BOPPPS教學(xué)法在《化工分離工程》教學(xué)中的應(yīng)用

張艷霞，李 平，姜 娜

(濟(jì)南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022)

自2014年中國(guó)加入《華盛頓協(xié)議》以來(lái)，教育部大力推進(jìn)工程學(xué)科的專業(yè)認(rèn)證。化學(xué)工程與工藝專業(yè)是我國(guó)最先開(kāi)始工程認(rèn)證的專業(yè)，通過(guò)工程認(rèn)證專業(yè)的畢業(yè)生就擁有了進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)就業(yè)的通行證。作為認(rèn)證專業(yè)的專業(yè)任課教師，應(yīng)深刻理解工程教育認(rèn)證這項(xiàng)工作的重要意義，結(jié)合專業(yè)認(rèn)證培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求去調(diào)整和改進(jìn)所任專業(yè)課程的課堂教學(xué)內(nèi)容和方式，使學(xué)生能夠通過(guò)相關(guān)課程達(dá)成畢業(yè)要求。這需要每一位任課教師從自己的課程入手，首先從課堂教學(xué)進(jìn)行改革。

1 化工分離工程的課程目標(biāo)

化工分離工程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課，本課程的目的和任務(wù)是使學(xué)生掌握各種新型分離技術(shù)及操作過(guò)程的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和基本應(yīng)用能力，掌握分離過(guò)程的本質(zhì)及其變化規(guī)律，能正確運(yùn)用理論知識(shí)解決化工分離工程問(wèn)題。培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行新工藝、新過(guò)程、新技術(shù)開(kāi)發(fā)的能力，為將來(lái)從事化工分離過(guò)程工作奠定基礎(chǔ)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到以下課程目標(biāo)。

(1)了解分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性，了解化工分離過(guò)程的分類，了解一些新型分離技術(shù)的基本原理及適用范圍。

(2)掌握恒沸精餾、萃取精餾、反應(yīng)精餾、分子蒸餾、超臨界流體萃取、雙水相萃取、反膠團(tuán)萃取、吸附、離子交換、反滲透、納濾及超濾等分離過(guò)程的基本理論、基本工藝、典型設(shè)備及應(yīng)用。

(3)通過(guò)課堂講解、討論和學(xué)生課下閱讀、思考，通過(guò)掌握各種化工分離技術(shù)的原理及應(yīng)用，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)化工分離工程的認(rèn)識(shí)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

(4)要求學(xué)生在學(xué)完本課程后，能運(yùn)用各種分離技術(shù)的基本理論，獨(dú)立地完成分離順序和分離過(guò)程的設(shè)計(jì)。

化工分離工程選用的教材為北京化學(xué)工業(yè)出版社2013出版的、陳歡林主編的新型分離技術(shù)[1]。該教材共有十一章，知識(shí)點(diǎn)瑣碎，傳統(tǒng)教學(xué)模式是教師講、學(xué)生聽(tīng)，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)過(guò)程枯燥，學(xué)習(xí)效果欠佳。因此，借鑒國(guó)際先進(jìn)教育理念，引入更有效的教學(xué)方法來(lái)組織課堂教學(xué)勢(shì)在必行。在這種背景下，我們應(yīng)用了BOPPPS教學(xué)方法設(shè)計(jì)課堂教學(xué)過(guò)程，取得了更有效的教學(xué)效果。

2 BOPPPS教學(xué)方法簡(jiǎn)介

BOPPPS模型是北美高校推崇的一個(gè)教學(xué)模式，它是根據(jù)教育學(xué)和心理學(xué)的認(rèn)知理論提出的一種教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)。該模型按照“起承轉(zhuǎn)合”把教學(xué)過(guò)程分為了六個(gè)模塊[2]，每一個(gè)英文字母代表一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的教學(xué)環(huán)節(jié)。

第一，導(dǎo)言(Bridge-in):這是一節(jié)課教學(xué)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，教師應(yīng)該通過(guò)提問(wèn)，或者通過(guò)案例的形式導(dǎo)入本次課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，這種方法能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

第二，學(xué)習(xí)目標(biāo)和結(jié)果(Objective/Outcome):教師應(yīng)闡明本次課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，通過(guò)問(wèn)題的引入，讓學(xué)生明白所學(xué)知識(shí)點(diǎn)要達(dá)到的目標(biāo)。

第三，前測(cè)(Pre-test):通過(guò)提問(wèn)，了解學(xué)生課前預(yù)習(xí)達(dá)到的效果，了解學(xué)生的個(gè)體性、差異性，以便教師及時(shí)的調(diào)整相應(yīng)的教學(xué)方式方法。

第四，參與式學(xué)習(xí)(Participatory Learning):這是六大模塊的核心，要求教師靈活運(yùn)用各種教學(xué)手段，讓學(xué)生參與互動(dòng)，通過(guò)教師與學(xué)生，學(xué)生與學(xué)生之間的互動(dòng)，提升學(xué)習(xí)效率，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)目標(biāo)。

第五，后測(cè)(Post-test):通過(guò)提問(wèn)、隨堂作業(yè)等方式來(lái)檢驗(yàn)教學(xué)效果，了解學(xué)生是否達(dá)成本次課的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

第六，總結(jié)(Summary):通過(guò)本次課知識(shí)點(diǎn)的回顧，對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)預(yù)告下次課的預(yù)習(xí)內(nèi)容。

3 BOPPPS教學(xué)法在《化工分離工程》教學(xué)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

反滲透是一類重要的化工分離方法，在化工生產(chǎn)和日常生活中都有廣泛的應(yīng)用，我們以此為例來(lái)闡述BOPPPS教學(xué)模式在本課程中的使用。

(1)導(dǎo)言。以一個(gè)小故事作為開(kāi)篇案例。1950年，美國(guó)科學(xué)家Sourirajan無(wú)意中發(fā)現(xiàn)海鷗在海面飛行時(shí)，從海面啜起一大口海水，隔了幾秒后，吐出一小口海水，他很疑惑，于是他抓了一只海鷗帶回實(shí)驗(yàn)室研究，通過(guò)研究他發(fā)現(xiàn)在海鷗的嗉囊位置有一層薄膜，該薄膜構(gòu)造非常精密，能把海水中的雜志過(guò)濾掉，轉(zhuǎn)化為淡水。海鷗體內(nèi)的這層粘膜組織，就是反滲透膜的原型。

(2)學(xué)習(xí)目標(biāo)。與其他章節(jié)的分離過(guò)程相似，對(duì)于反滲透膜，我們要理解它的機(jī)理，并熟悉常見(jiàn)的生產(chǎn)實(shí)例，然后自己能設(shè)計(jì)出個(gè)別產(chǎn)品的分離工藝。這樣才能完成化工專業(yè)認(rèn)證課程目標(biāo)中的(2)和(3)，同時(shí)對(duì)應(yīng)了畢業(yè)要求問(wèn)題分析和設(shè)計(jì)開(kāi)放解決方案。

(3)前測(cè)。通過(guò)提問(wèn)來(lái)發(fā)現(xiàn)學(xué)生預(yù)習(xí)時(shí)不明白的地方，或者通過(guò)學(xué)生主動(dòng)提出疑問(wèn)來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。比如有同學(xué)問(wèn)到：雞蛋殼里有薄膜，腌咸雞蛋時(shí)，鈉離子能進(jìn)入雞蛋內(nèi)部，但雞蛋內(nèi)的水分子不散失，這說(shuō)明鈉離子小于水分子。而很多家里用的純水機(jī)里也有一個(gè)膜，這個(gè)膜可以通過(guò)水分子，但鈉、鉀、鈣等離子都被濾掉了，這又說(shuō)明鈉離子大于了水分子。這到底是怎么回事？

(4)參與式學(xué)習(xí)。教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容讓學(xué)生多方位參與教學(xué)討論，主動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。在介紹反滲透機(jī)理時(shí)，將學(xué)生分成三個(gè)小組，分別根據(jù)優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流動(dòng)機(jī)理、溶解-擴(kuò)散機(jī)理和Kedem-Katchalsky不可逆熱力學(xué)模型，分別討論這三種機(jī)理的理論解釋和優(yōu)缺點(diǎn)。并且針對(duì)前測(cè)環(huán)節(jié)中同學(xué)提出的疑問(wèn)，通過(guò)討論和教師引導(dǎo)看是否能夠解決。回到前測(cè)中同學(xué)提到的問(wèn)題，雞蛋外頭的滲透壓高，鈉離子會(huì)從滲透壓高的那側(cè)滲透到低的那側(cè)，比如工業(yè)上腌鴨蛋還會(huì)向食鹽溶液充高壓空氣，食鹽溶液的滲透壓增加，滲透力增強(qiáng)，只要3個(gè)小時(shí)就能腌好鴨蛋。而純水機(jī)里的膜只透過(guò)水分子不透過(guò)鈉離子，是因?yàn)檫@里選用的膜會(huì)優(yōu)先吸附水分子，在膜附近就會(huì)是水分子層，所以水分子優(yōu)先透過(guò)膜，即優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流動(dòng)機(jī)理來(lái)解釋這個(gè)現(xiàn)象。所以反滲透膜不能用篩分機(jī)理來(lái)解釋，如果因?yàn)殁c離子比水分子小就說(shuō)優(yōu)先透過(guò)鈉離子，這種說(shuō)法是錯(cuò)誤的。

(5)后測(cè)。設(shè)計(jì)一道分離過(guò)程的題目，比如利用所學(xué)的反滲透膜的知識(shí)，寫出海水淡化制備純水的方法，并說(shuō)明原理。如果時(shí)間充裕，可以再寫出其他制備純水的方法，比如用離子交換的方法制備純水，并對(duì)這些制備純水的不同方法進(jìn)行比較。

(6)總結(jié)。首先，總結(jié)反滲透膜的幾個(gè)機(jī)理。其次，總結(jié)常見(jiàn)的生產(chǎn)實(shí)例并會(huì)理論解釋，最后，自己能對(duì)個(gè)別產(chǎn)品設(shè)計(jì)出分離方案。這樣六個(gè)過(guò)程結(jié)束后一個(gè)完整的知識(shí)模塊就算完成了。

4 利用BOPPPS教學(xué)法改進(jìn)《化工分離工程》教學(xué)的思考

BOPPPS教學(xué)法給化工分離工程的教學(xué)提供了一種行之有效的教學(xué)模式，解決了教學(xué)過(guò)程中學(xué)生積極性差、參與度較低等問(wèn)題[3]。但是，高效率的運(yùn)用BOPPPS教學(xué)法也對(duì)教師提出了更高的要求。首先，我們要領(lǐng)悟BOPPPS教學(xué)法的精髓，BOPPPS教學(xué)方法的核心是以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，從被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。其次，BOPPPPS教學(xué)法的六個(gè)模塊并不是缺一不可的，順序也不是一成不變的，所以要求教師根據(jù)不同的知識(shí)靈活安排各階段的內(nèi)容和各階段的時(shí)間分配，這就要求教師在備課過(guò)程中設(shè)計(jì)課程時(shí)要有廣度、有深度，只有這樣才能喚醒學(xué)生的求知欲望。最后，重視學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，結(jié)合專業(yè)認(rèn)證培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，將BOPPPS教學(xué)方法與其他各種教學(xué)方法進(jìn)行融合交匯，不要造成單一化誤區(qū)，比如參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)可以混合使用案例分析式、導(dǎo)向式、辯論賽等教學(xué)方法，我們以辯論賽為例，可以選擇有代表性的專題，開(kāi)展學(xué)生課堂辯論會(huì)，正反方將對(duì)各自的分離工藝展開(kāi)闡述，并對(duì)自己方法的優(yōu)點(diǎn)和對(duì)方方法的缺點(diǎn)逐一展開(kāi)說(shuō)明，這樣可以拓寬學(xué)生的知識(shí)面，鍛煉學(xué)生的辯論能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如在后測(cè)環(huán)節(jié)也可以采用指導(dǎo)學(xué)生查閱中外文資料，閱讀化工分離工程的專題文獻(xiàn)，撰寫讀書(shū)報(bào)告，撰寫專題論文，制作 PPT演講稿等，以加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際。

總之，在專業(yè)認(rèn)證的大背景下，結(jié)合化工專業(yè)認(rèn)證培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，我們?nèi)フ{(diào)整和改進(jìn)化工分離工程課程的課堂教學(xué)內(nèi)容和方式方法，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激勵(lì)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，提高了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提高了學(xué)生的化工分離工程意識(shí)和綜合素質(zhì)。為其將來(lái)從事化工過(guò)程的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、建設(shè)和科學(xué)管理打下牢固的化工工藝基礎(chǔ)。今后我們也將在不斷優(yōu)化中進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。