《工業(yè)通風(fēng)》課程能力培養(yǎng)體系設(shè)計(jì)與實(shí)踐

易燦南教授 皮子坤 張一夫副教授 彭 斌副教授

(湖南工學(xué)院 安全與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 衡陽 421102)

0 引言

能力培養(yǎng)是工程教育專業(yè)認(rèn)證的重要內(nèi)容，明確課程能力體系、設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練項(xiàng)目并進(jìn)行實(shí)踐，是促進(jìn)畢業(yè)要求達(dá)成的關(guān)鍵途徑?！豆I(yè)通風(fēng)》是安全工程專業(yè)核心課程，其目的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)污染物的控制能力——依據(jù)污染物產(chǎn)生和傳播途徑，提出污染物控制方案，并能夠設(shè)計(jì)相應(yīng)的通風(fēng)系統(tǒng)[1-2]。關(guān)于該課程能力培養(yǎng)問題，劉虎華與張莉娟[3]提倡情景化教學(xué)；畢明華等[4]提出從完善教學(xué)內(nèi)容、改革課堂教學(xué)方法、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練、完善課程考核機(jī)制方面來進(jìn)行改革；曹青等[5]提出了工程認(rèn)證背景下教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式改革；劉雪莉[6]通過問卷調(diào)查課程改革的效果；馬有營[7]提出了新型教學(xué)模式；易燦南等[1,8]提出了基于CDIO的能力培養(yǎng)體系，提出基于模塊的能力訓(xùn)練體系，并且對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進(jìn)行了改革；林秀麗[9]和黃婷[10]提出了課程設(shè)計(jì)改革。以上研究從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課程考核以及課程實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行教學(xué)改革以促進(jìn)《工業(yè)通風(fēng)》課程能力提升，易燦南等[1,8]提出了基于模塊的能力訓(xùn)練體系，但能力具體如何訓(xùn)練，途徑具體如何，并沒有進(jìn)一步研究，更沒有提出體系化訓(xùn)練方法。基于此，本課題組在充分考慮《工業(yè)通風(fēng)》在安全工程人才培養(yǎng)體系中作用的基礎(chǔ)上，基于工程認(rèn)證要求，確定課程對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，提出能力培養(yǎng)體系并進(jìn)行實(shí)踐以促進(jìn)指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成。

1 《工業(yè)通風(fēng)》課程對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求

為確定《工業(yè)通風(fēng)》課程對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求從而確定其能力培養(yǎng)體系，課程組對(duì)照工程教育專業(yè)認(rèn)證12條畢業(yè)要求，最終確定課程對(duì)應(yīng)3個(gè)畢業(yè)要求：畢業(yè)要求3(設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案)、畢業(yè)要求4(研究)以及畢業(yè)要求5(使用現(xiàn)代工具)。為促進(jìn)以上3條畢業(yè)要求的達(dá)成，在授課過程中應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生以下方面的能力：

(1)文獻(xiàn)檢索能力，能夠根據(jù)既定課題，在全網(wǎng)進(jìn)行文獻(xiàn)檢索并整理。

(2)專業(yè)能力，能夠根據(jù)工業(yè)污染問題，提出合理的通風(fēng)方案，進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，撰寫設(shè)計(jì)說明書并繪制相關(guān)圖紙。

2 《工業(yè)通風(fēng)》課程能力培養(yǎng)體系設(shè)計(jì)

2.1 文獻(xiàn)檢索能力培養(yǎng)

工業(yè)通風(fēng)來源于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，其研究對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)中的空氣污染問題。空氣污染包括粉塵、有害氣體或蒸汽、余熱及余濕，涉及行業(yè)包括礦山、建筑、化工、機(jī)械、輕工、電力等，涉及工藝包括機(jī)械粉碎和固體研磨，粉狀物料混合、篩分、包裝和運(yùn)輸，物質(zhì)燃燒，蒸汽氧化和凝結(jié)，電鍍，噴漆等等[11]?？諝馕廴究刂剖歉纳拼髿猸h(huán)境的關(guān)鍵問題，現(xiàn)有研究關(guān)注通風(fēng)方案設(shè)計(jì)，具體生產(chǎn)過程通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如全面通風(fēng)、自然通風(fēng)和局部通風(fēng)，局部排風(fēng)罩設(shè)計(jì)與改造以及新型凈化裝置研究與設(shè)計(jì)等方面。這些研究或?qū)嵺`成果為學(xué)生文獻(xiàn)檢索能力訓(xùn)練提供了便利，可根據(jù)授課進(jìn)度適當(dāng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)檢索能力訓(xùn)練項(xiàng)目，以小組或者個(gè)人為單位通過知網(wǎng)、百度、論壇以及公司網(wǎng)站檢索與課題相關(guān)資料，對(duì)其進(jìn)行加工和整理，從而實(shí)現(xiàn)文獻(xiàn)檢索能力訓(xùn)練。

2.2 專業(yè)能力培養(yǎng)

根據(jù)《工業(yè)通風(fēng)》專業(yè)能力要求，將其劃分為通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和圖紙繪制能力2部分，以更好的進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練。

2.2.1 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)

通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力具體包括方案確定、全面通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、自然通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、局部送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及局部排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，其中局部排風(fēng)系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)中污染控制效果最好的方案，與其他通風(fēng)系統(tǒng)而言，該系統(tǒng)相對(duì)更復(fù)雜，而且若全面掌握該系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)，學(xué)生通過自學(xué)就能較容易的掌握其他通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。另外，在國內(nèi)大部分高校專業(yè)課時(shí)調(diào)整為32h的背景下，要對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面詳細(xì)講解變得尤為困難，同時(shí)也不利于學(xué)生自學(xué)能力的提升。因此，通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)可主要通過局部排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力來實(shí)現(xiàn)，如圖1。

圖1 局部排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力Fig.1 Design ability for local exhaust system

局部排風(fēng)系統(tǒng)中：由于污染源擴(kuò)散特征以及工藝要求不同，局部排風(fēng)罩種類繁多，如密閉罩、柜式排風(fēng)罩、外部吸氣罩、接受罩、槽邊排風(fēng)罩、吹吸式排風(fēng)罩等；由于污染物特性的不同，如粉塵的粘附性、爆炸性、荷電性以及潤濕性等，以及粉塵的粒徑和分散度不同，凈化裝置的凈化機(jī)理不同，從而存在不同類型的凈化裝置，如重力沉降室、慣性除塵器、旋風(fēng)除塵器、靜電除塵器、過濾式除塵器、吸收裝置、吸附裝置等[11]。因此，學(xué)生應(yīng)該具備明確各種裝置的原理并且能夠進(jìn)行合理選型并進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力：能力2局部排風(fēng)罩設(shè)計(jì)能力和能力3凈化裝置設(shè)計(jì)能力則成為局部排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的重心，教學(xué)過程中應(yīng)仔細(xì)剖析每種局部排風(fēng)罩和凈化裝置的工作原理、適用對(duì)象和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練；能力4管網(wǎng)設(shè)計(jì)能力應(yīng)該貫穿于課堂教學(xué)整個(gè)過程，將管網(wǎng)設(shè)計(jì)需要注意的問題融入實(shí)例設(shè)計(jì)進(jìn)行講解說明；能力5水力計(jì)算能力宜通過課后習(xí)題強(qiáng)化訓(xùn)練；能力1系統(tǒng)確定能力以及能力6風(fēng)機(jī)選定能力則通過課堂講解以及實(shí)例分析即可實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 通風(fēng)圖紙繪制能力培養(yǎng)

在開設(shè)《工業(yè)通風(fēng)》課程之前，學(xué)生基本無通風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)繪圖訓(xùn)練，因此可隨教學(xué)進(jìn)度設(shè)計(jì)繪圖能力訓(xùn)練題目：難度由易到難，視覺效果由直觀至需要結(jié)合相關(guān)專業(yè)知識(shí)想象并補(bǔ)全，圖形由三視圖到“系統(tǒng)圖+三視圖”，可設(shè)計(jì)三級(jí)繪圖訓(xùn)練體系，如圖2。

圖2 《工業(yè)通風(fēng)》三級(jí)繪圖訓(xùn)練體系Fig.2 The three-level drawing-training system for Industrial Ventilation

3 《工業(yè)通風(fēng)》課程能力訓(xùn)練實(shí)踐

2020年上半年，新冠疫情給教學(xué)工作帶來了很大困難，無法開展線下教學(xué)。課程組在中國大學(xué)MOOC、智慧樹、學(xué)堂在線等各大平臺(tái)上尋找通風(fēng)工程相關(guān)課程資源，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有資源主要集中為礦井通風(fēng)，而礦井通風(fēng)與工業(yè)通風(fēng)有較大差異[12]，不適合用于初學(xué)者學(xué)習(xí)工業(yè)通風(fēng)。在線資源的缺失給教學(xué)帶來了很大困難，課程組最終決定通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(騰訊課堂、雨課堂等)進(jìn)行直播教學(xué)。課程組基于前期教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步完善和優(yōu)化工業(yè)通風(fēng)能力訓(xùn)練項(xiàng)目，并在2018級(jí)安全工程4班中實(shí)施。

3.1 文獻(xiàn)檢索能力訓(xùn)練

基于課時(shí)限制，以及局部排風(fēng)系統(tǒng)中排風(fēng)罩和凈化裝置的復(fù)雜性和重要性，主要設(shè)計(jì)以下2類課題：密閉罩、柜式排風(fēng)罩、吹吸罩、槽邊排風(fēng)罩在工業(yè)生產(chǎn)中的使用；重力沉降室、慣性除塵器、旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器、濕法除塵器、吸收裝置、吸附裝置在工業(yè)生產(chǎn)中的使用。教師根據(jù)授課進(jìn)度，每次派發(fā)1-2個(gè)課題，由小組成員通過文獻(xiàn)檢索來完成，然后在騰訊課堂進(jìn)行匯報(bào)。通過此訓(xùn)練，同學(xué)們學(xué)會(huì)了文獻(xiàn)檢索的方法，進(jìn)行文獻(xiàn)閱讀、分析和整理，并且學(xué)習(xí)了文獻(xiàn)的引用方法。

3.2 專業(yè)能力訓(xùn)練

3.2.1 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力訓(xùn)練

圖1所示局部排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力體系中，能力3和能力4由于所涉及排風(fēng)罩和凈化裝置種類繁多，需要設(shè)計(jì)專項(xiàng)能力訓(xùn)練項(xiàng)目，即從工業(yè)生產(chǎn)中提取大量污染發(fā)生源素材，要學(xué)生針對(duì)污染源特征選擇合適排風(fēng)罩和凈化裝置并且進(jìn)行設(shè)計(jì)。經(jīng)過多年的教學(xué)改革實(shí)踐，逐漸累積了18個(gè)“排風(fēng)罩能力訓(xùn)練項(xiàng)目”以及22個(gè)“凈化裝置能力訓(xùn)練項(xiàng)目”。這40個(gè)能力訓(xùn)練題目均在該部分知識(shí)理論授課之后發(fā)布，由小組自愿領(lǐng)取課題的方式進(jìn)行能力訓(xùn)練，學(xué)生需要分析討論污染源特征，確定合適的排風(fēng)罩和凈化裝置，并且說明選擇依據(jù)(在騰訊課堂進(jìn)行小組匯報(bào))；排風(fēng)罩和凈化裝置設(shè)計(jì)計(jì)算部分則結(jié)合課后習(xí)題進(jìn)行(發(fā)布于雨課堂)。

為促進(jìn)學(xué)生對(duì)局部排風(fēng)系統(tǒng)的了解，設(shè)計(jì)“某企業(yè)車間污染物控制課題”，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖1中6個(gè)能力的逐個(gè)訓(xùn)練，設(shè)計(jì)題目，見下表。在相應(yīng)理論知識(shí)點(diǎn)講授完畢后，在直播課堂中對(duì)照所設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)訓(xùn)練。

表 局部排風(fēng)系統(tǒng)能力訓(xùn)練課題Tab. Ability-promoting subject for local exhaust system

圖3 車間平面布局Fig.3 The workshop layout

3.2.2 繪圖能力訓(xùn)練

本學(xué)期教學(xué)進(jìn)度為4學(xué)時(shí)/周，在8周內(nèi)完成理論課教學(xué)，設(shè)計(jì)了3套繪圖訓(xùn)練題目，發(fā)布于雨課堂測(cè)試?；?.2.1部分考慮，此次訓(xùn)練主要針對(duì)局部排風(fēng)系統(tǒng)。

(1)繪圖訓(xùn)練1：某具體排風(fēng)系統(tǒng)管網(wǎng)三視圖繪制。通過百度，獲得某室內(nèi)局部排風(fēng)系統(tǒng)三維系統(tǒng)圖，要求學(xué)生依據(jù)工程制圖標(biāo)準(zhǔn)繪制三視圖，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)相關(guān)設(shè)備尺寸在不同視圖上的一致性。此任務(wù)在局部排風(fēng)罩授課內(nèi)容基本完成時(shí)下達(dá)，此時(shí)學(xué)生對(duì)局部排風(fēng)系統(tǒng)組成有了一個(gè)基本認(rèn)識(shí)，對(duì)局部排風(fēng)罩也有了系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，能夠充分理解各部件的作用。

(2)繪圖訓(xùn)練2：某企業(yè)排風(fēng)系統(tǒng)實(shí)拍圖片三視圖繪制。通過百度獲得企業(yè)局部排風(fēng)系統(tǒng)照片，要求同學(xué)們觀察照片，根據(jù)暖通空調(diào)繪圖標(biāo)準(zhǔn)繪圖。此任務(wù)在凈化裝置知識(shí)部分講解完成后下達(dá)任務(wù)，此時(shí)學(xué)生對(duì)凈化裝置也有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，在設(shè)備與管道連接上有了較多的認(rèn)識(shí)，雖然繪圖難度增大，但是圖紙繪制質(zhì)量比繪圖訓(xùn)練1時(shí)明顯提升。

(3)繪圖訓(xùn)練3：某企業(yè)排風(fēng)系統(tǒng)實(shí)拍圖片系統(tǒng)圖和三視圖繪制。此部分圖片一般只包括室內(nèi)通風(fēng)管網(wǎng)布置，要求同學(xué)們根據(jù)所學(xué)知識(shí)補(bǔ)全通風(fēng)管網(wǎng)，并且繪制相關(guān)圖紙。此任務(wù)難度進(jìn)一步增大，需要同學(xué)們對(duì)整個(gè)局部排風(fēng)系統(tǒng)有較為全面和深入的認(rèn)識(shí)，此繪圖訓(xùn)練在局部排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論知識(shí)講解全部完成后下達(dá)，即圖1中能力6完成后進(jìn)行。

3.3 能力訓(xùn)練考核方案

能力訓(xùn)練項(xiàng)目一般重視過程考核，在課程組之前設(shè)計(jì)的模塊式能力訓(xùn)練體系中，該部分考核比重達(dá)50%[8]。經(jīng)過課程組討論，此次能力訓(xùn)練項(xiàng)目所占比重仍定為50%，其中文獻(xiàn)檢索能力、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和繪圖能力考核各占10%、30%和10%。

(1)文獻(xiàn)檢索能力考核，從文獻(xiàn)檢索數(shù)量、數(shù)據(jù)庫來源、文獻(xiàn)閱讀與整理、文獻(xiàn)引用、文獻(xiàn)格式、課題匯報(bào)材料質(zhì)量和匯報(bào)質(zhì)量等方面來綜合判定。

(2)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力考核，從分析、結(jié)論、匯報(bào)材料質(zhì)量以及匯報(bào)質(zhì)量等方面來綜合判定。

(3)繪圖能力考核，從圖紙正確度、規(guī)范度等方面來綜合判定。

4 能力培養(yǎng)項(xiàng)目實(shí)施滿意度調(diào)查

理論課程通過直播教學(xué)完成，由于學(xué)校規(guī)定理論課程考試在下學(xué)期初學(xué)生回校后再進(jìn)行，所以制定調(diào)查問卷調(diào)查該班對(duì)能力訓(xùn)練項(xiàng)目實(shí)施的滿意度，33人參與調(diào)查，男性和女性分別為20人和13人。調(diào)查結(jié)論如下：

(1)教學(xué)內(nèi)容安排和能力項(xiàng)目設(shè)計(jì)方面。90.91%的同學(xué)對(duì)教學(xué)內(nèi)容安排滿意，84.85%的同學(xué)們認(rèn)為課程內(nèi)容豐富信息量大且課程內(nèi)容理論聯(lián)系實(shí)際，案例生動(dòng)；84.84%的同學(xué)滿意小組匯報(bào)設(shè)計(jì)題目，87.88%的同學(xué)認(rèn)為課后作業(yè)和繪圖訓(xùn)練作業(yè)合理，90.91%的同學(xué)認(rèn)為通過小組匯報(bào)、課后作業(yè)和繪圖訓(xùn)練，自己的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力得到了提升。84.85%的同學(xué)認(rèn)為通過能力訓(xùn)練項(xiàng)目，閱讀課外專業(yè)書籍和文獻(xiàn)方面的能力得到了提升。

(2)教師課堂組織方面。93.94%的同學(xué)們覺得老師上課很投入、充滿激情和活力，96.97%的同學(xué)覺得老師的課件和上課講述準(zhǔn)備很充分、滿意老師的專業(yè)技術(shù)水平并且授課語言生動(dòng)、清晰，講課條理清楚。87.88%的同學(xué)們覺得教師深入淺出、旁征博引、通俗易懂，并且能夠激發(fā)學(xué)生認(rèn)真思考，引導(dǎo)學(xué)生圍繞議題展開課堂討論。

(3)直播教學(xué)效果。81.81%的同學(xué)滿意直播教學(xué)效果，但是也有同學(xué)反應(yīng)直播教學(xué)比不上課堂教學(xué)，線上教學(xué)相比于線下教學(xué)效率要低，希望能夠開學(xué)后進(jìn)行線下教學(xué)；也有同學(xué)反應(yīng)希望加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練。

5 結(jié)論

(1)對(duì)標(biāo)安全工程專業(yè)工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，確定《工業(yè)通風(fēng)》課程對(duì)應(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，從而確定該課程能力培養(yǎng)體系——文獻(xiàn)檢索能力培養(yǎng)和專業(yè)能力培養(yǎng)(通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和繪圖能力)，并且提出了具體的培養(yǎng)方案，為全面提升安全工程專業(yè)學(xué)生通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力奠定了基礎(chǔ)，也為安全工程其他專業(yè)課程甚至其他工科專業(yè)課程能力提升訓(xùn)練設(shè)計(jì)提供了借鑒。

(2)教學(xué)改革實(shí)踐表明，學(xué)生對(duì)該課程能力訓(xùn)練體系實(shí)施滿意度較高，但由于開展方式為線上教學(xué)，與傳統(tǒng)線下教學(xué)相比，教學(xué)過程呈現(xiàn)以及教學(xué)互動(dòng)等方面存在不足，影響了教學(xué)效果。在下一輪課堂教學(xué)中，課程組將進(jìn)一步完善和優(yōu)化該體系，全面提升學(xué)生相關(guān)能力水平。