“大氣污染控制工程”課程教改創(chuàng)新探索

蘇濤 司美茹 王蕓

摘 要：“大氣污染控制工程”課程教學(xué)中存在知識(shí)點(diǎn)多、學(xué)時(shí)少，重理論輕實(shí)踐等問題，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，建立CDIO背景下的課程體系結(jié)構(gòu)，采用PBL教學(xué)法，重視實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行教改創(chuàng)新探索。實(shí)踐證明教改不僅提高了課程教學(xué)質(zhì)量，更增強(qiáng)了學(xué)生解決實(shí)際工程問題和工程設(shè)計(jì)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：大氣污染控制工程教學(xué)改革創(chuàng)新

“大氣污染控制工程”是高等學(xué)校環(huán)境科學(xué)和工程專業(yè)的主干課程，是環(huán)境工程知識(shí)體系的重要組成部分。該課程的主要內(nèi)容包括大氣污染控制的基本理論、控制方法和控制設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)，旨在培養(yǎng)學(xué)生解決大氣環(huán)境問題的能力，為學(xué)生進(jìn)行大氣污染控制工程設(shè)計(jì)和科研打下基礎(chǔ)[1]。曲阜師范大學(xué)于2002年設(shè)立環(huán)境科學(xué)本科專業(yè)，2003年正式招生。學(xué)校為更好地實(shí)現(xiàn)環(huán)境科學(xué)和工程類人才的培養(yǎng)目標(biāo)，使學(xué)生掌握大氣污染控制技術(shù)的創(chuàng)新能力，滿足社會(huì)對(duì)本專業(yè)技術(shù)人才的需求，迫切需要強(qiáng)化和改革“大氣污染控制工程”的課程教學(xué)和實(shí)踐。

一、課程教學(xué)擬解決的問題

1.內(nèi)容繁雜，但教學(xué)學(xué)時(shí)短

曲阜師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)“大氣污染控制工程”課程選用的教材是目前大多數(shù)高等院校環(huán)境類專業(yè)所用的教材，即高等教育出版社出版，郝吉明、馬廣大和王書肖主編的《大氣污染控制工程》（第三版）。教材內(nèi)容繁雜、知識(shí)點(diǎn)多，適用教學(xué)學(xué)時(shí)在100左右。然而大多數(shù)地方高校環(huán)境類專業(yè)該課程學(xué)時(shí)數(shù)普遍下調(diào)，我校于2017年修訂了環(huán)境科學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)方案，該程課時(shí)大量縮減，學(xué)時(shí)短，內(nèi)容繁多，學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的動(dòng)力和興趣都受到很大影響。

2. 知識(shí)教學(xué)模式主導(dǎo)，能力教學(xué)理念及實(shí)施欠缺

傳統(tǒng)的授課方式中，重在理論教學(xué)，以教師講授為主，學(xué)生被動(dòng)的接受知識(shí)，課堂參與少，教師類似教材理論知識(shí)的“搬運(yùn)工”，學(xué)生類似是知識(shí)的“容器”。學(xué)生僅停留于掌握書本介紹的理論和工藝技術(shù)，導(dǎo)致學(xué)生的思維限制在教師思維和書本知識(shí)框架之內(nèi)，思考分析實(shí)際問題、將理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力不足，更談不上知識(shí)活學(xué)活用的創(chuàng)新能力，嚴(yán)重影響教學(xué)效果及學(xué)生能力培養(yǎng)。

3.課程以理論教學(xué)為主，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱

“大氣污染控制工程”是一門工科課程，加強(qiáng)學(xué)生的工程訓(xùn)練十分重要。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱是我國(guó)高校該教學(xué)的主要問題之一，由于受到場(chǎng)所和設(shè)備所限，實(shí)驗(yàn)綜合性不強(qiáng)。另一方面實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)過少，其他形式的培養(yǎng)途徑缺失，學(xué)生的設(shè)備工藝操作和設(shè)計(jì)等實(shí)際動(dòng)手能力、解決實(shí)際問題的應(yīng)用能力得不到足夠的鍛煉。而且，我校環(huán)境科學(xué)專業(yè)在水污染控制和土壤污染修復(fù)技術(shù)的研究方面具有較強(qiáng)的科研優(yōu)勢(shì)，大氣污染控制技術(shù)的科研實(shí)力整體偏弱，這也在一定程度上制約了該的科研教學(xué)實(shí)踐。為培養(yǎng)學(xué)生理論分析和解決實(shí)際大氣污染防治問題的能力，迫切需要加強(qiáng)和改革該課程教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)。

二、課程教學(xué)改革探索

1.優(yōu)化課程體系

構(gòu)建CDIO背景下“大氣污染控制工程”的課程體系，CDIO是國(guó)際先進(jìn)的工程教育體系，體現(xiàn)在突出的實(shí)踐環(huán)節(jié)[2]。CDIO包括四個(gè)環(huán)節(jié)：構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)作（Operate）。該課程體系囊括四個(gè)方面：理論教學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)?；贑DIO的該課程體系如圖1所示。由圖1可看出，該體系主要以工程項(xiàng)目為切入，工程項(xiàng)目貫穿于教學(xué)過程中。建立工程引入的目的是在學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)時(shí)，在頭腦中建立工程概念，使學(xué)生掌握工程實(shí)踐所需之基本理論，培養(yǎng)其分析和解決實(shí)際問題的能力。課程設(shè)計(jì)可使學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)有初步的實(shí)踐應(yīng)用。畢業(yè)設(shè)計(jì)可讓學(xué)生做一個(gè)中型工程項(xiàng)目，使學(xué)生綜合運(yùn)用其所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。

2.整合教學(xué)內(nèi)容

對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)補(bǔ)充，以適度夠用、重點(diǎn)突出為原則，突出教學(xué)內(nèi)容的新穎性和前瞻性。將內(nèi)容刪減、整合、補(bǔ)充，重構(gòu)為六個(gè)知識(shí)模塊：緒論及燃燒理論基礎(chǔ)（第一章、第二章）、污染物擴(kuò)散理論及應(yīng)用（第三章、第四章）、顆粒物捕集理論及技術(shù)（第五章、第六章）、氣態(tài)污染物處理理論及技術(shù)（第七章—第十章）、移動(dòng)源大氣污染控制（第十一章、補(bǔ)充飛機(jī)和船舶大氣污染控制）和大氣污染控制其他熱點(diǎn)問題（補(bǔ)充碳排放、霧霾問題）。此外，可通過“新技術(shù)專題”的方式，將本學(xué)科前沿的研究進(jìn)展融入教學(xué)過程中，在課堂知識(shí)傳授過程中穿插進(jìn)行。這樣既豐富了教學(xué)內(nèi)容，也拓展了學(xué)生知識(shí)面，培育其創(chuàng)新能力。

3.改革教學(xué)模式

將PBL教學(xué)法融入課程的教學(xué)過程中。PBL的全稱是Problem-Based Learning，是“以問題為基礎(chǔ)”的教學(xué)模式，最先由美國(guó)神經(jīng)病學(xué)教授Barrows在加拿大Mcmaster大學(xué)創(chuàng)立[3]。該教學(xué)法中是以問題為主軸架構(gòu)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，引出問題主要在于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性。教學(xué)過程中可把學(xué)生分為幾個(gè)小組，有關(guān)大氣污染控制的問題提前發(fā)給每個(gè)學(xué)生，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館資料等途徑進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，對(duì)疑難問題進(jìn)行小組討論。課堂上教師再組織學(xué)生進(jìn)行課堂集體討論，通過ppt讓學(xué)生展示自學(xué)結(jié)果，最終根據(jù)不同小組的討論結(jié)果，教師給出標(biāo)準(zhǔn)答案。

4.創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)

（1）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)效果

本校的“大氣污染控制工程”課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，應(yīng)適當(dāng)增加綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，綜合性實(shí)驗(yàn)相較驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)更復(fù)雜，操作更繁瑣。通過改進(jìn)可使實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)緊密結(jié)合，學(xué)生能將所學(xué)理論知識(shí)用于實(shí)驗(yàn)中。

（2）強(qiáng)化課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)可使學(xué)生將理論知識(shí)初步運(yùn)用到實(shí)踐中，對(duì)大氣污染控制的工藝流程進(jìn)行自主設(shè)計(jì)。教師在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)前應(yīng)大量搜集相關(guān)工程設(shè)計(jì)手冊(cè)，做到設(shè)計(jì)題目盡量接近實(shí)際工程。

（3）加強(qiáng)實(shí)習(xí)

實(shí)習(xí)是理論與實(shí)際銜接的橋梁，是學(xué)生認(rèn)知工程實(shí)踐的重要手段。實(shí)習(xí)應(yīng)包括兩部分：認(rèn)知和生產(chǎn)實(shí)習(xí)。認(rèn)知實(shí)習(xí)應(yīng)在學(xué)生學(xué)習(xí)本課程前進(jìn)行，對(duì)實(shí)習(xí)場(chǎng)地所包含的基本設(shè)備、系統(tǒng)組成和流程有一個(gè)概覽性的認(rèn)識(shí)；生產(chǎn)實(shí)習(xí)應(yīng)在學(xué)生學(xué)習(xí)完本課程后展開，學(xué)生重點(diǎn)掌握在理論教學(xué)過程中所學(xué)的各種大氣污染控制設(shè)備（除塵器、脫硫脫硝系統(tǒng)等）的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、性能和設(shè)計(jì)等。

（4）實(shí)現(xiàn)校企合作新模式

本校本課程實(shí)習(xí)的合作單位有華能曲阜電廠、兗礦集團(tuán)等。學(xué)生進(jìn)入廠區(qū)實(shí)習(xí)前，應(yīng)邀請(qǐng)實(shí)習(xí)單位的工程技術(shù)人員對(duì)實(shí)習(xí)過程中所涉及各種大氣污染控制設(shè)備的基本原理、凈化流程、處理量、能耗和凈化效率等先作一番介紹；實(shí)習(xí)過程中，教師和企業(yè)工程師進(jìn)一步講解整個(gè)工藝的流程和運(yùn)行參數(shù)，把理論知識(shí)和工程實(shí)踐緊密結(jié)合，使工廠實(shí)習(xí)達(dá)到事半功倍的效果。

（5）構(gòu)建實(shí)驗(yàn)的信息化教學(xué)新模式

應(yīng)構(gòu)建起本課程信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，使理論知識(shí)與3D虛擬仿真技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)相結(jié)合，建立多維度、立體化的教學(xué)空間，使本課程實(shí)驗(yàn)的課前預(yù)習(xí)、課中監(jiān)控和課后評(píng)價(jià)無縫對(duì)接[4，5]。目前我校已有了國(guó)家級(jí)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，在以后的實(shí)驗(yàn)信息化教學(xué)改革中必會(huì)發(fā)揮越來越大的作用。

結(jié)語

“大氣污染控制工程”這門課程具有知識(shí)點(diǎn)多而雜、學(xué)時(shí)少、多學(xué)科集成等特點(diǎn)，學(xué)科發(fā)展對(duì)教學(xué)方法提出了很高要求。面對(duì)這些要求，我們積極探索，大膽創(chuàng)新，對(duì)教學(xué)內(nèi)容刪繁就簡(jiǎn)、凝練調(diào)整，構(gòu)建CDIO背景下的課程體系結(jié)構(gòu)，采用PBL教學(xué)法和創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)踐已經(jīng)證明，教學(xué)改革不但提高了教學(xué)質(zhì)量，也提高了學(xué)生工程設(shè)計(jì)和動(dòng)手能力。一方面為學(xué)生日后從事大氣污染控制工程研究、設(shè)計(jì)和技術(shù)管理等工作奠定了良好的基礎(chǔ)；另一方面，也為我國(guó)環(huán)保工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)教學(xué)模式的探索提供了一個(gè)有益的嘗試。當(dāng)然，我們?cè)谠撜n程教學(xué)上的改革僅僅是一個(gè)開始，還需繼續(xù)探索和完善，在以后的教學(xué)過程中還應(yīng)吸取國(guó)內(nèi)外教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，使我們教學(xué)水平持續(xù)提高，希望能培養(yǎng)出更多更優(yōu)異的大氣污染控制技術(shù)人才。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

蘇濤（1978—），男，博士，講師，主要從事環(huán)境污染控制技術(shù)的教學(xué)與科研工作。