關于優(yōu)化大氣污染與控制實驗教學模式的探討

董堃 朱宗強 李海翔 李艷紅 梁延鵬

摘要大氣污染與控制實驗是環(huán)境工程專業(yè)的主干課程。本文對這門課程的現(xiàn)狀和存在問題進行了分析，提出了改進實驗裝置，調整實驗教學內容，改進實驗方法，優(yōu)化實驗教學模式的教學改革方法。對培養(yǎng)大氣污染與控制工程領域高素質創(chuàng)新型人才具有指導作用，通過對大氣污染與控制實驗教學模式的探討和優(yōu)化，探索改革路線，提高學生的綜合素質，實現(xiàn)充分共享實驗教學資源，提高了學生的學習積極性，培養(yǎng)了學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，從而真正提升教學內涵與層次，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供有力的支撐。

關鍵詞 大氣污染 實驗課程建設 優(yōu)化教學模式

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.17.039

Thoughts on the Construction of Experimental Teaching of Air Pollution Control Engineering in Colleges

DONG Kun[1]， ZHU Zongqiang[1][2]， LI Haixiang[1][2]， LI Yanhong[1][2]， Liang Yanpeng[1][2]

（[1]CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering，GuilinUniversityofTechnology，Guilin，Guangxi541006；

[2]Guangxi Key Laboratory of Environmental Control Theory and Technology， Guilin， Guangxi 541006）

AbstractThe Air Pollution Control Engineering experiment course is a compulsory experimental course for environmental engineering majors. This article analyzes the status and existing problems of the experimental class on the course. As an importantexperimentalcourse，itneedstobeimprovedandconstructedfromtheaspectsofenrichingandadjustingexperimental teaching content， optimizing experimental teaching mode， improving experimental equipment and reforming experimental courses.It’sveryimportantforcultivatinghigh-qualityinnovativetalentsinthefieldoftheairpollutionandcontrolengineering. ThroughthediscussionandoptimizationoftheexperimentalteachingmodeoftheAirPollutionControlEngineeringexperiment course，thereformrouteisexplored，thecomprehensivequalityofstudentsisimproved，theexperimentalteachingresourcesare fullyshared，thelearningenthusiasmofstudentsisimproved，thepracticalabilityandinnovationabilityofstudentsarecultivated， soasto truly enhancetheteachingconnotationand level， and providestrongsupportforthecultivationofinnovativetalents.

Keywordsair pollution； experiment course construction； optimizing teaching mode

隨著社會的發(fā)展和城市化進程的不斷加快，全球化的環(huán)境問題日趨嚴重，而其中大氣污染的問題不可忽視。[1]近些年來我國很多地區(qū)也出現(xiàn)了大規(guī)模霧霾天氣、機動車尾氣污染及燃煤污染等問題，這類問題已經由局部或區(qū)域性的污染擴展到全球性的大氣污染防治問題，因此如何有效的控制治理大氣污染、打好大氣污染防治攻堅戰(zhàn)成為當今國家的重大需要和國際上共同關注的關鍵點。

桂林理工大學“大氣污染與控制工程”課程依托教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”專業(yè)環(huán)境工程專業(yè)，屬于主干學位課程。作為配套實驗教學，背靠自治區(qū)重點實驗室（廣西環(huán)境污染控制理論與技術實驗室），“大氣污染與控制工程”實驗教學應當密切聯(lián)系實際，緊跟當前國內外大氣污染形勢以及建設高水平一流學科的要求，創(chuàng)新教學理念，優(yōu)化教學方法，豐富實踐內容，并在實驗課程教學設置，提高學生實踐能力和科研能力等方面對課程加以完善和改革。本文結合高?！按髿馕廴九c控制工程”實驗課程教學中存在的一些問題，并根據(jù)筆者在桂林理工大學實驗室的工作經歷，提出幾點建議。

1實驗課程中存在的問題

1.1過于側重理論教學體系，缺乏實踐教學

近些年來，我校大氣污染與控制工程理論課程注重學生對大氣理論知識的掌握，并且偏重理論知識的概念及定義特性，對相關的大氣污染處理工藝流程、操作規(guī)范等實際問題傳授較少，[2]只能通過對大氣污染物成分組成、濃度等計算來鞏固所學知識，并且課程設計大多以理論計算為主，學生在進行課程設計時，缺乏聯(lián)系實際的經驗，更多的是參考案例進行模仿，機械式的套用案例參考的公式、方法，重理論輕實踐，實驗內容相對簡單。例如旋風除塵器性能的測定和煙氣脫硫實驗，這兩個實驗都是通過了解實驗對象的結構和使用機理，找到其處理大氣污染物的最佳效率。其不足之處在于：上述實驗仍屬于基礎的驗證性實驗，內容無法與時俱進，不能真正與廢氣的實際處理工藝聯(lián)系起來；且創(chuàng)新性實驗較少，學生的積極性和主觀能動性得不到充分發(fā)揮。大氣污染與控制工程是一門發(fā)展迅速的學科，上述單一缺乏創(chuàng)新性的實驗課程及傳授內容已經無法滿足拓寬學生視野，傳授本學科發(fā)展最前瞻信息的要求，更無法滿足新形勢下社會對實踐創(chuàng)新性人才的需求。

1.2儀器配套及實驗時間不足，難以激發(fā)學生的求知欲

大氣污染與控制工程實驗課程所需要的儀器設備特點是花費較高且占地面積大，因此無法大批量采購，加之其與普通的環(huán)境工程基礎性實驗（例如水分析化學實驗，水處理微生物實驗）有著一定的區(qū)別，大氣污染控制工程實驗更注重對學生實踐能力的培養(yǎng)，側重考查學生將理論融會貫通到實踐的能力。而由于受到儀器配套不足的限制，特別是旋風除塵器和煙氣脫硫裝置運行多年后，設備老化問題凸顯且故障頻發(fā)，加之受到大型儀器數(shù)量的限制，需要將學生分成幾個大組進行實踐教學，每個學生在課程當中實際參與實驗時間仍然偏少，使得教學效率偏低，理論和實踐無法高效的結合起來，最終流于形式，難以激發(fā)學生對“大氣污染與控制工程”實驗課程學習的求知欲，不利于課程的順利開展。

1.3教學方法、實驗內容單一，實驗報告不規(guī)范

大氣污染與控制工程實驗課程所涵蓋的內容非常豐富，該課程的實驗教學模式主要以實驗室實驗教師通過現(xiàn)有儀器對學生進行傳授講解，學生在教師的指導下根據(jù)實驗書進行實驗操作，了解實驗儀器設備的性能和使用方法，最終形成完整的實驗報告。然而由于這些大多數(shù)實驗學生在實驗前已經可以知道結果，在課堂上只需要按照老師的要求“照葫蘆畫瓢”即可，導致學生被動參與實驗，實驗報告存在抄襲授課PPT、抄襲其他同學的作業(yè)的現(xiàn)象，上交的實驗報告雷同現(xiàn)象較為嚴重，且課后題和討論部分缺乏學生獨立的思考，多數(shù)是借助網絡得到的答案，這也導致實驗老師在判定成績時很難考察學生的實踐能力、獨立思考能力以提出問題、分析問題和解決問題的能力，最后導致學生參與實驗課程的積極性降低，特別是該門課程主要是面向大三大四的高年級學生參與，如果對于該門課程的要求教學要求松懈，將會無法對這些高年級學生即將到來的課程設計和專業(yè)實習產生實質性的幫助。

1.4教學模式偏重實際分析與監(jiān)測，實驗內容對環(huán)境造成一定的污染

大氣污染控制工程課程實驗室擁有煙氣脫硫裝置，實驗教學包括2個實驗，分別為大氣環(huán)境中SO2濃度監(jiān)測和SO2的檢驗分析，該實驗主要通過具有還原性的SO2氣體與酸性高錳酸鉀溶液反應使其褪色確定SO2的濃度。由于SO2是一種具有刺激性氣味的有毒氣體，故在實驗課堂演示時極易造成SO2的擴散，對實驗教室的課堂造成污染，嚴重威脅師生的健康；同時由于該門課學時較少，實驗課過程的某些實驗由教師進行操作，學生沒有進行完整的實驗操作流程，無法理解某些步驟的原理及方法。

2實驗課程改革建議

2.1充實和調整實驗教學內容，優(yōu)化實驗教學模式

近些年來，桂林理工大學秉承建設一流本科教育、全面提高實踐教學水平和提高學生實踐能力、綜合素質的理念，結合當今世界范圍內大氣污染的現(xiàn)狀及大氣污染的新理念和新工藝，對“大氣污染與控制工程”實驗課程體系進行了優(yōu)化，根據(jù)實際情況調整了教學內容，學院增設了大氣環(huán)境中TSP、SO2和NOx濃度監(jiān)測，室內空氣污染檢測等實驗課程，與原來的開設的實驗課程形成了互補，使理論課程得到了延續(xù)和提升，能夠更好的幫助學生查缺補漏，掌握專業(yè)知識。

目前學校的實驗教學主要以基礎實驗為主，為了提高學生的科研實踐能力和培養(yǎng)學生的動手能力，達到優(yōu)化實驗教學模式的目的，可以讓學生在實驗課程當中按3-4人分成一個小組，讓學生記下所有測試過程及實驗數(shù)據(jù)，并對關鍵步驟及實驗現(xiàn)象進行拍照記錄，對于實驗中出現(xiàn)的問題，應當先讓學生進行獨立思考，并形成書面記錄反饋給老師，老師在傳授過程中逐步引導學生找到解決問題的方法并就出現(xiàn)的問題針對性的進行講解；同時在課下可以積極鼓勵學生以幫助老師所帶的研究生的形式參加老師的科研項目課題，不僅加深對實驗的理解，還能提高學生的動手能力和專業(yè)水平。[3]

2.2改進實驗設備裝置，增加實驗室大氣教學儀器

為了解決實驗儀器設備匱乏，桂林理工大學環(huán)境科學與工程學院廣西環(huán)境污染控制理論與技術實驗室通過中央與地方合作，依托桂林理工大學、廣西師范大學、中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，籌建經費2000余萬，用于購置更新實驗室設備，使實驗室實驗儀器更加豐富，實驗室的功能性更強。一方面，實驗室對原有大氣實驗課儀器進行設備配套的增加，讓學生有更多的機會接觸儀器設備，激發(fā)學生的學習興趣，例如增加購置了LH-150型智能中流量空氣懸浮顆粒物采樣器、XWC-3型微機大氣含塵濃度測定儀及TH-880IV型微電腦煙塵平行采樣儀等儀器。另一方面，學校引入了“有機廢氣催化凈化半實物實驗裝置”虛擬仿真軟件輔助傳統(tǒng)實驗課程進行教學，以學生操作為主體，教師指導為輔，將教學、企業(yè)的需求直接轉化成授課實驗內容的設置安排，體現(xiàn)了崗位職業(yè)化需求。[4]這些舉措為大氣實驗室的進一步建設和發(fā)展奠定了基礎，同時也在一定程度上提高了大氣實驗教學的效率，得到了事半功倍的效果。

2.3改進實驗方法，改革實驗教學

通過實驗課程的教學，使學生的動手能力和科研素質得到提高，是提升實驗教學課堂質量的目標之一。為了使教師在課堂上的教學效果更好，我們改進了教學方法，通過推動學生參與大氣實驗完整的實驗過程中，每次實驗課前安排學生在教師的指導下進行儀器使用前調試等操作，并安排各組同學進行耗材準備、熟悉上機操作等步驟。同時為了增加學生操作儀器設備的時間，教師結合當前大氣污染的現(xiàn)狀和學生所學的基本大氣實驗技能，設置難度適中的實驗項目，分為2-3人一組，在桂林理工大學內開展大氣污染與控制實驗檢測項目，例如在校內根據(jù)各污染源的分布情況和結合校園各環(huán)境功能區(qū)的要求設置采樣點，并在不同時間對不同污染源所排放的大氣污染物進行監(jiān)測和分析。

實驗教學結束后，需要對學生進行實驗考核，由于實驗報告多數(shù)學生采用“照葫蘆畫瓢”的形式導致學生的實驗報告內容基本都一致，故在設置實驗報告和實驗結果處理要求時應調整實驗課成績的分配，可以分為三部分，第一部分為教師在課上對學生的實驗操作及參與現(xiàn)場回答關于實驗問題的質量、動手實踐能力、解決問題的能力打分；第二部分則是學生的實驗報告完整程度及課后自主思考的題目的回答情況；第三部分則是為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新及自主探索的精神，設置一個課后拓展題，學生可開放式作答，例如給定每個學生不同的大氣污染源濃度現(xiàn)狀，讓學生設計一個大氣污染治理方案，三個部分可按7：2：1進行最后實驗成績的評定。

同時我們還可以通過多樣化的教學手段對實驗進行講解，充分利用豐富的網絡資源，在空間上打破教與學的束縛，例如在新冠病毒疫情期間無法進行線下教學，可以通過MOOC慕課、藍墨云、雨課堂等線上教學平臺與教學資源相結合，開設網絡課堂。通過網絡的形式傳授實驗基本操作的知識點，發(fā)布與大氣實驗相關的資源（例如課件、視頻、作業(yè)等），并通過在線答疑的形式調動學生的積極性，幫助學生進一步鞏固實驗要領，提高了學生的學習效率。

2.4優(yōu)化實驗課程，開設虛擬仿真實踐教學

大氣污染控制工程課程實驗具有很強的工程性，實驗原理和設備操作復雜，實驗過程時間較長，故可以對實驗課課時進行優(yōu)化，例如大氣環(huán)境中SO2濃度監(jiān)測和SO2的檢驗分析可以分為兩門單獨的課程，獨立成課，確保每位學生在實驗過程中有充足的時間進行實驗操作，實驗過程學生能夠在獨立認真思考的基礎上加深對相關實驗課程的理解，從而具備一定的實驗技能基礎；針對某些實驗易對環(huán)境造成污染的問題，可以優(yōu)化實驗教學資源的配置，開設具有工程化、信息化和數(shù)字化的大氣污染控制工程及工程處理虛擬仿真課程，在減少環(huán)境污染的基礎上，培養(yǎng)學生的環(huán)保意識和實驗動手能力，提高學生的綜合素質。

3結束語

不斷充實和調整實驗教學內容，優(yōu)化實驗教學模式，使實驗教學真正成為理論教學的延伸和拓展，是成為學生提高實踐能力、掌握必要實驗技能的重要途徑，更是高校大氣污染與控制工程實驗教學的重要目的。一方面，通過改進實驗設備，購置儀器、開展仿真教學等的方式，進一步建設和發(fā)展大氣實驗室，與科研緊密結合，不斷提高教學效率。另一方面，通過改進教學方法，改革實驗課程的方式，采用多元化的教學模式激發(fā)培養(yǎng)學生的學習興趣。總之，我們還需要繼續(xù)探索“大氣污染與控制工程”實驗課程的改革，在當前新工程改革、工程教育認證的背景下，探索改革路線，提高學生的綜合素質，培養(yǎng)既有理論水平又有實踐能力的高素質復合型人才，為祖國的偉大復興做出貢獻。

基金項目：1.廣西高等教育本科教學改革工程項目“新工科背景下的地方高校環(huán)境類專業(yè)改造升級路徑探索與實踐”（2018JGZ120）；2.廣西高等教育本科教學改革工程項目“地方高校給排水科學與工程專業(yè)拔尖創(chuàng)新人才選拔與評價機制構建與實踐”（2018JGB199）；3.廣西高等教育本科教學改革工程項目基于OBE理念的地方高校環(huán)境學科工程實訓教學模式信息化改革與實踐（2018JGB209）；4.教育部高等學校給排水科學與工程專業(yè)教學指導分委員會教學改革項目“新工科背景下地方高校給排水科學與工程專業(yè)人才多維協(xié)同培養(yǎng)模式探索與構建”（GPSJZW2019-13）；5.2021年廣西壯族自治區(qū)教育廳“‘兩性一度’視域下環(huán)境類專業(yè)虛擬仿真實驗教學模式改革與實踐”（項目編號2021JGA194）

參考文獻

[1]潘奕雯，鄭麗娜，姜慧，等.“生態(tài)文明”理念融入課程思政的教育教學探索——以大氣環(huán)境專題為例[J].當代教育實踐與教學研究， 2019（24）：142-143+147.

[2]王琛，史永純，邵成.“大氣污染控制實驗”課程教學模式的創(chuàng)新與實踐[J].黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學院學報，2017，30（03）：110-111.

[3]魏建文，陳斯琪，耿琳琳，等.卓越工程師計劃背景下的大氣污染控制工程課程教學改革探索[J].教育教學論壇，2018（25）：89-90.

[4]張慶，朱宗強，梁美娜，等.關于儀器分析實驗教學中若干問題的建議[J].教育教學論壇，2017（50）：276-277.