杨仲禹，关亚楠，段二红

(河北科技大学环境科学与工程学院，河北 石家庄 050018)

固体吸附法是一种通过固体吸附剂吸附污染物的方法。其中，高效低耗碳基多孔材料的合成成为关键。金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是一系列以无机金属离子或金属簇为中心，以有机配体为连接剂，在一定条件下，通过化学键之间的配位作用，自组装合成的具有永久孔隙度的开放式新型多孔晶体骨架材料[1]。经科研人员们的研究发现，以MOFs为牺牲模板，通过在高温惰性氛围中对其热解碳化制备的MOFs衍生碳基材料在一定程度上既保留了原生MOFs的部分优点，如丰富的孔隙率，大比表面积和良好拓扑结构等，同时还可以克服上述缺点，且由于MOFs中含有大量的金属节点和杂原子(N，P，S等)，因而高温热解制得的MOFs衍生碳基材料相较于传统碳材料往往具有更优异的性能。为此，以自主制备金属骨架基多孔炭材料作为吸附剂为目的，针对环境工程本科生开设的高温热解合成吸附剂实验教学课程为为未来环境治理工程实践中吸附法的学习打下良好的基础。

但依照传统实验教学课程培养模式，理论与实践结合不紧密，理论知识传授过程中过于注重材料合成机理的讲解，实践操作过程中仅仅以特例展示为主，不利于学生逻辑思维的创造性培养，学生的主观能动性往往不高，动手能力不强，理论知识难以得到巩固与应用[2]。由Spady等人基于学习成果提出的目标导向教育(outcome based education，OBE)是一种以学生为主的教育模式，基于实现学生特定学习产出的OBE教育理念视教育结构和课程为手段[3-4]，采用动态实时的方式拟定培养目标，以拓展学生自主发现和解决实际问题为原则，注重实践过程中实用性技能的训练，将理论和实践紧密结合，突出拓展解决开放性复杂工程问题的能力[5]。为此，以环境工程本科生为讲授对象，以高温热解合成的吸附剂应用于解决吸附净化工程问题为目标，实时追踪国内外前沿动态，引导学生将理论用于实践，培养其逻辑思维能力，提升其发现问题，解决问题的综合能力。

1 高温热解合成吸附剂实验教学要求的确定

1.1 知识与技能

(1)学生能够了解吸附剂合成基本原理；(2)学生能够独立使用一系列相关设备完成吸附材料的合成；(3)学生能够掌握吸附剂材料基本表征方法，并进行初步的分析。

1.2 实验教学过程与方法

(1)使用网络平台上传学前资料，培养学生课前自主预习能力；(2)系统讲授吸附剂合成基本原理；(3)以网络虚拟实验室和现实催化实验室为基础，学习相关仪器工作原理和操作规程；(4)以小组为单位依次独立进行吸附剂合成实验；(5)将制备的材料进行表征，通过文献调研与小组间讨论初步评估材料的吸附性能。

1.3 感情态度与价值观

学生通过线上自主预习，线下老师讲授，虚拟实验室和现实实验室对比，亲自动手进行实验操作，文献资料的查询和相互讨论，逐步引导学生将理论知识应用于实践应用，培养其创造性逻辑思维，贯彻从实际出发，善于发现问题，解决问题的意识。

2 实验教学方法

2.1 方法设计与改进

利用 BOPPPS 教学方法设计实验教学过程结构，如表1所示。

表1 BOPPPS 教学设计Table 1 BOPPPS teaching design

2.2 实验教学环节设计

(1)线上自主预习，激发学习热情

通过学习软件，上传预习资料，包括：相关课件、文献、视频等，突出吸附净化过程在环境领域的重要地位，表明吸附剂的合成是该治理方法的关键，从而激发学生学习热情，促进其主观能动性。

(2)线下认真讲授，巩固基础知识

线下讲授过程中，利用板书和多媒体相结合的方式，有利于学生更加便捷、深入的理解所传授的知识理论。其内容为：①在线上自主学习吸附净化过程和吸附剂重要作用基础上，配合材料合成基本原理以及国内外著名科学家相关事例，通过文字、图片、视频的展示，讲解吸附剂发展历史。②通过改变PPT切换方式，活跃课堂气氛，提升学生专注力的同时详细讲授吸附剂合成具体实验操作流程，见图1所示。③概况总结讲解要点，以小组为单位讨论合成过程反应条件的变化对吸附剂合成可能的影响。

(3)“虚拟”与“现实”，旧知联新知

利用网络虚拟实验室，初步认识各类仪器设备，了解各类仪器基本工作原理。虚拟仿真实验的建设为学生提供了课外学习的良好机会，实验也可以反复模拟，多次学习，也实现了多个实验的对比，实验收获大、实验可摸索的范围增多、实现了全日可以实验的要求，并且锻炼了思考能力，增强了对实验的兴趣。同时通过现实催化实验室，近距离接触操作仪器设备，从而尽快熟练掌握各种仪器的使用操作规程和实验具体流程，显著提高学生个人动手能力。

(4)总结回顾，应用拓展

学生互相讨论吸附材料合成实验过程遇到的问题和相应解决方案，教师总结点评整体教学情况。教师布置课后练习，重点考察学生对理论知识的掌握、实验仪器的使用、数学模型的应用以及制备吸附材料活性分析，并与自媒体平台相结合，利用课堂之外自媒体平台的在线学习进行知识的巩固与拓展，合理利用时间进行个性化的指导和帮助，确保每个学生都能完全掌握知识点。

2.3 实验教学流程图

实验教学流程图如图2所示。

图2 实验教学流程图Fig.2 Experimental teaching chart

3 教学考核方式与成绩评定改进

输出性成果的考核是OBE理念教学评定的关键，在实验教学课程中可以采用线上预习+课堂表现+课后练习相结合的方式。线上预习以完成教师上传任务点进度情况进行量化计算；课堂表现包括：考勤、提问、操作和讨论等形式实现评定的量化计算；课后练习以内容完整性、结果准确性及格式规范性实现考核的量化计算。综合成绩以三方面考核因素所占百分比最终确定。

4 结 语

基于导向教育的吸附剂合成实验教学设计，强调理论联系实践，利用线上平台和线下讲授，对比“虚拟”和“现实”，突出成果性输出，有效培养学生逻辑思维能力，注重紧密结合工程实践和实验条件精准控制，通过对实验的摸索，提高学习能力和实践创新能力。