環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)課程改革研究與探討*

馮國(guó)紅，高麗兵，曹艷芝，郭少青

(太原科技大學(xué) 環(huán)境與安全學(xué)院，山西 太原 030024)

20世紀(jì)70年代開(kāi)始，全國(guó)的環(huán)保產(chǎn)業(yè)隨著中國(guó)環(huán)境保護(hù)事業(yè)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生，并不斷自我創(chuàng)新發(fā)展，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)體制改革和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勝劣汰中已經(jīng)脫胎換骨，成為發(fā)展最為迅速的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。為適應(yīng)現(xiàn)代環(huán)保產(chǎn)業(yè)的需求，推進(jìn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的人才培養(yǎng)，2010年教育部批準(zhǔn)環(huán)保設(shè)備工程專業(yè)為高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)之一。環(huán)保設(shè)備工程專業(yè)正是適應(yīng)了國(guó)家對(duì)環(huán)保的需求，將機(jī)械工程、環(huán)境工程和給排水工程進(jìn)行有機(jī)融合的交叉學(xué)科，旨在解決環(huán)保裝備產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)問(wèn)題；解決工藝人員不懂制造，機(jī)械人員不懂工藝的尷尬局面。環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)是環(huán)保設(shè)備工程專業(yè)的核心課程，亦是與環(huán)境工程專業(yè)的重要區(qū)別之一[1]。

近幾年，隨著環(huán)保產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，環(huán)保設(shè)備制造業(yè)得到了迅速發(fā)展，各類環(huán)保設(shè)備不斷更新?lián)Q代，因此環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)類課程顯得尤為重要。由于不同院校的專業(yè)培養(yǎng)特色不一，因此課程計(jì)劃并不完全一致。太原科技大學(xué)的環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)類課程包括水污染治理設(shè)備設(shè)計(jì)、大氣污染治理設(shè)備設(shè)計(jì)及固廢處理設(shè)備設(shè)計(jì)三門課程。該類課程以材料力學(xué)、機(jī)械零件、水污染控制工藝、大氣污染控制工藝、固廢處理工藝等課程為基礎(chǔ)，主要介紹應(yīng)用于不同處理工藝的環(huán)保設(shè)備的設(shè)計(jì)方法。由于該類課程理論性強(qiáng)、專業(yè)設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有較高的抽象性，導(dǎo)致很多同學(xué)學(xué)習(xí)比較困難，學(xué)習(xí)效果較差。

產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展必將需要大量的技術(shù)人才，尤其需要具備設(shè)計(jì)能力的復(fù)合型應(yīng)用環(huán)保設(shè)備人才。因此，針對(duì)該類課程的教學(xué)進(jìn)行改革迫在眉睫。本文從教學(xué)內(nèi)容、師資隊(duì)伍建設(shè)和學(xué)生主體三個(gè)方面進(jìn)行闡述，旨在提高環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)課程的教學(xué)效果。

1 課程改革關(guān)鍵因素研究

1.1 教學(xué)內(nèi)容和措施

太原科技大學(xué)為省屬普通本科院校，以培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才為主。環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)類課程為面向我校環(huán)保設(shè)備工程專業(yè)本科生開(kāi)設(shè)的專業(yè)核心課程，包括水污染治理設(shè)備設(shè)計(jì)、大氣污染控制設(shè)備設(shè)計(jì)及固體廢物處理處置設(shè)備設(shè)計(jì)三門課程，每門課程32學(xué)時(shí)，均開(kāi)設(shè)于第六個(gè)學(xué)期。

環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)課程與環(huán)境污染控制工藝課程不同，此類課程是在了解工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù)力學(xué)及機(jī)械原理等知識(shí)對(duì)應(yīng)用于不同工藝的環(huán)保設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括水、氣、固三個(gè)方面。環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)課程不僅僅要求學(xué)生學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的設(shè)備選型，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生具有自主設(shè)計(jì)，甚至開(kāi)發(fā)新型高效環(huán)保設(shè)備的工程能力。以水污染治理設(shè)備設(shè)計(jì)中的中心進(jìn)水輻流式沉淀池為例，環(huán)保設(shè)備專業(yè)的學(xué)生不僅僅要能夠根據(jù)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)沉淀池的結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)還需要計(jì)算中心支撐柱的強(qiáng)度，并校核其是否滿足要求。另外，學(xué)生們還要以力學(xué)、機(jī)械原理及零件等的知識(shí)儲(chǔ)備為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)沉淀池驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括電機(jī)的選擇、傳動(dòng)比的計(jì)算、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核等。而這些設(shè)計(jì)工作，均需要學(xué)生理解和掌握大量的基礎(chǔ)性力學(xué)公式，同時(shí)需要理解設(shè)備設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)里給出的一般公式，即只要求學(xué)生知道如何查找，怎樣正確使用，不需要死記硬背的設(shè)計(jì)公式。

然而，材料力學(xué)里講授的力學(xué)公式以理論為基礎(chǔ)，并未以實(shí)際的環(huán)保設(shè)備結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象。由于實(shí)際環(huán)保設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要合理簡(jiǎn)化才能進(jìn)行力學(xué)分析，因此在進(jìn)行環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)時(shí)，授課教師首先要將復(fù)雜的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成合理的易于分析且與原結(jié)構(gòu)相近的力學(xué)模型，該簡(jiǎn)化過(guò)程是進(jìn)行力學(xué)分析的關(guān)鍵，需著重講解，引領(lǐng)同學(xué)們用理論解決實(shí)際問(wèn)題。

環(huán)保設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程是一件非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳎婕暗缴鐣?huì)責(zé)任、道德規(guī)范、法治意識(shí)等元素，可靠的設(shè)計(jì)能夠極大的推動(dòng)社會(huì)發(fā)展，反之則會(huì)給環(huán)境及人身帶來(lái)極大的安全事故。因此，除了教材內(nèi)容之外，還應(yīng)該將各種設(shè)備設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)貫穿于課堂之中，讓學(xué)生們深刻體會(huì)設(shè)備設(shè)計(jì)的精髓。設(shè)備設(shè)計(jì)的根本宗旨即在保證安全的前提下盡量經(jīng)濟(jì)；設(shè)備設(shè)計(jì)雖然需要?jiǎng)?chuàng)新思維，但設(shè)備是應(yīng)用于工程實(shí)踐的，不能憑空想象，更不是天馬行空的藝術(shù)設(shè)計(jì)。

1.2 應(yīng)用多媒體手段

環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)課程的重點(diǎn)研究對(duì)象為應(yīng)用于不同處理工藝的環(huán)保設(shè)備，有些設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是設(shè)備動(dòng)態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程難以用語(yǔ)言和靜態(tài)的圖片描述。因此可以采用多媒體輔助教學(xué)，把文字和靜態(tài)圖片難以表達(dá)清楚的內(nèi)容形象地通過(guò)真實(shí)視頻或者仿真動(dòng)畫呈現(xiàn)。多媒體設(shè)備的聲、光、電一體化優(yōu)勢(shì)不僅減少了教師課堂書寫工作量，節(jié)約了時(shí)間，而且學(xué)生也易于集中注意力，同時(shí)也有益于活躍課堂氣氛[2]。多媒體手段的應(yīng)用極大提升了教學(xué)內(nèi)容的傳授效果。如在講授水污染治理設(shè)備時(shí)，沉砂池中的氣提設(shè)備通過(guò)供氣管將壓縮空氣引入到空氣分布頭，然后通過(guò)分布頭內(nèi)提升管上的小孔進(jìn)入提升管內(nèi)，并高速向上流動(dòng)，使提升管內(nèi)形成負(fù)壓，將集砂斗內(nèi)的砂沿提升管排到沉砂池外。該過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的快速過(guò)程，書面的文字及圖片難以形象地描述沉砂是如何被提升的，通過(guò) 3D 仿真動(dòng)畫，可以清楚地呈現(xiàn)整個(gè)提升過(guò)程，有助于學(xué)生的理解，并開(kāi)闊學(xué)生視野，拓展學(xué)生思維。但在采用多媒體教學(xué)的同時(shí)，傳統(tǒng)的教學(xué)手段粉筆加黑板也可以穿插其中。比如對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析時(shí)，采用板書效果更好，板書能夠使學(xué)生更容易跟上教師的思維。因此，在該類課程的教學(xué)過(guò)程中，信息量大且直觀性強(qiáng)的宜采用多媒體方式，同時(shí)輔以靈活性強(qiáng)的板書方式可以起到事半功倍的教學(xué)效果。

1.3 實(shí)踐教學(xué)

環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容多，但學(xué)時(shí)不足，學(xué)生們難以理解透徹。尤其在講述設(shè)備的裝配關(guān)系時(shí)，學(xué)生們經(jīng)常皺緊眉頭，聽(tīng)不懂。雖然任課教師會(huì)在網(wǎng)上找相關(guān)視頻進(jìn)行講解，但是因?yàn)橥瑢W(xué)們沒(méi)見(jiàn)過(guò)實(shí)物、甚至授課老師都沒(méi)親眼所見(jiàn)，導(dǎo)致講授起來(lái)比較抽象，學(xué)生們難以接受。為此可以安排學(xué)生們?nèi)ハ嚓P(guān)的環(huán)保設(shè)備機(jī)械加工制造廠實(shí)習(xí)，同學(xué)們可以眼看設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間的連接方式、以及設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行等，讓耳聽(tīng)為虛真正變?yōu)檠垡?jiàn)為實(shí)，將抽象的理論轉(zhuǎn)化為能觸摸到的實(shí)體，有助于學(xué)生們的理解，同時(shí)亦有效地解決了教學(xué)內(nèi)容豐富與學(xué)時(shí)有限之間的矛盾。

另外，條件允許的話，可以讓學(xué)生參與到工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、選型、調(diào)試和應(yīng)用中來(lái)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)踐實(shí)現(xiàn)快速高效的結(jié)合，讓學(xué)生邊學(xué)習(xí)、邊工作，很好地解決學(xué)和用之間的矛盾，更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)校與企業(yè)間的“無(wú)縫對(duì)接”，提高課程的實(shí)踐應(yīng)用性，提高綜合職業(yè)能力和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)就業(yè)后勁[3]。

1.4 師資隊(duì)伍

由于環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)課程與力學(xué)和機(jī)械知識(shí)緊密相關(guān)。首先需要運(yùn)用力學(xué)原理將復(fù)雜的環(huán)保設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為力學(xué)模型，然后進(jìn)行受力分析，進(jìn)而對(duì)該設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)和校核。因此本類課程對(duì)任課教師的要求較高，既需要具備扎實(shí)的力學(xué)基礎(chǔ)和機(jī)械基礎(chǔ)，同時(shí)還需要了解相關(guān)環(huán)境工藝課程。然而同時(shí)具備相關(guān)能力的老師寥寥無(wú)幾。目前環(huán)保設(shè)備專業(yè)的教師出身復(fù)雜主要包括環(huán)境工程、化工機(jī)械、給排水工程，大部分教師畢業(yè)于環(huán)境工程專業(yè)，尚不能完全滿足教學(xué)的需要。因此需要相應(yīng)教師補(bǔ)齊短板。通常具有化工機(jī)械或機(jī)械背景的教師學(xué)習(xí)環(huán)境工藝方面的內(nèi)容較環(huán)境工程或給排水工程背景的教師學(xué)習(xí)力學(xué)和機(jī)械的知識(shí)相對(duì)容易。因此為了滿足專業(yè)對(duì)教師的需求求，可以對(duì)化工機(jī)械或機(jī)械背景的老師培訓(xùn)環(huán)境工程內(nèi)容，使其成為精通力學(xué)和機(jī)械，同時(shí)又了解環(huán)境工程的復(fù)合型教師。

工程教育的教學(xué)離不開(kāi)工程實(shí)踐，為此在工程教育領(lǐng)域尤其要由追求“發(fā)現(xiàn)的學(xué)術(shù)”向“教學(xué)的學(xué)術(shù)”及實(shí)踐能力相得益彰轉(zhuǎn)變[4]。然而，目前大部分教師的理論能力非常強(qiáng)，但企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少，導(dǎo)致實(shí)際教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)理論和實(shí)際脫節(jié)的現(xiàn)象。因此必須注重教師工程能力的培養(yǎng)，只有教師具備較強(qiáng)的工程能力才能將相關(guān)知識(shí)傳授給學(xué)生，進(jìn)而提高學(xué)生工程能力。為此，一方面應(yīng)提高現(xiàn)有教師的工程能力，可以選派相應(yīng)教師赴相關(guān)企業(yè)進(jìn)修，參加實(shí)際設(shè)備設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目，更深層次的理解設(shè)備的精髓，促進(jìn)教師理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的融合。另一方面，亦可聘請(qǐng)具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)秀工程師到校為教師進(jìn)行工程能力的培訓(xùn)，進(jìn)而提高教師工程實(shí)踐的勝任度。第三，引進(jìn)企業(yè)中具有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)秀工程師參與實(shí)踐教學(xué)，在學(xué)生進(jìn)入企業(yè)的實(shí)習(xí)的過(guò)程中，實(shí)施學(xué)校和企業(yè)共同指導(dǎo)學(xué)生的“雙導(dǎo)師制”，共同指導(dǎo)學(xué)生，共同評(píng)價(jià)考核學(xué)生。在培養(yǎng)大學(xué)生過(guò)程中注入社會(huì)及企業(yè)因素[5]。

1.5 學(xué)生方面

由于環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)的理論性更強(qiáng)，需要的力學(xué)及機(jī)械知識(shí)更多，因此對(duì)同學(xué)們是一種挑戰(zhàn)亦是一種鍛煉。通過(guò)對(duì)學(xué)生們的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分同學(xué)認(rèn)為理論力學(xué)和材料力學(xué)知識(shí)枯燥難懂，而機(jī)械零件知識(shí)又過(guò)于抽象，難于理解，因此學(xué)習(xí)起來(lái)非常費(fèi)勁，期末考試成績(jī)普遍偏低，導(dǎo)致環(huán)保設(shè)備專業(yè)學(xué)生的平均績(jī)點(diǎn)低于環(huán)境工程。因此學(xué)生們對(duì)這些課程產(chǎn)生了敬畏心理，進(jìn)而導(dǎo)致環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果不佳。

為了讓學(xué)生們更好的學(xué)習(xí)環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)課程，首先，要樹(shù)立正確的學(xué)習(xí)觀念，步入大學(xué)，意味著“要我學(xué)”的階段已經(jīng)結(jié)束，而新的學(xué)習(xí)生涯“我要學(xué)”即將開(kāi)始；四年的本科學(xué)習(xí)不是想象中的輕松，不下一番苦功難以學(xué)業(yè)有成。其次，要提高學(xué)生們的主動(dòng)性，理論知識(shí)雖然枯燥，但相當(dāng)重要，時(shí)時(shí)刻刻給自己準(zhǔn)確定位，認(rèn)真上課，及時(shí)解決自己的疑問(wèn)。大學(xué)里不再有人逼迫你學(xué)習(xí)，也沒(méi)有人給你制定計(jì)劃，因此自己應(yīng)該學(xué)會(huì)制定目標(biāo)，和自己的昨天進(jìn)行對(duì)比，和自己的潛能對(duì)比。當(dāng)你選擇了拼搏與超越，成功與輝煌將不會(huì)遙遠(yuǎn)。

2 結(jié) 語(yǔ)

發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)，是培育發(fā)展新動(dòng)能、提升綠色競(jìng)爭(zhēng)力的重大舉措。環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)作為環(huán)保設(shè)備工程專業(yè)的核心課程，對(duì)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量至關(guān)重要。師資隊(duì)伍建設(shè)是提高環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)課程效果的關(guān)鍵因素，教學(xué)內(nèi)容是達(dá)到課程目標(biāo)的重要手段，而學(xué)生主體則是課程目標(biāo)效果的重要體現(xiàn)。環(huán)保設(shè)備設(shè)計(jì)課程改革為培養(yǎng)具有設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)保設(shè)備能力的復(fù)合型應(yīng)用人才奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。