基于OBE理念的大氣污染控制工程教學(xué)探討

鄧文葉 禹懷亮 陳帥

摘要 大氣污染控制工程是環(huán)境工程專業(yè)的一門核心課程，同時(shí)也是該專業(yè)的主要專業(yè)課之一。課程具有抽象、操作性強(qiáng)、不易理解等特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)造成了一定的難度。文章基于OBE理念，對(duì)課程的教學(xué)目的，教學(xué)過程進(jìn)行了更深一步的探索，提出教學(xué)互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)互促、實(shí)訓(xùn)提高的教學(xué)過程，以期使學(xué)生達(dá)到聽懂、理解、會(huì)操作的學(xué)習(xí)目的，為未來的深造或者從事專業(yè)方面的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 大氣污染控制工程；教學(xué)設(shè)計(jì)；OBE理念

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.6.037

1大氣污染控制工程學(xué)課程教學(xué)特點(diǎn)

大氣污染控制工程是環(huán)境工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課，系統(tǒng)地講授大氣科學(xué)、氣象學(xué)的基本知識(shí)。包括顆粒污染物的基本知識(shí)和各種除塵器的基本知識(shí)、運(yùn)行原理、效率影響因素和設(shè)計(jì)；氣態(tài)污染物的凈化原理，二氧化硫、碳氧化物、碳?xì)浠衔锏戎攸c(diǎn)氣態(tài)污染物的治理方法；機(jī)動(dòng)車污染物的發(fā)生原理以及控制技術(shù)（見圖1）。

大氣非常容易受到污染，受到污染的大氣會(huì)產(chǎn)生很多的負(fù)向大氣環(huán)境現(xiàn)象，從而對(duì)人類的生產(chǎn)生活和身心健康造成巨大的影響，甚至?xí)a(chǎn)生光化學(xué)煙霧，對(duì)人類的呼吸道產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激作用，對(duì)肺部產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響。工廠的煙霧、機(jī)動(dòng)車的尾氣排放、自然界的風(fēng)化等都會(huì)產(chǎn)生漂浮于大氣中的顆粒污染物和有害的氣體，如果不對(duì)其進(jìn)行一定的防治和治理，必然會(huì)增加大氣災(zāi)害產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。大氣污染控制課程的特點(diǎn)與大氣的特點(diǎn)息息相關(guān)。

①抽象性。大氣雖然是人類活動(dòng)不可或缺的，但是由于大氣是人眼所看不到的，只有少許的大氣現(xiàn)象人眼可以觀察到。因此大氣污染相關(guān)知識(shí)具有很強(qiáng)的抽象性，例如在講解顆粒的粒徑、除塵器中顆粒物的運(yùn)動(dòng)軌跡、氣態(tài)污染物從氣態(tài)的氣膜運(yùn)動(dòng)到液體的液膜等知識(shí)點(diǎn)時(shí)，是一個(gè)非常抽象的過程，導(dǎo)致學(xué)生難以理解，這是由于課程的抽象性特點(diǎn)決定的。

②綜合性。大氣污染的控制與治理是一個(gè)綜合的過程。一方面，人類的生產(chǎn)活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生顆粒污染物和氣態(tài)污染物，在產(chǎn)生的過程中如何通過有效的方法進(jìn)行污染物的轉(zhuǎn)化、吸收、消解是一個(gè)綜合的過程。從生產(chǎn)過程產(chǎn)生廢氣，到廢氣的吸收，再到氣體凈化后的排放，無不顯示出大氣的污染和控制具有較強(qiáng)的綜合性。另一方面，氣態(tài)污染物經(jīng)過吸附、吸收、除塵等操作后，仍然要排至大氣中，污染物在大氣中的傳播、擴(kuò)散以及沉降均是大氣污染控制的重要內(nèi)容，因此，課程具有較強(qiáng)的綜合性。

2大氣污染控制工程學(xué)的應(yīng)用前景

大氣污染一直以來是影響我國城鄉(xiāng)居民生活水平提高的一個(gè)重要因素，大氣污染程度的降低能夠有效提高我國各大城市的環(huán)境空氣質(zhì)量。

2018年，中國政府又印發(fā)了《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》，在“大氣十條”的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了空氣污染治理的目標(biāo)，明確了二氧化硫和氮氧化物的下降幅度目標(biāo)，分別設(shè)定了城市空氣優(yōu)良天數(shù)和重污染天數(shù)的下限和下降幅度目標(biāo)。如今，中國各大城市的空氣質(zhì)量已經(jīng)有了大幅改善。在北京，大氣污染程度僅為2013年記錄的一半。在中國的大多數(shù)地區(qū)，污染已經(jīng)下降到二十多年未見的水平[2]。

隨著我國“雙碳計(jì)劃”的進(jìn)一步開展，煤炭、石油等傳統(tǒng)能源會(huì)進(jìn)行一波升級(jí)改造，其中最為重要的就是對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中廢氣處理設(shè)備的升級(jí)，以排放更少的氮氧化物、硫氧化物、碳氧化物為工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中大氣污染治理的重要目標(biāo)，并為碳達(dá)峰、碳中和的早日達(dá)成貢獻(xiàn)積極的力量。

可見，大氣污染控制工程具有極強(qiáng)的專業(yè)性和針對(duì)性，工廠的大氣污染在未來會(huì)進(jìn)行較大的環(huán)境設(shè)備升級(jí)和改造，就不可避免地要用到環(huán)境污染控制所包含的知識(shí)，包括顆粒污染物和氣態(tài)污染物的治理技術(shù)，并且會(huì)加入新的大氣污染控制技術(shù)。隨著國家對(duì)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的投入越來越大，“藍(lán)天計(jì)劃”將會(huì)進(jìn)一步加大力度，增大范圍。大氣污染控制在將來會(huì)有極好的就業(yè)前景，因此，學(xué)生學(xué)好大氣污染控制工程對(duì)自己未來的就業(yè)會(huì)有較大的幫助。

3基于OBE理念的大氣污染控制工程學(xué)教學(xué)方法

OBE理念最初是由美國教育學(xué)者提出的，主要針對(duì)工科專業(yè)。其主要遵循三個(gè)基本理念：成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)。這些理念對(duì)引導(dǎo)和促進(jìn)專業(yè)建設(shè)與教學(xué)改革、保障和提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量至關(guān)重要。同傳統(tǒng)的教學(xué)方式相比，基于OBE理念的教學(xué)方式更加注重從學(xué)科導(dǎo)向向目標(biāo)導(dǎo)向轉(zhuǎn)變、從教師中心向?qū)W生中心轉(zhuǎn)變和從質(zhì)量監(jiān)控向持續(xù)改進(jìn)轉(zhuǎn)變[3]。

在大氣污染控制工程課程教學(xué)的過程中，筆者設(shè)定了學(xué)生聽得懂、能理解、會(huì)操作的教學(xué)目標(biāo)。在實(shí)際講課的過程中，設(shè)計(jì)了教學(xué)互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)互助、實(shí)訓(xùn)提高的教學(xué)過程。在教學(xué)過程中，始終堅(jiān)持以學(xué)生聽學(xué)自學(xué)、教師指導(dǎo)為中心，共同促進(jìn)學(xué)生“聽懂、理解、操作”教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成[4]。

①教學(xué)互動(dòng)。教學(xué)互動(dòng)指的是在教師教學(xué)過程中，遵循學(xué)生聽老師講解和學(xué)生自學(xué)相結(jié)合的方式。學(xué)生對(duì)大氣污染控制工程知識(shí)點(diǎn)的理解較為困難，教師在講解知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，應(yīng)該盡量使用生活中的例子幫助學(xué)生進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的理解。例如在講解吸收法去除氣態(tài)污染物理論的時(shí)候，學(xué)生對(duì)于雙膜理論的理解十分困難。這時(shí)候?yàn)閷W(xué)生舉出生活中的案例，可樂在打開的時(shí)候會(huì)有氣泡冒出，這是液態(tài)的二氧化碳先通過液膜，液膜通過氣泡的形式進(jìn)入氣膜，從液態(tài)的二氧化碳轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的二氧化碳，這就是吸收對(duì)于大氣污染物的處理的雙膜理論在現(xiàn)實(shí)生活中的簡(jiǎn)單應(yīng)用。老師在教學(xué)的過程中利用生活中發(fā)生的簡(jiǎn)單現(xiàn)象，講解難以理解的理論，使學(xué)生容易接受抽象的理論知識(shí)。同時(shí)，要加強(qiáng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的自學(xué)，發(fā)現(xiàn)專業(yè)的可操作性，趣味性，體現(xiàn)“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”的學(xué)習(xí)態(tài)度[5]。

②實(shí)驗(yàn)互助。實(shí)驗(yàn)互助是指利用做實(shí)驗(yàn)的方式使學(xué)生對(duì)知識(shí)有更深層次的了解，從抽象層面過渡到形象具體的層面，持續(xù)加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握。實(shí)受限于學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的配置，很多實(shí)驗(yàn)無法實(shí)施。因此，教師可以在實(shí)驗(yàn)中加入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)甚至替代學(xué)校實(shí)驗(yàn)室，對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)之后，自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與講解的理論原理相互印證，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)理論教學(xué)的有機(jī)補(bǔ)充，達(dá)到學(xué)生聽得懂、能理解的教學(xué)目標(biāo)。在為學(xué)生講解旋風(fēng)除塵器效率的影響因素時(shí)，可以通過虛擬仿真軟件來進(jìn)行講解[6]。在粉塵粒徑對(duì)于除塵效率的影響虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以自主設(shè)定粉塵粒徑，并測(cè)定除塵器的除塵效率，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出粉塵粒徑在5um時(shí)，除塵效率為70%，當(dāng)粉塵粒徑進(jìn)一步增大到10um時(shí)，除塵效率為80%以上。隨著粉塵粒徑的增大，除塵效率還會(huì)進(jìn)一步提高。通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)旋風(fēng)除塵器對(duì)于粒徑較大的粉塵，除塵效率較高。實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果能夠進(jìn)一步幫助學(xué)生理解旋風(fēng)除塵器的適用范圍、除塵效率、運(yùn)行原理，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。

③實(shí)訓(xùn)提高。理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的目的是解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題。因此在學(xué)生掌握了基礎(chǔ)知識(shí)、理論知識(shí)和運(yùn)行原理之后，參與具體的實(shí)踐項(xiàng)目的，形成一個(gè)閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)從理論到實(shí)踐的綜合轉(zhuǎn)變。大氣污染控制工程可以將除塵器或者氣體吸收設(shè)備作為學(xué)生的一個(gè)課程實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)，全面提高學(xué)生的理論知識(shí)應(yīng)用能力，同時(shí)也能在實(shí)訓(xùn)中加深對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目應(yīng)該與實(shí)際項(xiàng)目相同或者相近，可以選取電廠的除塵和除氣項(xiàng)目。

4結(jié)論

大氣污染控制工程是環(huán)境工程專業(yè)的核心專業(yè)課程，課程具有抽象性和綜合性的特點(diǎn)。學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)候容易出現(xiàn)聽不懂，學(xué)不會(huì)，不知道有什么用的困惑。文章從教師的教學(xué)實(shí)際出發(fā)，在OBE教學(xué)理念的指引下，提出教學(xué)互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)互促、實(shí)訓(xùn)提高的教學(xué)方式，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠聽得懂、能理解、會(huì)操作。以期能夠?yàn)榇髿馕廴究刂乒こ陶n程的教學(xué)提供一定的理論探索。

*通訊作者：禹懷亮

基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)任務(wù)專項(xiàng)項(xiàng)目“新疆煤焦化行業(yè)VOCs和顆粒物排放特征研究及協(xié)同控制技術(shù)評(píng)估”。

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