OBE理念下气相色谱原理教学设计*

2020-07-09任红威张金锋苏昭桂孙忠强

广州化工 2020年12期

任红威，张金锋，苏昭桂，孙忠强

(河北科技大学环境科学与工程学院，河北石家庄 050018)

成果导向教育(OBE)是一种学生学习成果为导向的，强调学生为主的教育模式。最初年由Spady[1]在《以成果为本的教育：争议和答案》中提出，我国《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》中也指出了突出学生中心，突出产出导向，和突出持续改进的要求[2-5]。本文尝试基于OBE理念对化工安全类课程中气相色谱原理内容教学设计进行改革探索。

1 气相色谱原理课程教学要求的确定

1.1 知识与技能

(1)了解色谱的概念；(2)学生能说出色谱仪的主要组件；(3)学生能根据色谱原理确定气体泄漏安全事故中气相色谱的作用。

1.2 过程与方法

(1)从色谱原理、仪器(原理的应用)以及检测应用(仪器的应用实例)三方面完成一个完整体系结构的学习。(2)学生通过动手做色谱实验，理解色谱原理。(3)根据观看气相色谱检测过程视频和仪器结构图，通过小组讨论掌握色谱检测原理，并熟悉仪器的结构。(4)体验仪器在检测实例中的应用达到学以致用的目的。

1.3 感情态度与价值观

学生通过动手做实验和团队讨论理解原理，培养学生从实际出发考虑问题的意识。从色谱的历史故事了解科学家是如何从生活中一件小事出发，再一步步探索、归纳，将原理应用到实际应用，学生能够更多的关注生活，并体会到每一个伟大创造的整个思考过程，同时树立在科学问题上不迷信权威的信念。

2 学情分析及教学预测

2.1 学情分析

(1)课程授课对象为安全工程本科三年级学生，学生的化工原理和物理化学等基础知识较扎实，有利于本课程的学习，同学们思维较活跃，课堂气氛较好，大多数学生在教师引导下能够积极参与课堂讨论和学习。(2)学生已具备基础实验操作基础知识，已学习了化工原理的基础理论，对化学物质的分离过程有了初步的认识，具有一定的实验基础，但对实际工业生产中的色谱法检测方法缺乏系统性的认识，需要在本章学习中予以细化。(3)学生具有一定的自行思考的方法与能力。(4)学生团队合作与交流的能力比较强。

2.2 教学预测

(1)该专业的学生已学习了有机物和无机物一般性检测等相关科学，对化工生产中为物质分离有一定的学习兴趣，教学过程中，通过讲解化工生产中的一种检测方法，可激发学生的学习兴趣。(2)学生已初步建立了安全生产的思维模式，但是关于将色谱检测技术应用到安全生产的方法并不十分了解，因此在本课程教学中应结合实例，培养学生对色谱法检测生产中各类化合物的兴趣，让学生逐渐建立定性和定量分析的思维方法。

3 教学方法

3.1 教学策略选择与设计

采用BOPPPS教学方法进行课堂教学过程的结构设计。

表1 BOPPPS教学设计表

3.2 教学环节的设计

第一个环节：课程回顾，温故引新

首先展示给学生事故案例，说明事故的起因是物料泄漏，后果为产生有毒有害物质，严重危害生产、人体和环境。然后以提问的方式引出新问题，比如不同类型的物质如何检测，仪器有哪些等等。提问学生在生活中有没有见过或用过类似的检测，再进一步讨论这些检测过程是如何设计出来的。设计意图为从学生从生活中经常接触到的测量实例导入这节课要讲的内容，一来可以贴近学生的生活，让学生产生亲切感，调动学生求知欲；二是可以了解学生在检测方面的认知情况，使学生在最近发展区基础上学习新知识。

第二个环节：明确学习目标，做到有的放矢

向学生展示本次课的教学目标：(1)了解色谱的概念；(2)学生能说出色谱仪的主要组件；(3)学生能根据色谱原理确定气体泄漏安全事故中气相色谱的作用。

第三个环节：创设情境，探索新知

学生动手做色谱实验，实验过程中教师以提问的方式启发学生从动手结果分析，找出规律(1)色谱现象中的物质有哪些？是水、纸，还是色素；(2)色谱现象中的作用力有哪些？是不是吸附，在此基础上引出色谱原理；(3)色谱现象能做什么呢？如何从物质分离延伸一种仪器的发明。设计意图为学生对色谱的现象有个明确而鲜活的认知，对原理有较深刻的认识，同时也使学生对枯燥的理论有了探索的欲望。

以气相色谱原理图片的形式让学生产生鲜明的认知，使学生看到仪器实物照片，再对比之前自己做的实验，猜测仪器可能结构和各部分的可能作用。给学生讲解历史上的色谱之父的故事，他就是从一个小的实验，深入再深入的思考，再加上超强的行动力，创造了色分离理论。再讲由于当时受到权威科学家的排斥，这样成果没有得以推广，错失三次诺贝尔奖的故事。整个动手操作色谱实验的设计意图为从色谱的历史故事让学生们了解科学家是如何从生活中一件小事出发，再一步步探索、归纳，将原理应用到实际应用，学生能够更多的关注生活，并体会到每一个伟大创造的整个思考过程，树立学生不迷信权威的信念。

第四个环节：讨论汇总，学习新知

组织学生讨论，让学生结合给出的气相色谱原理，并对比自己做的实验，分组讨论，两名代表分别讲解色谱工作原理，然后由教师来讲解完善的气相色谱工作过程及其简要理论，使学生有明确的认知。最后通过师生合作分析色谱仪的结构，先在空白纸上画出大致的仪器结构，教师再展示出实际的色谱仪结构图，讨论对比草图和真实图的区别。此部分设计意图为使学生实现从理论到实际应用的转变，动手绘图的过程也有助于将学生注意力集中到课堂。

第五个环节：旧知联新，应用拓展

通过师生共同分析课程初始的事故案例，使学生在思考例子的过程中回忆本堂课讲解的内容，学会解决实际的复杂工程问题，做到融会贯通。

第六个环节：总结回顾，梳理新知

教师点出本次课程的主题，学生回答具体内容，教师向学生介绍仪器最新发展，启发学法的创新意识。

教学过程中还需要设计相应的互动环节，分为线下和线上两种形式。

线下的课堂互动包括(1)学生跟随老师一起做一个简单的色谱实验，令学生对色谱的现象有个明确而鲜活的认知，对原理有较深刻的认识。(2)组织多种形式的课堂讨论。如启发式提问引起课堂讨论：启发学生根据色谱现象的分析，从存在的物质和存在的作用力入手，讨论如何将一个原理应用到仪器的制备，以及在生产中应用的条件。还有如教师举出一种物质，学生们分组讨论这种物质的特点，判断其是否可采用气相色谱分析，然后再此基础上确定可以气相色谱的应用范围，教师加以点评。老师起引导作用，主要锻炼同学利用所学知识分析问题解决问题的能力。

线上互动主要包括两种，一种是在蓝墨云APP建立讨论板，展开以下内容讨论，并及时评价：(1)简单介绍气相色谱仪的基本组成，说明各组成部分的作用？(2)说明热导池检测器、氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器的工作原理、及各自对哪些物质能产生响应信号？(3)色谱柱是如何实现对不同性质组分的分离的？另外还可以在微信群、QQ群随时回答解决同学的问题。

3.3 板书设计

左侧为多媒体屏幕，右侧为板书部分，两部分相互配合。

黑板设计为黑板左侧书写章节的大标题及小标题之间的逻辑关系思维导图。(1)通过向学生们展示气相色谱仪运行过程的视频，提问色谱分离物质的原因，引出这节课的内容。同时在黑板上写出这节课的题目。(2)通过简单绘制仪器结构的方框图和观看多媒体课件中仪器实物复杂结构图，在黑板上绘制色谱原理、仪器组件以及应用的思维导图。

由于现代信息媒体PPT承载信息量大，便于处理图片、利于内容的全面阐述等特点，因此可以结合教学内容制作符合学科特点的多媒体课件，设计内容为(1)配合原理的讲解，展示各种能够说明原理的图片。(2)用多媒体动态视频演示的方式展示内容，课堂生动活跃，将采样技术的操作与现代多媒体的多种展现手段结合，学生兴趣浓厚，印象深刻。(3)利用PPT将本章的重点进行总结、强化以及分析如何做色谱检测实验，并留下课后讨论题目。