楊仲禹，陳 潔，關(guān)亞楠，段二紅，姚明帆

(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)

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(xué)煙霧主要誘因，促進溫室效應(yīng)，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(guān)控制技術(shù)以消減 VOCs 的排放量。其中，吸附法由于操作簡便、適應(yīng)性強、效率高、無二次污染、吸附劑可再生等優(yōu)點被廣泛應(yīng)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(xué)鍵力(物理作用)或分子間作用力(化學(xué)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(xué)的難點在于同時包含理論知識和操作技能等多領(lǐng)域的綜合學(xué)習(xí)，主要涉及基本概念的學(xué)習(xí)、重要公式的推導(dǎo)、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(xué)、吸附熱力學(xué)及吸附等溫線)等。在整個學(xué)習(xí)過程中學(xué)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(xué)習(xí)的困境，不能有效的將理論與實踐相結(jié)合，削弱了學(xué)生學(xué)習(xí)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(shù)的進步為教育模式的創(chuàng)新提出了進一步的要求，大學(xué)教育中傳統(tǒng)的教學(xué)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(xué)生的主觀能動性。為完善高校學(xué)風(fēng)建設(shè)機制，提升學(xué)風(fēng)建設(shè)水平，提倡引入OBE教育理念，即成果導(dǎo)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(shè)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(dǎo)向教育切實的應(yīng)用于吸附原理課程學(xué)習(xí)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(xué)設(shè)計進行探索。

1 吸附原理教學(xué)要求的確定

1.1 實驗教學(xué)目標

(1)掌握吸附實驗相關(guān)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(guān)計算。(2)學(xué)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(xué)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(shù)工程應(yīng)用等相關(guān)內(nèi)容；(2)學(xué)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(xué)生實踐能力和邏輯思維能力。

2 學(xué)情分析及教學(xué)預(yù)測

2.1 學(xué)情分析

課堂授課對象為應(yīng)用背景較強的工程類專業(yè)學(xué)生，學(xué)生應(yīng)具有較為扎實的物理化學(xué)基礎(chǔ)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(xué)生通過線上線下學(xué)習(xí)，虛擬實驗平臺和真實實驗室儀器設(shè)備的操作，相關(guān)文獻的多途徑查詢，小組間積極討論，理論學(xué)習(xí)和實踐操作兩手抓，促進學(xué)生主觀能動性，著重學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。

2.2 教學(xué)預(yù)測

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

3 實驗教學(xué)方法

3.1 教學(xué)策略選擇

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

(1)課前階段——以學(xué)情分析為核心(課前預(yù)習(xí)，任務(wù)定向)

課前教師通過在學(xué)習(xí)軟件發(fā)放網(wǎng)絡(luò)教學(xué)視頻或自制短視頻，提前向?qū)W生下達學(xué)習(xí)內(nèi)容指標，如了解吸附原理、查找常見吸附劑、推導(dǎo)和運用相關(guān)數(shù)學(xué)模型等內(nèi)容，如圖1所示。幫助學(xué)生初步了解和認識與吸附相關(guān)的科學(xué)理論。在該環(huán)節(jié)設(shè)有平時預(yù)習(xí)任務(wù)成績，通過定向具體學(xué)習(xí)內(nèi)容及目標，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)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(guān)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(xué)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(dǎo)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(xué)生深入學(xué)習(xí)[3]，同時理解與吸附等溫線相關(guān)的基本概念；教師發(fā)布實驗任務(wù)，讓學(xué)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(xué)生分組討論，共同梳理內(nèi)容與結(jié)構(gòu)，讓每一個學(xué)生都能充分理解吸附過程中的知識要點；教師設(shè)計本堂知識的基礎(chǔ)練習(xí)，讓學(xué)生充分牢記重點、難點，在章節(jié)末設(shè)置限時小測，深化學(xué)生對于理論知識的印象。

(3)課后階段——以鞏固復(fù)習(xí)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(xué)生進行我問你答形式的互動；教師布置課程作業(yè)，讓學(xué)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(xué)模式圖

教學(xué)模式如圖2所示。

圖2 OBE教育理念吸附實驗課程教學(xué)模式圖

4 考核方式與成績評定

平時成績(預(yù)習(xí)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(xué)生能力的重視，更注重學(xué)生在課程后所學(xué)習(xí)到的能力成果。成績評定辦法如下：

最終成績=10%×預(yù)習(xí)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(xué)模式設(shè)計，強調(diào)學(xué)生在課程結(jié)束后所具有的能力成果，有效提高課堂教學(xué)效率。既培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識，又使學(xué)生具備獨立思考能力，為高素質(zhì)人才培養(yǎng)提供基礎(chǔ)。