，令學(xué)生對(duì)色譜的現(xiàn)象有個(gè)明確而鮮活的認(rèn)知，對(duì)原理有較深刻的認(rèn)識(shí)。(2)組織多種形式的課堂討論。如啟發(fā)式提問引起課堂討論：?jiǎn)l(fā)學(xué)生根據(jù)色譜現(xiàn)象的分析，從存在的物質(zhì)和存在的作用力入手，討論如何將一個(gè)原理應(yīng)用到儀器的制備，以及在生產(chǎn)中應(yīng)用的條件。還有如教師舉出一種物質(zhì)，學(xué)生們分組討論這種物質(zhì)的特點(diǎn)，判斷其是否可采用氣相色譜分析，然后再此基礎(chǔ)上確定可以氣相色譜的應(yīng)用范圍，教師加以點(diǎn)評(píng)。老師起引導(dǎo)作用，主要鍛煉同學(xué)利用所學(xué)知識(shí)分析問題解決問題的能力。

線上互動(dòng)主要包括兩種，一種是在藍(lán)墨云APP建立討論板，展開以下內(nèi)容討論，并及時(shí)評(píng)價(jià)：(1)簡(jiǎn)單介紹氣相色譜儀的基本組成，說明各組成部分的作用？(2)說明熱導(dǎo)池檢測(cè)器、氫火焰離子化檢測(cè)器、電子捕獲檢測(cè)器的工作原理、及各自對(duì)哪些物質(zhì)能產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)？(3)色譜柱是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)不同性質(zhì)組分的分離的？另外還可以在微信群、QQ群隨時(shí)回答解決同學(xué)的問題。

3.3 板書設(shè)計(jì)

左側(cè)為多媒體屏幕，右側(cè)為板書部分，兩部分相互配合。

黑板設(shè)計(jì)為黑板左側(cè)書寫章節(jié)的大標(biāo)題及小標(biāo)題之間的邏輯關(guān)系思維導(dǎo)圖。(1)通過向?qū)W生們展示氣相色譜儀運(yùn)行過程的視頻，提問色譜分離物質(zhì)的原因，引出這節(jié)課的內(nèi)容。同時(shí)在黑板上寫出這節(jié)課的題目。(2)通過簡(jiǎn)單繪制儀器結(jié)構(gòu)的方框圖和觀看多媒體課件中儀器實(shí)物復(fù)雜結(jié)構(gòu)圖，在黑板上繪制色譜原理、儀器組件以及應(yīng)用的思維導(dǎo)圖。

由于現(xiàn)代信息媒體PPT承載信息量大，便于處理圖片、利于內(nèi)容的全面闡述等特點(diǎn)，因此可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容制作符合學(xué)科特點(diǎn)的多媒體課件，設(shè)計(jì)內(nèi)容為(1)配合原理的講解，展示各種能夠說明原理的圖片。(2)用多媒體動(dòng)態(tài)視頻演示的方式展示內(nèi)容，課堂生動(dòng)活躍，將采樣技術(shù)的操作與現(xiàn)代多媒體的多種展現(xiàn)手段結(jié)合，學(xué)生興趣濃厚，印象深刻。(3)利用PPT將本章的重點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)、強(qiáng)化以及分析如何做色譜檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，并留下課后討論題目。

3.4 教學(xué)流程圖

圖1 教學(xué)流程圖

4 教學(xué)考核方式與成績(jī)?cè)u(píng)定的持續(xù)改進(jìn)

采用學(xué)分激勵(lì)模式與成果導(dǎo)向的課程考核方式，注重過程性評(píng)價(jià)。采取平時(shí)表現(xiàn)與結(jié)課考試相結(jié)合的形式，尤其可適當(dāng)加大平時(shí)表現(xiàn)的分值比重。平時(shí)表現(xiàn)可采用考勤、作業(yè)、提問等方式實(shí)現(xiàn)量化考核；結(jié)課考試的題型、難易程度等確定。

通過OBE教學(xué)模式的運(yùn)用，可使得理論課程和實(shí)踐課程相結(jié)合、線上教學(xué)與線下課堂相結(jié)合，學(xué)生將獲得多形式、形象化、深入化的知識(shí)，實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、做一體化。