多媒體技術(shù)和專家系統(tǒng)在環(huán)境管理教學(xué)中的應(yīng)用研究

王淑勤，趙學(xué)娟，蘇春榮

（1.華北電力大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北 保定 071003；2.水利部海委引灤工程管理局，河北 遷西 064309）

“環(huán)境管理與法規(guī)”是環(huán)境工程專業(yè)的必修課之一。該課程主要圍繞整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)-自然環(huán)境系統(tǒng)，向?qū)W生介紹環(huán)境管理思想與理論的產(chǎn)生和發(fā)展，環(huán)境管理的原則與方法，以及我國(guó)環(huán)境管理的方針政策、法規(guī)、制度、管理體系和法律體系，培養(yǎng)學(xué)生預(yù)防和管理各種環(huán)境問(wèn)題的能力。

為了體現(xiàn)我?！A北電力大學(xué)的辦學(xué)特色，筆者自編了《電力企業(yè)環(huán)境管理與法規(guī)》教材，突出電力學(xué)科特點(diǎn)，內(nèi)容不僅涵蓋火電、核電環(huán)境管理與法規(guī)，還包括水電的環(huán)境管理與法規(guī)。

環(huán)境管理與法規(guī)課程綜合性強(qiáng)，文字講解和敘述內(nèi)容多，內(nèi)容涉及面廣，知識(shí)的系統(tǒng)性不強(qiáng)，學(xué)生不容易掌握。為此，我們從以下幾方面進(jìn)行改革以提高教學(xué)效果。

1 利用多媒體課件、網(wǎng)絡(luò)視頻輔助教學(xué)

用多媒體教學(xué)不僅靈活、直觀，使學(xué)生增強(qiáng)感性知識(shí)，也給教師提供了巨大的發(fā)揮和引導(dǎo)空間［1-2］。我們搜集視頻、照片、圖片等資料制作多媒體課件，形象、生動(dòng)地表達(dá)環(huán)境管理與法規(guī)的內(nèi)容，解決了環(huán)境管理體系內(nèi)容中文字講解和敘述多，學(xué)生不容易記憶、條理不清晰的問(wèn)題，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，收到良好的教學(xué)效果。例如用湖泊和水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化污染照片，可以使學(xué)生清楚地看到水面被污染后顏色發(fā)綠，上面漂浮藻類植物的情況（見(jiàn)圖1）。

圖1 湖泊和水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化污染

我國(guó)是水電資源豐富的國(guó)家，但是大部分水電資源并未開(kāi)發(fā)利用，已開(kāi)發(fā)的僅有20%左右，而國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已達(dá)60%以上。中國(guó)最優(yōu)水能資源多數(shù)位于西南高山峽谷地區(qū)，這些地區(qū)雨量充沛、人口較少，適宜大力發(fā)展水電建設(shè)。因此，在較長(zhǎng)一段時(shí)期，優(yōu)先發(fā)展水電是我國(guó)能源發(fā)展的一個(gè)戰(zhàn)略方針，要使學(xué)生對(duì)我國(guó)發(fā)展水電的政策、加強(qiáng)水電管理的內(nèi)容有清晰的認(rèn)識(shí)。

然而，我國(guó)以煤炭為主的能源格局在短時(shí)期內(nèi)不會(huì)改變，以煤電為主的電力工業(yè)格局在未來(lái)二三十年內(nèi)也不會(huì)改變，電煤消費(fèi)量很大。從圖2可以看出，2005—2012年我國(guó)電煤消費(fèi)量持續(xù)增長(zhǎng)。二氧化碳等有害氣體的排放是制約火力發(fā)電發(fā)展的最大因素。通過(guò)觀看火力發(fā)電廠排煙污染的視頻和圖片資料，學(xué)生更能夠理解大氣環(huán)境管理的重要性。

2 采用典型案例教學(xué)法提高教學(xué)效果

案例教學(xué)法是一種對(duì)培養(yǎng)學(xué)生能力和提高學(xué)生素質(zhì)很有效的教學(xué)方法［3］，案例教學(xué)更容易做到理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性［4-5］。在教學(xué)中，我們緊密結(jié)合我國(guó)的電力行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，將體現(xiàn)我校電力特色的環(huán)境管理與法規(guī)的教學(xué)內(nèi)容制作成圖表，作為典型案例講授。

圖2 2005—2012年我國(guó)火力發(fā)電量和電煤消費(fèi)量

在我國(guó)環(huán)境管理和污染防治實(shí)踐中，電力行業(yè)環(huán)境保護(hù)已經(jīng)形成了由政策法規(guī)、排放標(biāo)準(zhǔn)、管理辦法和若干規(guī)定組成的環(huán)境管理體系文件，并有相對(duì)完善的管理體制（見(jiàn)圖3）。電力行業(yè)的環(huán)境管理體系包括電力行業(yè)自身的環(huán)境管理和環(huán)境管理部門對(duì)電力行業(yè)的管理兩方面的內(nèi)容。由于電力行業(yè)涉及能源和土地利用等其他相關(guān)的部門，因此，電力行業(yè)環(huán)境保護(hù)的內(nèi)容在這些部門的法律、法規(guī)中也有所體現(xiàn)［6］。結(jié)合圖片學(xué)生更容易理順電力行業(yè)環(huán)境管理體系的內(nèi)容和相互關(guān)系。

圖3 電力行業(yè)環(huán)境管理的體系

目前電力行業(yè)環(huán)境管理制度主要有以下6項(xiàng)：

（1）“三同時(shí)”：規(guī)定新建、擴(kuò)建、改建電力項(xiàng)目必須遵守“三同時(shí)”（同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投入生產(chǎn)使用）制度，“三同時(shí)”是環(huán)境污染防治資金投入的主要渠道；

（2）排污收費(fèi)制度：《排污費(fèi)征收使用管理?xiàng)l例》規(guī)定裝機(jī)容量30萬(wàn)kW以上的電力企業(yè)排放SO2的數(shù)量，由省、自治區(qū)、直轄市人民政府環(huán)境保護(hù)行政主管部門核定；污染物排放種類、數(shù)量經(jīng)核定后，由負(fù)責(zé)污染物排放核定工作的環(huán)境保護(hù)行政主管部門書面通知排污者；

（3）排污許可證制度：對(duì)所有電廠排放的SO2實(shí)施排污許可證制度；

（4）限期治理：凡沒(méi)有達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)實(shí)行限期治理；

（5）污染物總量控制制度：1996年國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)《九五期間全國(guó)污染物排放總量的控制計(jì)劃》；2003年修訂的《大氣法》明確規(guī)定國(guó)家要采取措施，有計(jì)劃地控制或者逐步削減各地方主要的大氣污染物的排放總量；國(guó)務(wù)院和?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）政府對(duì)尚未達(dá)到規(guī)定的大氣環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)的區(qū)域和國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)劃定的酸雨控制區(qū)、SO2污染控制區(qū)，可以劃定為主要大氣污染物總量控制區(qū)；

（6）實(shí)行關(guān)停并轉(zhuǎn)：對(duì)于采取限期治理不能達(dá)標(biāo)排放或污染十分嚴(yán)重的企業(yè)，實(shí)行關(guān)停并轉(zhuǎn)。

表1為電廠重要環(huán)境因素識(shí)別清單，明確環(huán)境管理制度和環(huán)境因素產(chǎn)生的污染物，對(duì)新老污染源的預(yù)防和控制起到了非常重要的作用。

圖4是我國(guó)某河流干流斷面的總磷與流量的關(guān)系圖?？梢钥闯觯髁颗c總磷濃度呈正相關(guān)，即流量增加，總磷的濃度也升高。就總磷而言，主要是面源污染。圖5為某水庫(kù)氨氮與水量的變化趨勢(shì)圖，可以看出，來(lái)水量少時(shí)氨氮的濃度較高。20世紀(jì)90年代后期，由于該水庫(kù)的來(lái)水量急劇下降，氨氮的含量升高，特別是2000年水庫(kù)的來(lái)水量及庫(kù)容為歷史上最低點(diǎn)，氨氮含量增加很明顯。通過(guò)這樣的案例，加強(qiáng)水庫(kù)氨氮監(jiān)測(cè)和環(huán)境管理、防止水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化污染的必要性已不言而喻。

表1 某電廠重要環(huán)境因素識(shí)別清單

3 開(kāi)發(fā)專家?guī)椭到y(tǒng)提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣

計(jì)算機(jī)仿真可以作為實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的等效描述，能以其獨(dú)有的技術(shù)和效果為學(xué)生提供一個(gè)良好的多通道學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和訓(xùn)練創(chuàng)造性思維的氛圍，強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)，改進(jìn)學(xué)生的思維模式。

例如水電開(kāi)發(fā)需要建設(shè)水庫(kù)蓄水［7-9］，關(guān)于水庫(kù)管理方面資料較少，而且以文字?jǐn)⑹鰹橹?，學(xué)生學(xué)習(xí)效果不夠好。我們結(jié)合教學(xué)改革項(xiàng)目，到水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)搜集資料，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)了一個(gè)內(nèi)容詳盡、操作簡(jiǎn)單的專家?guī)椭到y(tǒng)，并將其附在水庫(kù)管理系統(tǒng)之中［10］。該專家?guī)椭到y(tǒng)能及時(shí)地將在線監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析并提出改進(jìn)方案，給學(xué)生和工作人員帶來(lái)極大的方便，使學(xué)生對(duì)水庫(kù)環(huán)境管理的認(rèn)識(shí)更加深刻、業(yè)務(wù)水平大大提高，對(duì)水庫(kù)的運(yùn)行管理也有很大的幫助。

圖4 某河干流斷面的總磷與流量的關(guān)系

圖5 某水庫(kù)氨氮與水量的關(guān)系

專家系統(tǒng)（expert system，ES）是一個(gè)具有大量的專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)。專家系統(tǒng)可被看作一類具有專門知識(shí)的計(jì)算機(jī)智能程序系統(tǒng)，它能根據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過(guò)程，以便解決那些需要人類專家處理的復(fù)雜問(wèn)題，是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。不同領(lǐng)域、不同類型的專家系統(tǒng)，它們的體系結(jié)構(gòu)和功能雖有一定差異，但它們的組成基本一致，主要由知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、解釋機(jī)制、知識(shí)獲取和用戶界面等6部分組成［11-12］。

在知識(shí)表示與獲取方面，由相關(guān)領(lǐng)域的所有人員參與構(gòu)造多個(gè)專家系統(tǒng)共用的標(biāo)準(zhǔn)化知識(shí)庫(kù)，將相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)盡可能多地放在知識(shí)庫(kù)中，特別是對(duì)于領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識(shí)，應(yīng)該整理、歸類并加入知識(shí)庫(kù)，使知識(shí)庫(kù)時(shí)刻包含本領(lǐng)域內(nèi)所有已知的知識(shí)［13］。在該知識(shí)庫(kù)基礎(chǔ)上，不同的專家系統(tǒng)，依據(jù)不同的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)自動(dòng)學(xué)習(xí)功能［14-16］。

Visual Basic提供了開(kāi)發(fā)Windows應(yīng)用程序最迅速、最簡(jiǎn)潔的方法，它提供了一整套工具，供用戶開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序［17］。Visual Basic是目前軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言中最簡(jiǎn)單、最容易掌握、使用最廣泛的語(yǔ)言

水庫(kù)專家咨詢幫助系統(tǒng)擬定由知識(shí)庫(kù)，推理機(jī)和人機(jī)界面組成，該系統(tǒng)依托水庫(kù)的上位機(jī)，預(yù)定實(shí)現(xiàn)以下咨詢幫助功能：

（1）水庫(kù)的運(yùn)行監(jiān)視和運(yùn)行維護(hù)咨詢幫助，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)水庫(kù)中水體的各項(xiàng)指標(biāo)，并對(duì)某些特殊指標(biāo)（重金屬離子，有毒化學(xué)物質(zhì)等）實(shí)施預(yù)警設(shè)置；

（2）水庫(kù)的工作原理和常用術(shù)語(yǔ)咨詢幫助。

知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)［18-19］具有與其他開(kāi)發(fā)工具不同的范圍和適用性：

（1）知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)適用范圍廣，具有強(qiáng)大的通用性；

（2）知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)是一種基于邏輯的人工智能（AI）開(kāi)發(fā)工具。

知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)信息存儲(chǔ)量巨大，可應(yīng)用于信息量極大的知識(shí)處理系統(tǒng)?？梢越ccess數(shù)據(jù)庫(kù)，包括水庫(kù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖、相關(guān)計(jì)算、水質(zhì)評(píng)價(jià)、基本概念和術(shù)語(yǔ)、水污染監(jiān)督管理制度等5部分內(nèi)容，可以評(píng)價(jià)水質(zhì)、查找污染原因、分析解決措施、學(xué)習(xí)相關(guān)法律法規(guī)、進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算。

專家?guī)椭到y(tǒng)以河北省某水庫(kù)多年的完整記錄為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，繪制出實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)圖，可直觀顯示水庫(kù)水量、高錳酸鹽指數(shù)等各項(xiàng)指標(biāo)變化情況，實(shí)時(shí)繪出動(dòng)態(tài)曲線。顯示界面充分結(jié)合了用戶需求和水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)情況，真正做到了水庫(kù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（見(jiàn)圖6），實(shí)現(xiàn)了水庫(kù)管理信息化、智能化，為學(xué)生和水庫(kù)管理人員帶來(lái)了寶貴的水庫(kù)環(huán)境管理經(jīng)驗(yàn)。

利用 Visual Basic 6.0建立了良好的人機(jī)交互界面，具有添加、刪除、修改等管理功能，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中采用treeview（樹(shù)狀瀏覽）控件，信息呈現(xiàn)樹(shù)狀層次，使主、細(xì)目關(guān)系更加清晰，并在RichTextbox控件中顯示內(nèi)容，使其文本大小不受限制，體現(xiàn)了作為一個(gè)幫助系統(tǒng)所應(yīng)具有的靈活性和透明性，特別適用于多級(jí)信息的分類檢索，是多級(jí)選（菜）單所無(wú)法比似的。

圖6 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖

經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種水庫(kù)環(huán)境管理知識(shí)的查詢、添加、刪除、瀏覽及打印功能，具有很強(qiáng)的通用性，并且能脫離開(kāi)發(fā)環(huán)境，在 Windows系統(tǒng)環(huán)境下獨(dú)立運(yùn)行，是學(xué)生學(xué)習(xí)的好工具、水庫(kù)運(yùn)行和管理人員工作的好幫手，亦可供從事水庫(kù)環(huán)境管理工作的科研、教學(xué)、培訓(xùn)等技術(shù)人員參考。

4 結(jié)束語(yǔ)

將動(dòng)態(tài)多媒體教學(xué)課件用于課堂教學(xué)時(shí)，增強(qiáng)了所授知識(shí)的直觀性、條理性和趣味性，使學(xué)生增強(qiáng)感性知識(shí)、加深印象，特別是能幫助學(xué)生克服在環(huán)境管理與法規(guī)的學(xué)習(xí)中概念抽象、法律關(guān)系復(fù)雜難理解的問(wèn)題，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例以及所開(kāi)發(fā)的專家?guī)椭到y(tǒng)，用于學(xué)生自學(xué)輔導(dǎo)、案例教學(xué)、啟發(fā)教學(xué)，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，有助于學(xué)生樹(shù)立工程意識(shí)、管理意識(shí)，理順?lè)ㄒ?guī)之間的關(guān)系，改進(jìn)思維模式。所建立的水庫(kù)專家咨詢幫助系統(tǒng)為全面提高水庫(kù)環(huán)境的運(yùn)行維護(hù)和管理水平，保障水庫(kù)長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，將起到積極的推動(dòng)作用。

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