基于地域特征的《大氣污染控制工程》課程的教學(xué)改革探索*

劉海軍，孫冰潔

(安慶師范大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，安徽 安慶 246133)

《大氣污染控制工程》是全國高等院校環(huán)境類專業(yè)本科生和研究生培養(yǎng)的一門重要的專業(yè)課程，在環(huán)境污染治理領(lǐng)域有著重要地位[1]?？v覽大氣領(lǐng)域，環(huán)境空氣質(zhì)量雖有所改善，但污染形勢依然嚴(yán)峻，大氣污染會對人體產(chǎn)生嚴(yán)重影響。就目前來說，顆粒污染物仍是大氣環(huán)境的重要污染物之一，并且隨著其來源和組成的日益混雜，以細(xì)顆粒物和臭氧污染為主的復(fù)合型污染變本加厲[2]；溫室效應(yīng)、霧霾等大氣污染問題仍不容樂觀，并對我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有一定的制約作用。為減輕大氣污染，改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，迫切需要更多的創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才。高校作為人才培養(yǎng)的重要陣地，承擔(dān)著為社會提供高質(zhì)量人才的使命[3]。因此，將工科屬性較強(qiáng)的《大氣污染控制工程》課程的講授過程變得通俗易懂、特色鮮明，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)并提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，對培養(yǎng)大氣污染控制領(lǐng)域?qū)I(yè)人才至關(guān)重要。安徽省安慶市地處皖江流域，是典型的石油化工城市，其仍處于經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展階段，目前城區(qū)現(xiàn)存工礦企業(yè)400余家，年均GDP增速達(dá)19.69%。石油化工、輕紡食品、建筑材料、機(jī)械電子是安慶市的四大支柱工業(yè)，而石油化工產(chǎn)業(yè)更是躋身排名第一位[4-5]。石油化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在給人們帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時，也帶來了較為嚴(yán)重的大氣環(huán)境污染，直接影響著居民的身體健康。為培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、具有創(chuàng)新意識的大氣環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域高級工程技術(shù)人才，將《大氣污染控制工程》課程講授結(jié)合皖江地域大氣污染現(xiàn)狀，對該課程的課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等方面進(jìn)行了系列改革與探索研究。

1 《大氣污染控制工程》教學(xué)的主要問題

在以往教學(xué)中，《大氣污染控制工程》課程的教學(xué)內(nèi)容往往受到授課學(xué)時限制，無法將所有內(nèi)容詳細(xì)展開，學(xué)生對深奧的內(nèi)容亦無法理解，在有限課時內(nèi)深入淺出地講授教學(xué)內(nèi)容顯得尤為關(guān)鍵；同時，大氣污染控制理論與技術(shù)不斷推陳出新，常規(guī)書本教材無法及時更新，教學(xué)內(nèi)容滯后不利于學(xué)生了解大氣領(lǐng)域的最新進(jìn)展；而且，除卻第一課堂，學(xué)生極為缺乏實(shí)驗(yàn)?zāi)M、工程實(shí)驗(yàn)，以及大氣污染現(xiàn)場監(jiān)測與治理等環(huán)節(jié)的第二課堂的鞏固練習(xí)，對大氣污染治理理論與技術(shù)以及設(shè)備工藝的了解僅限于課本，對適用于石油化工行業(yè)這種特定領(lǐng)域的大氣污染防控理論與技術(shù)更知之甚少，難以做到理論聯(lián)系實(shí)際，缺乏動手能力等問題的解決是培養(yǎng)大氣防治領(lǐng)域優(yōu)秀人才的關(guān)鍵。

2 《大氣污染控制工程》教學(xué)的改革措施

2.1 結(jié)合地域特征，優(yōu)化課程教學(xué)體系

結(jié)合石油化工行業(yè)特征，培養(yǎng)面向石油化工行業(yè)的大氣污染防治人才，為在有限課時內(nèi)做到優(yōu)質(zhì)教學(xué)，該課程教學(xué)體系調(diào)整需要做到因地制宜。石油化工企業(yè)周邊空氣污染物多以揮發(fā)性有機(jī)物(Volatile organic compounds， VOCs)和顆粒物(Particulate Matter，PM)為主[6-7]，因此，可以在《大氣污染控制工程》課程教學(xué)中將“顆粒污染物控制基礎(chǔ)”、“除塵裝置”和“揮發(fā)性有機(jī)物污染控制”等章節(jié)作為重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，較為系統(tǒng)地介紹VOCs的催化燃燒及其工藝設(shè)備、吸收/吸附工藝及其設(shè)備、冷凝系統(tǒng)工藝及其設(shè)備，以及生物法處理工藝及其設(shè)備，同時，對VOCs綜合治理、PM2.5與臭氧協(xié)同治理、VOCs和NOx協(xié)同減排、“雙碳”戰(zhàn)略行動計劃等核心理論知識進(jìn)行重點(diǎn)講授；基于石化企業(yè)位于皖江地域的特殊地理位置，可將“大氣擴(kuò)散濃度估算模式”、“氣態(tài)污染物控制基礎(chǔ)”等章節(jié)結(jié)合地域特征進(jìn)行教學(xué)，例如在 “城市大氣擴(kuò)散模式”章節(jié)教學(xué)時可將位于城市中心的石化企業(yè)作為案例，較為系統(tǒng)地介紹污染物的高架點(diǎn)源連續(xù)擴(kuò)散模式、具有逆溫的特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式、城市擴(kuò)散模式，以及煙囪高度設(shè)計與廠址選擇等重要內(nèi)容；“大氣污染和全球氣候”章節(jié)內(nèi)容在其他環(huán)境類課程中多有涉及，故可適當(dāng)刪減以減少課程負(fù)擔(dān)；及時增補(bǔ)低氮氧化物燃燒器及其理論、催化燃燒器及其理論、循環(huán)流化床燃燒器及其理論、大氣污染物天地空一體化檢測技術(shù)等與大氣污染防控密切相關(guān)的熱點(diǎn)問題和新技術(shù)，減少教材內(nèi)容滯后帶來的影響；同時，以石油化工領(lǐng)域大氣污染防治為側(cè)重點(diǎn)，圍繞石油化工企業(yè)煙氣脫硫脫硝，VOCs、多環(huán)芳烴類污染物減排與安全防控，以及石油化工行業(yè)的常見污染物高效檢測技術(shù)等，增設(shè)專家學(xué)術(shù)講座，讓學(xué)生對企業(yè)生產(chǎn)過程的大氣污染問題有一個較為深入的感觀認(rèn)知。

2.2 挖掘思政教育元素，培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)秀品質(zhì)

《大氣污染控制工程》講授內(nèi)容應(yīng)結(jié)合本課程中所蘊(yùn)涵的思政教育元素，把價值觀培育與塑造、科學(xué)創(chuàng)新思維、家國情懷與文化自信等核心素養(yǎng)融入課堂，做到內(nèi)化于心，外化于行，在精神世界上潛移默化地引導(dǎo)學(xué)生[8]。例如介紹我國在大氣污染領(lǐng)域的杰出人物事跡，挖掘人物事跡所蘊(yùn)含的德育元素，如優(yōu)良品德、艱苦奮斗、執(zhí)著信念等；再如結(jié)合我國科學(xué)家在新冠病毒的氣溶膠傳播與快速溯源等案例，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、民族自豪感以及愛國情懷。在講授大氣污染物分類時，可以引導(dǎo)學(xué)生用發(fā)展的眼光看待大氣污染物的形成過程，將排放后是否會發(fā)生化學(xué)或光化學(xué)反應(yīng)的氣態(tài)污染物科學(xué)地劃分為一次污染物或二次污染物；而在講授流體力學(xué)時，也可以幫助學(xué)生以運(yùn)動發(fā)展的眼光對待流體的層流、湍流過渡區(qū)以及湍流的不同狀態(tài)，如實(shí)地把流體看成一個可以變化發(fā)展的事物，揭示流體是變化、運(yùn)動、發(fā)展的，從而可以針對性地分析顆粒污染物在不同流體狀態(tài)下所受到的流體阻力。在講授溫室效應(yīng)、臭氧層破壞和酸沉降等全球性大氣污染問題時，則可以巧妙地引入“地球村”的概念，以期培養(yǎng)學(xué)生的主人翁意識，并積極參與生態(tài)文明建設(shè)。專業(yè)課程與思政教育的有機(jī)融合可有效提高人才核心素養(yǎng)，從而有利于培養(yǎng)有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)?shù)男聲r代大學(xué)生。

2.3 創(chuàng)新教學(xué)模式，提高第一課堂教學(xué)質(zhì)量

從教學(xué)媒介來看，隨著我國信息化技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)模式不再局限于傳統(tǒng)的板書和PPT。結(jié)合視頻、立體投影、VR互動投影等新穎方式使課程內(nèi)容更加具體化，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與積極性，更好地輔助學(xué)生對該課程知識重難點(diǎn)的理解。從教學(xué)方式來看，倡導(dǎo)“互動式”教學(xué)模式有利于打破“灌輸式”課堂的零互動與單向輸出現(xiàn)象[1]；并且，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)，既可培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，也能節(jié)省課時，從而達(dá)到更好的教育效果；同時，增加工程案例講解與分析，將理論與實(shí)際有機(jī)結(jié)合可降低理論知識的枯燥感與抽象感[9]。

2.4 構(gòu)建多維度教材體系，提供優(yōu)質(zhì)第二課堂

首先，結(jié)合皖江地域大氣污染特征制作具有典型性的《大氣污染控制工程》教學(xué)課件與教案；結(jié)合學(xué)習(xí)通、慕課等學(xué)習(xí)平臺的相關(guān)課程視頻講解，幫助學(xué)生消化第一課堂遺留的知識重難點(diǎn)，從而減輕第一課堂的授課負(fù)擔(dān)；為學(xué)生提供各種大氣污染治理工藝流程的教學(xué)視頻，尤其是與石化企業(yè)相關(guān)的大氣污染監(jiān)測與治理的實(shí)踐內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生對大氣污染防治儀器設(shè)備的了解并培養(yǎng)其操作能力；增訂與教材配套的《大氣污染控制工程例題與習(xí)題集》并建設(shè)電子試題庫，有利于學(xué)生對課堂知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)與鞏固[10]。

2.5 重視課程設(shè)計，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)開設(shè)條件

在課程設(shè)計方面，可針對石油化工行業(yè)的揮發(fā)性有機(jī)污染物和顆粒物等特征性污染物開設(shè)課程題目。以旋風(fēng)除塵器設(shè)計為例，首先讓學(xué)生查閱文獻(xiàn)了解旋風(fēng)除塵器的發(fā)展歷史，并根據(jù)煙氣特征、除塵要求、允許的壓力損失和制造條件等因素全面分析[11]，選擇適用于石油化工企業(yè)大氣除塵的旋風(fēng)除塵器類型，計算旋風(fēng)除塵器進(jìn)口截面積、入口寬度、筒體直徑等部件幾何尺寸，以及所設(shè)計旋風(fēng)除塵器的除塵效率，最后利用計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)或手工繪圖等方式呈現(xiàn)設(shè)備的三視圖與煙氣除塵工藝流程圖。在課程設(shè)計推進(jìn)過程中，指導(dǎo)老師應(yīng)定時檢查計劃進(jìn)度，及時答疑解惑，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和動手能力[12]。該課程涉及的工藝流程多，應(yīng)系統(tǒng)開設(shè)實(shí)驗(yàn)輔助學(xué)生對各項工藝原理的理解。實(shí)驗(yàn)開設(shè)欄目可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件進(jìn)行，例如環(huán)境空氣中苯系物測定、石化廠區(qū)的二氧化硫采集與監(jiān)測、二氧化硫在線監(jiān)測模擬等。為培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力，可將實(shí)驗(yàn)類型分為綜合實(shí)驗(yàn)和個人設(shè)計實(shí)驗(yàn)，后者需要學(xué)生根據(jù)老師給定的題目設(shè)計方案并開展。

2.6 增加見習(xí)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生感性認(rèn)識

為進(jìn)一步提高學(xué)生的業(yè)務(wù)素質(zhì)和實(shí)踐能力，在教學(xué)過程中應(yīng)增加企業(yè)見習(xí)環(huán)節(jié)。重點(diǎn)選擇中國石化安慶分公司、中國化學(xué)、安徽曙光化工、西南石油國家檢測中心等石油化工企業(yè)作為見習(xí)單位，在專業(yè)老師帶領(lǐng)下，開展為期2～3周的駐崗見習(xí)活動。通過現(xiàn)場學(xué)習(xí)與實(shí)踐，并輔以專業(yè)技術(shù)人員講解，增強(qiáng)學(xué)生對VOCs、SO2、顆粒物等大氣污染治理工藝與設(shè)備儀器的感性認(rèn)識，為走向工作崗位夯實(shí)基礎(chǔ)。為防止見習(xí)環(huán)節(jié)趨于形式化，專業(yè)人員需在見習(xí)前向?qū)W生詳細(xì)介紹見習(xí)的內(nèi)容與流程，預(yù)先設(shè)置問題讓學(xué)生在見習(xí)中找答案；同時，要求學(xué)生積極參與相關(guān)儀器設(shè)備的實(shí)訓(xùn)操作和相關(guān)工藝的生產(chǎn)維護(hù)，并結(jié)合親身體驗(yàn)認(rèn)真撰寫見習(xí)報告。見習(xí)結(jié)束后由專業(yè)教師和企業(yè)技術(shù)人員共同評定見習(xí)效果。

2.7 改變考核模式，實(shí)行多元化考核指標(biāo)

將期末考試成績加上平時成績作為學(xué)生課程的最終成績是高等院校最常見的課程評定方式[13]。針對《大氣污染控制工程》課程，可降低期末考試成績比重，提高平時成績比重，以培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)，提高課程教學(xué)質(zhì)量。平時成績的考核范圍不應(yīng)只涉及課堂表現(xiàn)，還可以結(jié)合課程設(shè)計環(huán)節(jié)、課程實(shí)驗(yàn)、見習(xí)環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行多元化考核。期末考試內(nèi)容可結(jié)合大氣污染防治的理論與技術(shù)，以及皖江地域大氣污染特征增加開放性試題，更好地檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性科學(xué)思維。

3 教學(xué)改革探索預(yù)期成果

通過本次教學(xué)改革的實(shí)踐，基于地域特征的《大氣污染控制工程》課程教學(xué)改革探索預(yù)期成果具體表現(xiàn)在：(1)學(xué)生在大氣污染防治領(lǐng)域的核心素養(yǎng)得到有效提升，學(xué)習(xí)興趣與積極性得到充分提高；(2)學(xué)生在大氣污染防治領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論得到強(qiáng)化，動手操作能力和創(chuàng)新能力增強(qiáng)，更加符合新時代應(yīng)用型人才的要求；(3)結(jié)合地域特征的大氣污染防治教學(xué)使學(xué)生對皖江地域大氣污染特征及石油化工企業(yè)大氣污染有更深層次了解；(4)在教學(xué)改革探索的過程中不斷增強(qiáng)授課老師的業(yè)務(wù)能力，提升課程教學(xué)質(zhì)量，打造一門有價值的精品課程。

4 結(jié) 語

《大氣污染控制工程》課程工程屬性較強(qiáng)、知識面較廣、往往晦澀難懂，迫切需要通過不斷改革探索適用于該課程的教學(xué)模式，以提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)大氣領(lǐng)域技術(shù)人才?；谕罱赜虼髿馕廴咎卣?，本文從優(yōu)化教學(xué)體系，結(jié)合思政教育元素，提升第一課堂和第二課堂教學(xué)質(zhì)量，創(chuàng)新教學(xué)媒介與教學(xué)模式，重視課程設(shè)計、實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)及見習(xí)環(huán)節(jié)，實(shí)行多元化考核標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行課程探索與優(yōu)化，全面提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，重視學(xué)生的創(chuàng)新能力，以期培養(yǎng)出符合新時代特定行業(yè)要求的創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才。