(南昌航空大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 江西 330063)
大氣污染控制工程是環(huán)境工程本科專業(yè)的專業(yè)主干課,其實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。不少院校針對(duì)該項(xiàng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展了相應(yīng)的研究,取得了一些經(jīng)驗(yàn)。但由于做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)涉及的因素很多,因此在具體實(shí)踐時(shí)仍然存在許多問題值得探索研究。
南昌航空大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)作為典型的工程教育專業(yè),近期開展了工程教育專業(yè)認(rèn)證工作并通過了認(rèn)證(工程教育認(rèn)證通告〔2019〕第1號(hào),有效期開始時(shí)間2018年1月)。
結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證工作,以工程教育認(rèn)證的理念為導(dǎo)向,針對(duì)大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)教學(xué),本專業(yè)從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式、實(shí)驗(yàn)考核等不同方面進(jìn)行了一系列改革。在理念上堅(jiān)持以學(xué)生為中心的教育理念、成果導(dǎo)向的教育取向、持續(xù)改進(jìn)的質(zhì)量文化。具體措施體現(xiàn)在教學(xué)方面,主要從分析社會(huì)對(duì)未來人才的素質(zhì)要求出發(fā),進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的更新和調(diào)整,對(duì)教學(xué)手段進(jìn)行創(chuàng)新,并安排更合理的教學(xué)結(jié)構(gòu)。在學(xué)生方面,首先是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)課程的理論知識(shí)、掌握實(shí)驗(yàn)操作技能,在此過程中提高分析復(fù)雜問題的能力和動(dòng)手解決問題的能力以及創(chuàng)新能力,從而全面提高學(xué)生的素質(zhì),保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量??己松蟿t進(jìn)行了項(xiàng)目和比例等的調(diào)整。
本文結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證工作中對(duì)大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)行的一系列改革與創(chuàng)新,將獲得的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)進(jìn)行總結(jié),并對(duì)工程教育專業(yè)認(rèn)證中重要理念即持續(xù)改進(jìn)工作的實(shí)施提出了建設(shè)性的意見。
大氣污染控制工程原實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為:粉塵分散度測(cè)定、大氣擴(kuò)散參數(shù)的測(cè)定、大氣污染控制系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)測(cè)定,前兩項(xiàng)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),后一項(xiàng)為綜合性實(shí)驗(yàn)。為使實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容緊扣學(xué)科新發(fā)展、新動(dòng)態(tài),進(jìn)行了增加和改進(jìn)。增設(shè)了綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,達(dá)到從基本技能訓(xùn)練過渡到實(shí)際應(yīng)用;增設(shè)了前沿新技術(shù)項(xiàng)目。目的是做到以學(xué)生為中心,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正成為理論與實(shí)踐相結(jié)合的紐帶,能夠培養(yǎng)面向社會(huì)需求的實(shí)用創(chuàng)新型人才。
隨著與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,一些實(shí)驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)被更新的技術(shù)取代,原有的一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)于社會(huì)需求來說已經(jīng)過時(shí),因此需要進(jìn)行及時(shí)的更新。同時(shí),鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,也需要對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行及時(shí)更新。實(shí)驗(yàn)教材作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的主要載體和保障措施,需要及時(shí)改編。
我們根據(jù)工程教育認(rèn)證的相關(guān)理念,結(jié)合大氣污染控制工程課程特點(diǎn)和要求,依據(jù)理論教學(xué),對(duì)現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及時(shí)全部進(jìn)行修訂和整合,編制出一整套既體現(xiàn)基礎(chǔ)性,又能反映大氣防治新技術(shù)、新方法、新設(shè)備的實(shí)驗(yàn)教材。實(shí)驗(yàn)教材編寫的宗旨是既滿足基礎(chǔ)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,同時(shí)滿足有特長(zhǎng)或?qū)W有余力的學(xué)生,讓他們得到更多更好的訓(xùn)練。
例如針對(duì)“大氣污染控制系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)測(cè)定”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,由學(xué)院出資經(jīng)費(fèi),老師指導(dǎo)學(xué)生自制“多功能氣體污染物凈化實(shí)驗(yàn)裝置”用于實(shí)驗(yàn)教學(xué),該裝置設(shè)計(jì)時(shí)擁有老師實(shí)用新型專利—密閉式水位控制箱(專利號(hào):ZL992016924)和學(xué)生實(shí)用新型專利—沸騰式廢氣吸收塔(專利號(hào):ZL20 1020152840.7)。新制實(shí)驗(yàn)設(shè)備調(diào)試成功后,對(duì)原實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容全部進(jìn)行及時(shí)更新。
環(huán)境工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為學(xué)生具備污染物的控制與治理方面的知識(shí),具有規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理、教育和研究開發(fā)方面的能力。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室新進(jìn)大氣實(shí)驗(yàn)設(shè)備,我們精心設(shè)計(jì)增開了一系列設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。包括數(shù)據(jù)采集文丘里-旋風(fēng)除塵組合裝置粉塵去除性能測(cè)定、電除塵裝置粉塵去除性能測(cè)定、袋式除塵裝置粉塵去除性能測(cè)定、多功能氣體吸收實(shí)驗(yàn)裝置二氧化硫去除性能測(cè)定、雙堿法脫硫?qū)嶒?yàn)裝置性能測(cè)定、活性炭移動(dòng)床吸附裝置甲苯去除性能測(cè)定、有機(jī)廢氣吸附裝置甲苯去除性能測(cè)定等共計(jì)七項(xiàng)新增實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括廢氣種類、吸收塔、氣體流量、污染物濃度、洗滌液種類及濃度等眾多參數(shù)的合理選擇和有效測(cè)定,以及設(shè)備凈化效果評(píng)價(jià)和設(shè)備不足之處及改進(jìn)建議的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。所有設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)均經(jīng)過仔細(xì)審定,經(jīng)教研室、學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、學(xué)校評(píng)審委員會(huì)逐級(jí)審批簽署意見,最終審核通過后實(shí)施于實(shí)驗(yàn)教學(xué),這樣確保了綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的適用性、科學(xué)性和嚴(yán)肅性。上述新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目配置的每類實(shí)驗(yàn)設(shè)備均為兩臺(tái)套,在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí),讓學(xué)生在任選項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí),可以保證學(xué)生選題分散,既考慮到學(xué)生興趣的個(gè)性化特征,又減輕了設(shè)備臺(tái)套不足的壓力。
原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式主要是講解、示范、驗(yàn)證。學(xué)生在此過程中基本處于被動(dòng)接收和按步驟操作的狀態(tài),趨于機(jī)械性地觀察、記錄。在這種情況下,學(xué)生探究理論的主動(dòng)性被抑制,實(shí)驗(yàn)興趣也不高。如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性?我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要,對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用不同的教學(xué)手段。除常規(guī)講解外,錄像、多媒體系統(tǒng)、學(xué)校網(wǎng)絡(luò)課堂(天空課堂)以及其他的網(wǎng)絡(luò)手段也都被充分利用起來,以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果與質(zhì)量。近期增加了虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。除正常開設(shè)的學(xué)時(shí)之外,學(xué)生可以和實(shí)驗(yàn)老師預(yù)約時(shí)間自己?jiǎn)为?dú)利用課余時(shí)間來完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。以此真正調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情,提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。
以下為實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多典型問題改進(jìn)內(nèi)容的闡述。
學(xué)生首次設(shè)計(jì)大氣實(shí)驗(yàn)時(shí),因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室有限的大氣實(shí)驗(yàn)設(shè)備限制了實(shí)驗(yàn)方法的選擇,因此給予學(xué)生在設(shè)計(jì)方面的一些指導(dǎo)和規(guī)范,以幫助學(xué)生設(shè)計(jì)出成功的實(shí)驗(yàn)。因此,實(shí)驗(yàn)課前,首先將實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有主要設(shè)備列出清單發(fā)給學(xué)生,同時(shí)提出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求:①依據(jù)實(shí)驗(yàn)要求結(jié)合興趣選取設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;②觀察實(shí)驗(yàn)裝置,了解使用用途,寫出實(shí)驗(yàn)工作原理;③依據(jù)實(shí)體繪制實(shí)驗(yàn)裝置圖(管線、閥門、控制部件、采樣點(diǎn)、測(cè)壓點(diǎn)等均要標(biāo)明);④工藝的選擇及工藝流程說明;⑤實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行,包括開車前準(zhǔn)備、開車、運(yùn)行調(diào)試;⑥實(shí)驗(yàn)方法確定,包括工藝參數(shù)設(shè)定、參數(shù)測(cè)定、記錄表格等;⑦實(shí)驗(yàn)裝置停車及停車后的處理;⑧實(shí)驗(yàn)裝置處理效率評(píng)價(jià);⑨實(shí)驗(yàn)裝置缺陷及改進(jìn)建議,實(shí)驗(yàn)操作存在的問題及改進(jìn);⑩便于實(shí)驗(yàn)的各方面建議。在明確了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上,寫出詳實(shí)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的操作步驟,使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有序而不雜亂。
學(xué)生初步的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)會(huì)存在諸多不足,要讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中暴露不足,然后加以正確引導(dǎo),讓學(xué)生在不斷完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中吸取知識(shí)、提高技能。因此在綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“大氣污染控制系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)測(cè)定”授課時(shí),即開始引入設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的理念,例如在實(shí)驗(yàn)課上短時(shí)間內(nèi)要求學(xué)生對(duì)自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備繪制出“設(shè)備簡(jiǎn)圖”,對(duì)裝置上的沖擊式除塵裝置管線的連接方式及其阻力、煙氣流速測(cè)定等進(jìn)行引導(dǎo)和設(shè)計(jì),對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中存在的問題如:對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容無從下手,心里明白操作但不知如何用規(guī)范的語言描述,實(shí)驗(yàn)步驟的可操作性差等問題。這些問題的暴露,說明了學(xué)生在某些知識(shí)點(diǎn)的掌握上還相對(duì)薄弱。實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)這些弱點(diǎn)逐一處理,以啟發(fā)和指點(diǎn)的方式指導(dǎo)學(xué)生完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。
同時(shí)為了讓學(xué)生有效進(jìn)行設(shè)計(jì),必須提前將實(shí)驗(yàn)裝置清單、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的題目、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求下發(fā)給學(xué)生,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)完畢上交實(shí)驗(yàn)教師,由實(shí)驗(yàn)教師檢查其方案的可行性、可操作性和完善性。
對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)教師采取以“場(chǎng)外指導(dǎo)”為主的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)方式。主要針對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題,指出解決問題的思路和一般方法,讓學(xué)生經(jīng)過自己反復(fù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)規(guī)律,找出解決問題的方法。在此過程中,學(xué)生是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體,教師的主要作用是調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。例如學(xué)生在選做“多功能氣體吸收實(shí)驗(yàn)裝置二氧化硫去除性能測(cè)定(填料吸收塔)”的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)過程中,當(dāng)填料吸收塔內(nèi)的洗滌液噴淋量和氣體流速參數(shù)選擇不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)“液泛現(xiàn)象”,教師不是像以往那樣及時(shí)制止學(xué)生操作,而是讓他們按自己的步驟繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、觀察、記錄、分析判斷和快速做出參數(shù)調(diào)整,并通過記錄的數(shù)據(jù)反映出當(dāng)液泛開始時(shí),塔內(nèi)壓降急劇上升和脫硫效率急劇下降規(guī)律,同時(shí)正常的操作也被打破,隨之還會(huì)發(fā)生“淹塔事故”,分析得到該實(shí)驗(yàn)裝置氣相量和液相量運(yùn)行參數(shù)設(shè)定均不能過大,以此來加深對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的理解。
考核要滿足三方面的要求:真實(shí)反映學(xué)生學(xué)習(xí)水平;有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生上好實(shí)驗(yàn)課的自主性和積極性;保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。對(duì)原分項(xiàng)考核記分的方式結(jié)合新設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了改進(jìn),提高了各實(shí)踐環(huán)節(jié)的成績(jī)。
工程教育專業(yè)認(rèn)證工作中經(jīng)過實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討,對(duì)實(shí)驗(yàn)成績(jī)組成部分及所占比例進(jìn)行了大的變動(dòng),調(diào)整后情況如表1。實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)比例調(diào)整后,學(xué)生加強(qiáng)了對(duì)實(shí)驗(yàn)過程各個(gè)必要環(huán)節(jié)的重視。
表1 實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
實(shí)驗(yàn)報(bào)告方面的撰寫訓(xùn)練是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分。學(xué)生在該方面的能力是從事技術(shù)工作的重要基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中設(shè)置了優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)報(bào)告自我講評(píng)和展示環(huán)節(jié),目的為:①讓學(xué)生明確如何規(guī)范和完整地書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告;②明確如何正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);③發(fā)現(xiàn)自己?jiǎn)栴}所在,并與實(shí)驗(yàn)教師及同學(xué)就問題做進(jìn)一步交流;④利用這種新式溝通方式提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性。
學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新反應(yīng)強(qiáng)烈,具體有如下反饋:開設(shè)的綜合性實(shí)驗(yàn)為后續(xù)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)建立了基礎(chǔ);開設(shè)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),由于需要自己進(jìn)行設(shè)計(jì),鍛煉了獨(dú)立思考分析能力,同時(shí)自己也很有好奇心以及成功后的喜悅感;通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),真正懂得了實(shí)驗(yàn)的意義,真正學(xué)會(huì)了自己獨(dú)立解決問題。
工程教育專業(yè)認(rèn)證的第三個(gè)理念即持續(xù)改進(jìn)的質(zhì)量文化。工程教育專業(yè)認(rèn)證提出的持續(xù)改進(jìn)的質(zhì)量文化其中包括:建立常態(tài)性評(píng)價(jià)機(jī)制并不斷改進(jìn)。環(huán)境工程系通過評(píng)價(jià)機(jī)制對(duì)大氣實(shí)驗(yàn)教學(xué)定期進(jìn)行評(píng)價(jià),通過評(píng)價(jià)的結(jié)果及學(xué)科發(fā)展規(guī)劃提出將大氣重大工程實(shí)踐轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,但部分實(shí)驗(yàn)中涉及危險(xiǎn)致癌物,或者存在易燃易爆等安全隱患,考慮到學(xué)生的安全問題,學(xué)校很難開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)??紤]通過現(xiàn)代化信息手段和云資源庫建設(shè),虛擬仿真軟件則可以將這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬,既解決了污染、安全隱患的問題,還可以使學(xué)生沉浸到實(shí)驗(yàn)環(huán)境中,親自動(dòng)手操作,提高學(xué)生的思維能力和動(dòng)手能力,從而完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,提高開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程的豐富性。由學(xué)院學(xué)科建設(shè)費(fèi)用支持,依托北京歐倍爾軟件技術(shù)開發(fā)有限公司已開發(fā)基于三維仿真技術(shù)的大氣實(shí)驗(yàn)虛擬仿真軟件,再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景,學(xué)生可在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自主操控、按任意路徑漫游、操作相關(guān)設(shè)備儀器等,給學(xué)生提供沉浸式的人機(jī)交互體驗(yàn),增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的趣味性,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性,該虛擬仿真軟件已通過驗(yàn)收,用于本科環(huán)境工程專業(yè)大氣實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
南昌航空大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)結(jié)合工程教育認(rèn)證,對(duì)大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了一系列改革與創(chuàng)新。改革圍繞實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的及時(shí)更新、綜合性設(shè)計(jì)性項(xiàng)目的增加、實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式的完善、實(shí)驗(yàn)技能考核的改進(jìn)幾個(gè)方面進(jìn)行。經(jīng)過幾個(gè)方面的改進(jìn)后取得了良好的教學(xué)效果,起到了鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力、提高綜合素質(zhì)的目的,學(xué)校環(huán)境工程專業(yè)通過了工程教育認(rèn)證。學(xué)生對(duì)教學(xué)的反饋也是正面的。并且改進(jìn)還通過虛擬實(shí)驗(yàn)的開設(shè)等進(jìn)一步的工作在持續(xù)進(jìn)行中。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新取得了一定的成效,但仍然有進(jìn)一步加強(qiáng)或有待解決的問題。其中有待進(jìn)一步完善的幾個(gè)方面如下:進(jìn)一步認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作對(duì)于化工類專業(yè)的重要性,從新生入學(xué)開始就要培養(yǎng)重視實(shí)踐的思想,以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作的積極性和主動(dòng)性;進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn),包括教學(xué)新手段培訓(xùn)以及行業(yè)新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)的培訓(xùn),以了解學(xué)科發(fā)展動(dòng)向、更新知識(shí)儲(chǔ)備,從而促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量;對(duì)于本專業(yè)教師在科研中和技術(shù)應(yīng)用中取得的成果,要積極促進(jìn)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,以便讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到創(chuàng)新的重要性,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為培養(yǎng)高素質(zhì)的學(xué)生創(chuàng)造更好的實(shí)驗(yàn)條件。