信息化技術(shù)在大氣污染治理技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用①

張棲

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?介紹基于信息化技術(shù)的實(shí)踐教學(xué)改革，利用“仿真模擬+設(shè)備半實(shí)物的垃圾焚燒煙氣凈化仿真工廠”，構(gòu)建了“理—虛—實(shí)”一體化的教學(xué)模式。以學(xué)生為中心，以真實(shí)崗位工作任務(wù)設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)環(huán)境設(shè)置在校企合作開(kāi)發(fā)共建的“仿真工廠”中，營(yíng)造良好的職業(yè)環(huán)境，完成教學(xué)目標(biāo)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?信息化;實(shí)踐教學(xué);大氣污染治理技術(shù);高職

[中圖分類號(hào)] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603（2019）14-0312-02

大氣污染治理技術(shù)是高職環(huán)境工程技術(shù)專業(yè)的核心課，主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生掌握典型的大氣污染治理技術(shù)，提升解決大氣污染治理工程實(shí)際問(wèn)題的能力。課程是由理論和實(shí)踐教學(xué)兩部分構(gòu)成的，其中實(shí)踐教學(xué)旨在提升學(xué)生的實(shí)踐技能，是不可或缺的一環(huán)節(jié)。然而實(shí)踐條件有限、課時(shí)不足、大氣污染物有毒有害導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)過(guò)程危害大等，造成傳統(tǒng)的大氣污染治理技術(shù)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)效果不理想，與用人單位需求的職業(yè)技能存在較大差距等。隨著《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》的頒布實(shí)施，信息化教學(xué)資源已成為現(xiàn)代教育的重要組成部分，是破解教育難題的突破口[1]。

一、傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)問(wèn)題分析

近年來(lái)，隨著環(huán)保行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，相應(yīng)的人才需求也日益增加，企業(yè)對(duì)人才的需求也日益迫切，而學(xué)校提供的畢業(yè)生由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏，滿足不了企業(yè)的需求，原因主要有以下幾方面：（1）大氣污染治理技術(shù)理論抽象，學(xué)生理解困難：大氣運(yùn)動(dòng)抽象，不可見(jiàn)，污染治理理論較為抽象、生澀，學(xué)生學(xué)習(xí)困難;（2）實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目與社會(huì)需求脫節(jié)，難以建立有效的“理論—實(shí)踐—應(yīng)用”反饋機(jī)制[2-3];（3）實(shí)訓(xùn)設(shè)備封閉，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不可見(jiàn)：由于大氣的擴(kuò)散性，治理設(shè)施、設(shè)備均是封閉的，學(xué)生缺乏對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)認(rèn)知;（4）大氣污染物有毒有害，實(shí)踐實(shí)訓(xùn)困難：大氣污染治理，實(shí)訓(xùn)廢氣有毒有害，危險(xiǎn)性高、管理難度大，實(shí)訓(xùn)困難;（5）實(shí)踐設(shè)備少或無(wú)設(shè)備，學(xué)生人數(shù)多，實(shí)踐難：大氣治理設(shè)施，價(jià)格昂貴、學(xué)校現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)設(shè)備少、學(xué)生大多數(shù)情況下只能看教師演示，實(shí)際動(dòng)手操作難，實(shí)訓(xùn)效果不佳。

二、仿真模擬+設(shè)備半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建

為克服傳統(tǒng)大氣污染治理實(shí)踐教學(xué)危險(xiǎn)性大、學(xué)生參與度低、實(shí)驗(yàn)成本高等諸多限制，我們采用虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐設(shè)備，結(jié)合大氣污染治理技術(shù)典型行業(yè)崗位需求，根據(jù)真實(shí)煙氣治理工藝校企合作共同搭建“仿真模擬+設(shè)備半實(shí)物的垃圾焚燒煙氣凈化仿真工廠”，如下圖所示。

“仿真模擬+設(shè)備半實(shí)物”的垃圾焚燒煙氣凈化仿真工廠，由兩大組成部分構(gòu)成，分別是“仿真裝置”和“模擬軟件”。仿真裝置，以真實(shí)工廠設(shè)備為原型，按比例縮小，設(shè)備包括靜設(shè)備、動(dòng)設(shè)備、各種閥門、相關(guān)儀表及控制閥門等，設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，設(shè)有可視窗口，設(shè)備位置按煙氣治理工藝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)布局，閥門及開(kāi)關(guān)可操作;模擬軟件，采用過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬仿真技術(shù)，將設(shè)備工作原理算法化，根據(jù)工藝流程結(jié)構(gòu)等原理搭建數(shù)學(xué)模型。將前臺(tái)的用戶操作指令傳送到后臺(tái)的數(shù)學(xué)模型中，經(jīng)數(shù)學(xué)模型的運(yùn)算實(shí)時(shí)表征出各個(gè)工藝數(shù)據(jù)的真實(shí)值，借此反饋出每一個(gè)操作條件變化與工藝現(xiàn)象之間的關(guān)系，真正模擬出復(fù)雜環(huán)境下的實(shí)時(shí)參數(shù)變化。

建立工廠實(shí)物仿真原型，配合測(cè)控通訊系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與仿真軟件的聯(lián)動(dòng)，再現(xiàn)真實(shí)工廠的生產(chǎn)過(guò)程，通過(guò)單機(jī)至網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了模型算法與裝置模型的交互模式，并配以輔助教學(xué)和培訓(xùn)管理系統(tǒng)，呈現(xiàn)出更為立體生動(dòng)的虛擬仿真教學(xué)。

三、基于虛擬仿真的實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

在實(shí)踐教學(xué)中，我們采取以學(xué)生為中心，借助網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)資源、仿真模擬+設(shè)備半實(shí)物的實(shí)踐設(shè)施，構(gòu)建了“理—虛—實(shí)”一體化的教學(xué)模式。

以“垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)”為主線，以“懂原理、會(huì)操作、職業(yè)化”作為本次教學(xué)任務(wù)的教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)重點(diǎn)是能完成煙氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行，難點(diǎn)則是會(huì)維護(hù)。按照職業(yè)崗位工作過(guò)程及學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律，設(shè)定“學(xué)原理—定方案—能運(yùn)行—會(huì)維護(hù)”的進(jìn)階教學(xué)過(guò)程，使學(xué)生一步步達(dá)到運(yùn)行、會(huì)維護(hù)煙氣凈化系統(tǒng)的教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)實(shí)施分為課前探索—課中實(shí)操—課后提升三過(guò)程。

課前，認(rèn)識(shí)煙氣治理工藝流程及凈化環(huán)節(jié)，教師開(kāi)發(fā)相應(yīng)課程資源，在網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)上發(fā)布“煙氣治理工藝系統(tǒng)介紹”微課視頻及案例視頻。學(xué)生在線學(xué)習(xí)課程網(wǎng)站上發(fā)布的煙氣凈化的原理，完成在線測(cè)試。教師利用課程平臺(tái)上的學(xué)習(xí)軌跡系統(tǒng)監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，學(xué)生完成測(cè)試后，對(duì)學(xué)生測(cè)評(píng)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整理，找出學(xué)生自學(xué)中存在的問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生完成在線學(xué)習(xí)后，小組合作探究，用思維導(dǎo)圖軟件制定煙氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行操作步驟，并上傳至課程平臺(tái)，師生相互評(píng)價(jià)，教師根據(jù)學(xué)生課前任務(wù)完成情況，評(píng)估學(xué)生自學(xué)結(jié)果，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。

課堂上，教師首先根據(jù)學(xué)生課前任務(wù)完成情況，對(duì)學(xué)生掌握不充分的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行答疑解惑，再通過(guò)工程案例視頻導(dǎo)入本次教學(xué)任務(wù)，發(fā)布本次課堂實(shí)踐教學(xué)任務(wù)及目標(biāo)。學(xué)生開(kāi)展“頭腦風(fēng)暴”，優(yōu)化完善煙氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行方案，進(jìn)入實(shí)操環(huán)節(jié)，學(xué)生在“仿真模擬+設(shè)備半實(shí)物的仿真工廠”中，扮演不同的煙氣凈化系統(tǒng)管理員崗位角色，利用模擬軟件和半實(shí)物仿真工廠，虛實(shí)聯(lián)動(dòng)，分工協(xié)作，虛實(shí)聯(lián)動(dòng)操作，按照完善后的煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行方案，利用對(duì)講機(jī)實(shí)現(xiàn)“中控系統(tǒng)”和“設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)”的聯(lián)合操作，完成煙氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)。

在學(xué)生熟悉了煙氣凈化系統(tǒng)及運(yùn)行方式的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)置煙氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行故障，啟發(fā)學(xué)生排除故障，利用仿真模擬軟件測(cè)試故障排除方案是否可行，探索故障的最優(yōu)解決方案。

課后，學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)上學(xué)習(xí)相關(guān)拓展資源，并與校企合作企業(yè)工程師連線交流、模擬驗(yàn)證，團(tuán)隊(duì)合作梳理完成煙氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)方案。

四、優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)方法

在應(yīng)用信息化技術(shù)進(jìn)行大氣污染課程實(shí)踐教學(xué)的改革過(guò)程中，主要采取以下教學(xué)方法：任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、啟發(fā)引導(dǎo)法、小組合作探究等方法。

（一）任務(wù)驅(qū)動(dòng)法

以煙氣凈化設(shè)施管理員崗位真實(shí)工作任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，在“煙氣治理仿真實(shí)訓(xùn)工廠”中，學(xué)生進(jìn)行角色扮演、引導(dǎo)學(xué)生自主探究、團(tuán)隊(duì)合作，完成煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行管理員崗位職責(zé)——煙氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行及常見(jiàn)故障的排除。

（二）啟發(fā)引導(dǎo)法

教學(xué)過(guò)程中，采取以學(xué)生為中心，教師為輔的方式，課前自主探索、課中團(tuán)隊(duì)合作、課后驗(yàn)證提升全過(guò)程學(xué)生學(xué)生主動(dòng)探索，教師從旁指正、引導(dǎo)，化學(xué)生被動(dòng)灌輸為主動(dòng)探索。

（三）小組合作探究

學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中，采用小組教學(xué)的形式，通過(guò)小組討論，進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，制訂實(shí)踐任務(wù)實(shí)施方案、完成實(shí)踐任務(wù)，自主探索，尋求解決問(wèn)題的處理方法。

五、考核方式設(shè)計(jì)

為了提升學(xué)生的實(shí)踐能力，并體現(xiàn)對(duì)大氣污染知識(shí)的應(yīng)用性考核，大氣污染治理技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)考核采取“過(guò)程性評(píng)價(jià)+結(jié)果評(píng)價(jià)”二維+“師—生—企業(yè)”三元相結(jié)合的方式。

過(guò)程性評(píng)價(jià)，借助“班級(jí)優(yōu)化大師—教學(xué)助教”系統(tǒng)，利用智能化的過(guò)程評(píng)價(jià)系統(tǒng)，可分別對(duì)學(xué)生的考勤、學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、課堂表現(xiàn)、團(tuán)隊(duì)合作、學(xué)習(xí)結(jié)果等進(jìn)行測(cè)評(píng)。

結(jié)果評(píng)價(jià)，在實(shí)踐任務(wù)完成后，采取“模擬軟件測(cè)試結(jié)果+教師評(píng)價(jià)+企業(yè)工程師評(píng)價(jià)”相結(jié)合的方式考核。模擬軟件測(cè)試結(jié)果，利用實(shí)踐平臺(tái)上的“煙氣凈化系統(tǒng)仿真模擬軟件”，可對(duì)學(xué)生的實(shí)操步驟、操作結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，并根據(jù)煙氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行和故障排除完成效果進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)分，再根據(jù)排放濃度顯示進(jìn)行評(píng)判;教師評(píng)價(jià)，教師根據(jù)教學(xué)任務(wù)要求，對(duì)學(xué)生的煙氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行及維護(hù)結(jié)果、運(yùn)行維護(hù)管理文件等進(jìn)行評(píng)判;企業(yè)工程師評(píng)價(jià)，根據(jù)企業(yè)實(shí)際需求及學(xué)生作品的可行性對(duì)學(xué)生的階段性實(shí)踐任務(wù)結(jié)果進(jìn)行評(píng)分。

六、結(jié)論

利用信息化技術(shù)，克服了傳統(tǒng)教學(xué)的桎梏，實(shí)現(xiàn)了大氣污染治理技術(shù)實(shí)踐教學(xué)的改革，實(shí)踐教學(xué)結(jié)果顯示，采取以學(xué)生為中心的高職教育理念，借助信息化手段，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，化被動(dòng)灌輸為主動(dòng)探索;以真實(shí)崗位工作任務(wù)設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)，提升實(shí)踐技能;教學(xué)環(huán)境設(shè)置在校企合作開(kāi)發(fā)共建的“仿真工廠”中，營(yíng)造良好的職業(yè)環(huán)境，完成教學(xué)目標(biāo)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)，教學(xué)效果得到了極大的提升。

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編輯 陳鮮艷