OBE理念下氣相色譜原理教學設計*

任紅威，張金鋒，蘇昭桂，孫忠強

(河北科技大學環境科學與工程學院，河北 石家莊 050018)

成果導向教育(OBE)是一種學生學習成果為導向的，強調學生為主的教育模式。最初年由Spady[1]在《以成果為本的教育：爭議和答案》中提出，我國《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》中也指出了突出學生中心，突出產出導向，和突出持續改進的要求[2-5]。本文嘗試基于OBE理念對化工安全類課程中氣相色譜原理內容教學設計進行改革探索。

1 氣相色譜原理課程教學要求的確定

1.1 知識與技能

(1)了解色譜的概念；(2)學生能說出色譜儀的主要組件；(3)學生能根據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(原理的應用)以及檢測應用(儀器的應用實例)三方面完成一個完整體系結構的學習。(2)學生通過動手做色譜實驗，理解色譜原理。(3)根據觀看氣相色譜檢測過程視頻和儀器結構圖，通過小組討論掌握色譜檢測原理，并熟悉儀器的結構。(4)體驗儀器在檢測實例中的應用達到學以致用的目的。

1.3 感情態度與價值觀

學生通過動手做實驗和團隊討論理解原理，培養學生從實際出發考慮問題的意識。從色譜的歷史故事了解科學家是如何從生活中一件小事出發，再一步步探索、歸納，將原理應用到實際應用，學生能夠更多的關注生活，并體會到每一個偉大創造的整個思考過程，同時樹立在科學問題上不迷信權威的信念。

2 學情分析及教學預測

2.1 學情分析

(1)課程授課對象為安全工程本科三年級學生，學生的化工原理和物理化學等基礎知識較扎實，有利于本課程的學習，同學們思維較活躍，課堂氣氛較好，大多數學生在教師引導下能夠積極參與課堂討論和學習。(2)學生已具備基礎實驗操作基礎知識，已學習了化工原理的基礎理論，對化學物質的分離過程有了初步的認識，具有一定的實驗基礎，但對實際工業生產中的色譜法檢測方法缺乏系統性的認識，需要在本章學習中予以細化。(3)學生具有一定的自行思考的方法與能力。(4)學生團隊合作與交流的能力比較強。

2.2 教學預測

(1)該專業的學生已學習了有機物和無機物一般性檢測等相關科學，對化工生產中為物質分離有一定的學習興趣，教學過程中，通過講解化工生產中的一種檢測方法，可激發學生的學習興趣。(2)學生已初步建立了安全生產的思維模式，但是關于將色譜檢測技術應用到安全生產的方法并不十分了解，因此在本課程教學中應結合實例，培養學生對色譜法檢測生產中各類化合物的興趣，讓學生逐漸建立定性和定量分析的思維方法。

3 教學方法

3.1 教學策略選擇與設計

采用BOPPPS教學方法進行課堂教學過程的結構設計。

表1 BOPPPS教學設計表

3.2 教學環節的設計

第一個環節：課程回顧，溫故引新

首先展示給學生事故案例，說明事故的起因是物料泄漏，后果為產生有毒有害物質，嚴重危害生產、人體和環境。然后以提問的方式引出新問題，比如不同類型的物質如何檢測，儀器有哪些等等。提問學生在生活中有沒有見過或用過類似的檢測，再進一步討論這些檢測過程是如何設計出來的。設計意圖為從學生從生活中經常接觸到的測量實例導入這節課要講的內容，一來可以貼近學生的生活，讓學生產生親切感，調動學生求知欲；二是可以了解學生在檢測方面的認知情況，使學生在最近發展區基礎上學習新知識。

第二個環節：明確學習目標，做到有的放矢

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

第三個環節：創設情境，探索新知

學生動手做色譜實驗，實驗過程中教師以提問的方式啟發學生從動手結果分析，找出規律(1)色譜現象中的物質有哪些？是水、紙，還是色素；(2)色譜現象中的作用力有哪些？是不是吸附，在此基礎上引出色譜原理；(3)色譜現象能做什么呢？如何從物質分離延伸一種儀器的發明。設計意圖為學生對色譜的現象有個明確而鮮活的認知，對原理有較深刻的認識，同時也使學生對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生產生鮮明的認知，使學生看到儀器實物照片，再對比之前自己做的實驗，猜測儀器可能結構和各部分的可能作用。給學生講解歷史上的色譜之父的故事，他就是從一個小的實驗，深入再深入的思考，再加上超強的行動力，創造了色分離理論。再講由于當時受到權威科學家的排斥，這樣成果沒有得以推廣，錯失三次諾貝爾獎的故事。整個動手操作色譜實驗的設計意圖為從色譜的歷史故事讓學生們了解科學家是如何從生活中一件小事出發，再一步步探索、歸納，將原理應用到實際應用，學生能夠更多的關注生活，并體會到每一個偉大創造的整個思考過程，樹立學生不迷信權威的信念。

第四個環節：討論匯總，學習新知

組織學生討論，讓學生結合給出的氣相色譜原理，并對比自己做的實驗，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要理論，使學生有明確的認知。最后通過師生合作分析色譜儀的結構，先在空白紙上畫出大致的儀器結構，教師再展示出實際的色譜儀結構圖，討論對比草圖和真實圖的區別。此部分設計意圖為使學生實現從理論到實際應用的轉變，動手繪圖的過程也有助于將學生注意力集中到課堂。

第五個環節：舊知聯新，應用拓展

通過師生共同分析課程初始的事故案例，使學生在思考例子的過程中回憶本堂課講解的內容，學會解決實際的復雜工程問題，做到融會貫通。

第六個環節：總結回顧，梳理新知

教師點出本次課程的主題，學生回答具體內容，教師向學生介紹儀器最新發展，啟發學法的創新意識。

教學過程中還需要設計相應的互動環節，分為線下和線上兩種形式。

線下的課堂互動包括(1)學生跟隨老師一起做一個簡單的色譜實驗，令學生對色譜的現象有個明確而鮮活的認知，對原理有較深刻的認識。(2)組織多種形式的課堂討論。如啟發式提問引起課堂討論：啟發學生根據色譜現象的分析，從存在的物質和存在的作用力入手，討論如何將一個原理應用到儀器的制備，以及在生產中應用的條件。還有如教師舉出一種物質，學生們分組討論這種物質的特點，判斷其是否可采用氣相色譜分析，然后再此基礎上確定可以氣相色譜的應用范圍，教師加以點評。老師起引導作用，主要鍛煉同學利用所學知識分析問題解決問題的能力。

線上互動主要包括兩種，一種是在藍墨云APP建立討論板，展開以下內容討論，并及時評價：(1)簡單介紹氣相色譜儀的基本組成，說明各組成部分的作用？(2)說明熱導池檢測器、氫火焰離子化檢測器、電子捕獲檢測器的工作原理、及各自對哪些物質能產生響應信號？(3)色譜柱是如何實現對不同性質組分的分離的？另外還可以在微信群、QQ群隨時回答解決同學的問題。

3.3 板書設計

左側為多媒體屏幕，右側為板書部分，兩部分相互配合。

黑板設計為黑板左側書寫章節的大標題及小標題之間的邏輯關系思維導圖。(1)通過向學生們展示氣相色譜儀運行過程的視頻，提問色譜分離物質的原因，引出這節課的內容。同時在黑板上寫出這節課的題目。(2)通過簡單繪制儀器結構的方框圖和觀看多媒體課件中儀器實物復雜結構圖，在黑板上繪制色譜原理、儀器組件以及應用的思維導圖。

由于現代信息媒體PPT承載信息量大，便于處理圖片、利于內容的全面闡述等特點，因此可以結合教學內容制作符合學科特點的多媒體課件，設計內容為(1)配合原理的講解，展示各種能夠說明原理的圖片。(2)用多媒體動態視頻演示的方式展示內容，課堂生動活躍，將采樣技術的操作與現代多媒體的多種展現手段結合，學生興趣濃厚，印象深刻。(3)利用PPT將本章的重點進行總結、強化以及分析如何做色譜檢測實驗，并留下課后討論題目。

3.4 教學流程圖

圖1 教學流程圖

4 教學考核方式與成績評定的持續改進

采用學分激勵模式與成果導向的課程考核方式，注重過程性評價。采取平時表現與結課考試相結合的形式，尤其可適當加大平時表現的分值比重。平時表現可采用考勤、作業、提問等方式實現量化考核；結課考試的題型、難易程度等確定。

通過OBE教學模式的運用，可使得理論課程和實踐課程相結合、線上教學與線下課堂相結合，學生將獲得多形式、形象化、深入化的知識，實現教、學、做一體化。