有害氣體控制工程課程教學(xué)改革與探索

張 盼，齊立強(qiáng)，呂建燚，付 東

(華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，河北保定 071003)

有害氣體控制工程是華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系環(huán)境工程專業(yè)的特色核心課程，屬于“水、氣、聲、渣”四大支柱課程之一，在專業(yè)課程體系中處于重要地位，具有明顯的電力環(huán)保特色。本課程的主要任務(wù)是通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生懂得造成大氣污染的氣態(tài)污染物的形成機(jī)理和控制它的原理和方法，使學(xué)生具備解決這些污染問題的能力。要求學(xué)生了解氣態(tài)污染物及發(fā)生源、污染指標(biāo)及氣態(tài)污染物的綜合防止措施;了解燃料燃燒與大氣污染的關(guān)系;掌握凈化氣態(tài)污染物的基本原理和吸收、吸附、催化等重要方法，具備氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力和初步的科研能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生掌握凈化氣態(tài)污染物的原理、設(shè)備、技術(shù)等，培養(yǎng)學(xué)生的理論知識和實(shí)踐能力。

為了使學(xué)生充分掌握這些知識，早在1986年華北電力大學(xué)就將有害氣體控制工程列為環(huán)境工程專業(yè)必修課。經(jīng)過多年的改革與探索，在原有課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上形成了以課堂教學(xué)為主、課程設(shè)計(jì)和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)為輔的三位一體的課程體系，提高了學(xué)生的專業(yè)理論水平和實(shí)際應(yīng)用能力。華北電力大學(xué)于2006年將其列為校級精品課程，同年被評為河北省高等學(xué)校精品課程。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，有害氣體控制技術(shù)也在不斷的發(fā)展和更新，新技術(shù)、新知識、新方法層出不窮，現(xiàn)有的課堂教學(xué)體系已經(jīng)無法滿足實(shí)際需求。因此，為了更好地培養(yǎng)電力行業(yè)環(huán)境工程類專業(yè)人才，亟需加強(qiáng)有害氣體控制工程課程體系建設(shè)，完善理論教學(xué)和實(shí)踐。

1 課程體系與目前存在的問題

1.1 課程體系

有害氣體控制工程主要包括課堂教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)三部分。其中:

(1)理論教學(xué)(50學(xué)時(shí)):主要介紹大氣污染狀況與危害、吸收凈化氣態(tài)污染物、吸附凈化氣態(tài)污染物、催化轉(zhuǎn)化凈化氣態(tài)污染物、二氧化硫控制技術(shù)和燃煤電廠氮氧化物控制技術(shù)等。

(2)課程設(shè)計(jì)(1周):在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，模擬實(shí)際污染物排放狀況，選擇合適的塔器，計(jì)算相應(yīng)的參數(shù)，并進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)、裝置設(shè)計(jì)和工程制圖等。

(3)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)(6學(xué)時(shí)):實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括基本測定設(shè)備和儀器的使用方法、堿液吸收混合氣體中的二氧化硫、吸附法凈化氣體中的氮氧化物、濕式石灰/石灰石煙氣脫硫?qū)嶒?yàn)以及煙氣循環(huán)流化床脫硫?qū)嶒?yàn)等。

1.2 目前存在的問題

為了取得更好的教學(xué)效果，必須正視實(shí)際教學(xué)過程中存在的問題。通過學(xué)生對近幾年的課堂教學(xué)和實(shí)際應(yīng)用能力的反饋，發(fā)現(xiàn)了原有課程體系存在如下一些問題。

1.2.1 教學(xué)內(nèi)容相對滯后

有害氣體控制工程設(shè)立的主要目的是為了控制電力行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化硫和氮氧化物污染，課程開設(shè)時(shí)沒有教材可用，直到2001年才由我校趙毅、李守信編成《有害氣體控制工程》［1］一書，一直沿用至今。教材編制之初，內(nèi)容緊跟國際上煙氣脫硫脫硝領(lǐng)域的研究前沿。但是，有害氣體控制工程是一門工程應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，尤其是近些年，我國電力環(huán)保行業(yè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，脫硫脫硝技術(shù)也日新月異［2－3］。新方法和新技術(shù)的出現(xiàn)導(dǎo)致原有課程內(nèi)容存在延遲性，尤其是教學(xué)實(shí)例較為老舊，有些已經(jīng)被淘汰的案例已經(jīng)無法適應(yīng)教學(xué)的需要，亟需增加新的教學(xué)案例。而且，除二氧化硫和氮氧化物之外的其它有害氣體也日益獲得關(guān)注，例如燃煤煙氣中的汞蒸氣及脫汞技術(shù)。此外，教材中有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的介紹存在滯后性，例如教材中的《環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》還是選取的GB3095－1996，而現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)改為GB3095－2012。

1.2.2 教學(xué)手段單一

教學(xué)手段比較落后，僅僅依靠PPT和板書教學(xué)沒有充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)勢，未從根本上改進(jìn)教學(xué)手段，導(dǎo)致無法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，課堂效果較差。此外，學(xué)時(shí)短、內(nèi)容繁多，學(xué)生往往以應(yīng)付考試為目的，尤其是課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，一周的設(shè)計(jì)時(shí)間不能體現(xiàn)學(xué)生在分析和解決實(shí)際問題過程中的創(chuàng)新性和實(shí)踐性，學(xué)生的主觀能動(dòng)性沒有得到充分的發(fā)揮。

1.2.3 課內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)薄弱

由于課內(nèi)實(shí)驗(yàn)往往以演示實(shí)驗(yàn)為主，不利于學(xué)生的動(dòng)手操作能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而且，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)僅僅為6個(gè)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容又是接近工程實(shí)際的大型實(shí)驗(yàn)，往往采用多人次分組進(jìn)行，時(shí)間倉促內(nèi)容多，并不能保證每個(gè)學(xué)生對各個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)得到充分認(rèn)識。此外，由于受到實(shí)驗(yàn)場所限制，部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備無法及時(shí)更新。

1.2.4 學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力較弱

在課程設(shè)計(jì)和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生遇到問題時(shí)并不能運(yùn)用除課本以外的其它工具書，不會(huì)主動(dòng)查找相關(guān)設(shè)計(jì)手冊和設(shè)計(jì)規(guī)范。課程設(shè)計(jì)時(shí)，CAD繪圖和手繪圖能力較弱;面對課后作業(yè)中的難點(diǎn)，沒有充分利用網(wǎng)絡(luò)資源查詢相關(guān)資料;從課程小論文的寫作過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的文獻(xiàn)檢索能力較差。

2 改進(jìn)措施

2.1 課程優(yōu)化，更新教學(xué)內(nèi)容

針對教材內(nèi)容滯后的問題，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了一些調(diào)整。首先，更新教材，老版教材已經(jīng)使用了將近20年，在這期間并未再版。更新教材主要包括刪除老舊案例，增添新案例，并且保持新案例的完整性;增加工程設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行的內(nèi)容介紹;對舊標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更改;強(qiáng)化脫硫脫硝新技術(shù)的內(nèi)容;減少公式推導(dǎo)過程，統(tǒng)一符號，避免重復(fù);合理分配各章節(jié)，突出重點(diǎn)和難點(diǎn)。其次，在課件的制作過程中，不僅僅依靠教材，還以郝吉明、馬廣大主編的《大氣污染控制工程》［4］和王麗萍、陳建平主編的《大氣污染控制工程》［5］作為主要教學(xué)參考書，豐富教學(xué)內(nèi)容。最后，教學(xué)內(nèi)容要更加突出教學(xué)特色。即在實(shí)際教學(xué)過程中，不僅僅講述火電廠脫硫脫硝的基本原理和基本方法，還應(yīng)對設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過程中遇到的問題進(jìn)行深入剖析，讓學(xué)生具備解決實(shí)際問題的能力。

2.2 豐富教學(xué)方法，提高教學(xué)效率

課堂教學(xué)是學(xué)生獲得知識的主陣地，而評價(jià)學(xué)生獲取知識程度的衡量是教學(xué)效率，因此提高教學(xué)效率成為課堂教學(xué)的關(guān)鍵。教學(xué)方法和教學(xué)手段是提高教學(xué)效率的主要形式。改進(jìn)傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)方法，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，開展啟發(fā)式教學(xué)和交互式教學(xué)改革。例如，對于緒論這一章節(jié)，由于概念性知識較多，教師可以讓學(xué)生開展以“我們周邊的有害氣體污染”為主體的專題討論，探討實(shí)際生活中有害氣體的危害和防止措施。教師將討論結(jié)果進(jìn)行總結(jié)歸納，針對性的進(jìn)行補(bǔ)充和完善。這種教學(xué)方法要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于教師講、學(xué)生聽的傳統(tǒng)模式。

改進(jìn)教學(xué)手段。充分利用多媒體資源，在傳統(tǒng)板書和PPT教學(xué)的基礎(chǔ)上，還要將Flash動(dòng)畫、設(shè)備視頻影像、工程范例影像資料等引入課堂教學(xué)中。不僅僅能夠活躍課堂氣氛，還能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。例如，在介紹吸收塔設(shè)備時(shí)，由于學(xué)生從未接觸過類似的設(shè)備，僅僅依靠圖片的介紹是很難讓學(xué)生想象出設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況的。采用實(shí)際拍攝的視頻影像將吸收塔外觀和內(nèi)部構(gòu)造直接呈現(xiàn)給學(xué)生，以Flash動(dòng)畫模擬內(nèi)部運(yùn)行情況，整個(gè)教學(xué)過程更加直觀形象，學(xué)生也能夠容易掌握。還有，在對不同的吸附劑進(jìn)行對比介紹時(shí)，可將實(shí)驗(yàn)室中的各種吸附劑帶入課堂，讓學(xué)生能夠看到和摸到實(shí)物，從而加深對課本知識點(diǎn)的理解。再次，對于教材中的某些非重點(diǎn)的章節(jié)，提倡學(xué)生自學(xué)。在查閱文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以提交專題綜述的形式考察學(xué)生掌握知識的能力。最后，將“課堂派”引入課堂教學(xué)中，即節(jié)省了考察出勤的課上時(shí)間和布置作業(yè)的時(shí)間，同時(shí)便于與學(xué)生互動(dòng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的問題。

2.3 實(shí)踐教學(xué)，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)水平

作為一門工程性極強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不容忽視。要充分重視課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，改革實(shí)驗(yàn)方法，提高實(shí)驗(yàn)效果。在完成演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，不設(shè)定固定實(shí)驗(yàn)方案，鼓勵(lì)學(xué)生分組自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親自動(dòng)手設(shè)計(jì)、運(yùn)行和總結(jié)。開放常規(guī)實(shí)驗(yàn)室，滿足學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的要求。為了克服實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新的不足，教研室已開始購置相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

課程設(shè)計(jì)是教學(xué)的重要組成部，是培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的實(shí)踐教學(xué)重要環(huán)節(jié)［6］。主要方法是將課程設(shè)計(jì)與實(shí)際工程緊密結(jié)合。讓學(xué)生采用實(shí)際氣態(tài)污染物排放數(shù)據(jù)和實(shí)際應(yīng)用的吸收劑進(jìn)行計(jì)算，不對學(xué)生設(shè)定情景。鼓勵(lì)學(xué)生大膽進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，尋找課程設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)。其次，課程設(shè)計(jì)選題要多樣化，不僅僅局限于塔器的計(jì)算，鼓勵(lì)學(xué)生積極采用VB、AutoCAD和Aspen plus等設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，細(xì)化課程設(shè)計(jì)，將其分為書面設(shè)計(jì)和答辯成績，并適當(dāng)增加答辯時(shí)長。既考察了學(xué)生對基礎(chǔ)理論和設(shè)計(jì)方案掌握的熟悉度，又能夠鍛煉學(xué)生回答問題和口頭表達(dá)的能力。

2.4 培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)是高校大學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)之一［7］。首先，構(gòu)建教材、參考教材、在線課程學(xué)習(xí)、開放性實(shí)驗(yàn)室和公共計(jì)算機(jī)機(jī)房等在內(nèi)的較為完善的自學(xué)環(huán)境。其次，在課堂教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)查閱資料和文獻(xiàn)，學(xué)生之間共享有特色的網(wǎng)站和文獻(xiàn)。再次，對學(xué)生進(jìn)行分組，以小組的形式進(jìn)行課堂教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生之間的共同提高。最后，需要教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，要求教師具備更強(qiáng)的責(zé)任心，投入更多的時(shí)間和精力關(guān)注自學(xué)能力較差的學(xué)生。

2.5 完善考核方式

不以考試作為衡量學(xué)生掌握知識程度的唯一手段。采用過程考核的方式將平時(shí)成績細(xì)化，包括課堂參與、課程小論文、課后作業(yè)、課堂測試等作為過程考核內(nèi)容。將考核多樣化避免了過分依賴期末考試的弊端，既能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，又能夠培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

3 結(jié)語

有害氣體控制工程作為華北電力大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)的特色核心課程，內(nèi)容多，知識更新快，其教學(xué)改革涉及課堂教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)等多方面的創(chuàng)新。原有的課程體系雖然已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成績，但仍有亟需完善的地方。只有在不斷的改革過程中，才能適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的，才能使得學(xué)生能夠充分掌握有害氣體控制的技術(shù)和方法，才能為后面的生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)打下良好的理論基礎(chǔ)。