大氣污染控制工程的課程體系建設(shè)探究
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摘要：結(jié)合上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院多年的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)大氣污染控制工程的理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)教學(xué)和其他輔助教學(xué)等方面提出幾點(diǎn)看法；在理論課程教學(xué)上，進(jìn)行課程思政教學(xué)，充分利用多媒體信息技術(shù)，采用案例法、引導(dǎo)法、啟發(fā)法、線上學(xué)習(xí)與線下討論相結(jié)合等多種教學(xué)方法，保證教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)有趣，新穎前沿；在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)設(shè)置演示、驗(yàn)證、研究以及綜合等多種實(shí)驗(yàn)類型，提升學(xué)生的動(dòng)手能力；課程設(shè)計(jì)通過(guò)學(xué)生獨(dú)立完成設(shè)計(jì)計(jì)算和畫(huà)圖，提供工程設(shè)計(jì)及制圖能力；其他輔助教學(xué)通過(guò)進(jìn)入工廠或?qū)嶒?yàn)室等多種手段，著重提供學(xué)生的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)以及創(chuàng)新創(chuàng)造能力。
關(guān)鍵詞：大氣污染控制工程；理論教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)
“大氣污染控制工程”是環(huán)境工程本科專業(yè)的一門重要的專業(yè)主干課，其主要是以控制“煤煙型”大氣污染為主要內(nèi)容，講授大氣及大氣污染的基礎(chǔ)知識(shí)，以及顆粒污染物、氣態(tài)污染物的控制技術(shù)。我校環(huán)境科學(xué)與工程系開(kāi)設(shè)“大氣污染控制工程”課程以來(lái)，一直采用高等教育出版社出版的郝吉明、馬廣大、王書(shū)肖主編的《大氣污染控制工程》教材[1]。目前該教材再版為第三版。在理論教學(xué)的同時(shí)我們也參考國(guó)外大學(xué)的原版教材，積極關(guān)注大氣污染控制領(lǐng)域的最新動(dòng)態(tài)，及時(shí)更新講稿和教學(xué)課件，對(duì)教學(xué)內(nèi)容不斷進(jìn)行補(bǔ)充修改和完善。本文結(jié)合作者在大氣污染控制工程教學(xué)過(guò)程中的教學(xué)實(shí)踐，介紹了該課程內(nèi)容的設(shè)置，并對(duì)大氣污染控制工程的課程理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)教學(xué)和其他輔助教學(xué)等方面提出一些自己的想法。
一、課程內(nèi)容設(shè)置
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的大氣污染正逐步由單一型污染向復(fù)合型污染轉(zhuǎn)變[2]，形勢(shì)十分嚴(yán)峻，相應(yīng)對(duì)環(huán)境類人才的需求也在發(fā)生巨大的變化，全國(guó)各高校對(duì)大氣污染控制工程課程的建設(shè)和教學(xué)改革都非常重視。上海理工大學(xué)2011年將其列為校級(jí)核心建設(shè)課程，2017年列為被上海市教委本科重點(diǎn)課程。本課程體系主要包括理論教學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)習(xí)四個(gè)部分，并輔以大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、暑期社會(huì)實(shí)踐等。本課程主要從大氣污染控制的實(shí)際需求出發(fā)，對(duì)其所涉及的基本原理進(jìn)行深入淺出的闡述，注重分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)，最后能滿足不同大氣污染控制行業(yè)的需求。作者經(jīng)過(guò)數(shù)年的教學(xué)探索和實(shí)踐，在教學(xué)內(nèi)容和體系上不斷完善，力求順應(yīng)時(shí)展對(duì)人才素質(zhì)的高要求。我們重點(diǎn)講解大氣污染的基礎(chǔ)知識(shí)和各種污染物控制技術(shù)兩部分內(nèi)容，并通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)習(xí)鞏固。通過(guò)該課程體系的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
二、課堂理論教學(xué)（48學(xué)時(shí)）
《大氣污染控制工程》課程安排在第六學(xué)期，即大三下學(xué)期開(kāi)設(shè)。該教材共13章，其內(nèi)容適合80—100學(xué)時(shí)教學(xué)需要，我校教學(xué)大綱中該課程理論教學(xué)為48學(xué)時(shí)，課時(shí)相對(duì)較少。作者采取縮減該課程中內(nèi)容與環(huán)境工程專業(yè)課程體系中重復(fù)的部分。如該課程中顆粒捕集的理論基礎(chǔ)、氣態(tài)污染物控制基礎(chǔ)等內(nèi)容與《環(huán)境工程原理》中的內(nèi)容重復(fù)；大氣污染氣象學(xué)、大氣污染基本理論等內(nèi)容與《環(huán)境科學(xué)導(dǎo)論》中的內(nèi)容重復(fù)；大氣擴(kuò)散濃度估算模式等內(nèi)容與《環(huán)境影響評(píng)價(jià)》中的內(nèi)容重復(fù)。在教學(xué)過(guò)程中，主要側(cè)重污染物的原理、擴(kuò)散、主要污染物控制技術(shù)以及凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。在教學(xué)過(guò)程中，積極探索新的教學(xué)方法和技巧，提升學(xué)生的興趣。首先，我們有針對(duì)性地將思政課程的觀點(diǎn)融入專業(yè)知識(shí)教學(xué)，在整個(gè)教學(xué)中傳播社會(huì)主義核心價(jià)值觀，希望學(xué)生通過(guò)《大氣污染控制工程》課程的學(xué)習(xí)，成為專業(yè)知識(shí)的“專”才，更要成為一個(gè)具有高尚的道德情操和修養(yǎng)的人，為實(shí)現(xiàn)中國(guó)的“藍(lán)天白云”、切實(shí)推進(jìn)“生態(tài)文明建設(shè)”做出貢獻(xiàn)；其次，采用線上學(xué)習(xí)與線下討論的模式進(jìn)行教學(xué)，通過(guò)建設(shè)課程網(wǎng)站、課程視頻等多種方式，讓同學(xué)們課下學(xué)習(xí)，課上重點(diǎn)剖析技術(shù)難點(diǎn)等，讓同學(xué)們?cè)谟邢薜纳险n時(shí)間中盡可能地理解和掌握關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)；再次，采用多種教學(xué)方法，例如，案例法、啟發(fā)法、互動(dòng)式等方法，加強(qiáng)學(xué)生課堂的參與度，并及時(shí)將國(guó)內(nèi)外大氣污染案例及控制工程領(lǐng)域的最新進(jìn)展、科研最新成果及時(shí)快捷地傳遞給學(xué)生，并充分利用現(xiàn)代化的信息手段，例如，多媒體課件、圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻等形式，加深學(xué)生對(duì)復(fù)雜技術(shù)及工況的理解，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，解決課時(shí)不足的問(wèn)題[3]；最后，依托上海市教委“本科激勵(lì)計(jì)劃”，開(kāi)展坐班答疑輔導(dǎo)，即每上一次理論課，匹配2小時(shí)答疑時(shí)間，另外每周一個(gè)晚上的輔導(dǎo)時(shí)間，用于對(duì)學(xué)生進(jìn)行答疑解惑，有效地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，此外，還通過(guò)其他多種在線方式，如QQ、微信等與學(xué)生交流，拉近了教師與學(xué)生的距離。注重教學(xué)效果調(diào)查，利用多種渠道，如輔導(dǎo)答疑過(guò)程中、在線交流以及面對(duì)面交流等，了解學(xué)生的想法，聽(tīng)取意見(jiàn)，改進(jìn)教學(xué)方式及內(nèi)容。學(xué)期結(jié)束，以布置任務(wù)的方式讓學(xué)生談?wù)剬W(xué)習(xí)課程的收獲以及對(duì)本課程提出建議，此外還通過(guò)網(wǎng)上評(píng)教等方式，了解學(xué)生對(duì)課程的建議?？己梭w系多元化[4]，本課程的考核方式將平時(shí)學(xué)習(xí)情況、在線交流、互動(dòng)等都納入其中，考試成績(jī)占總評(píng)70%，平時(shí)在線及課堂討論、課外作業(yè)成績(jī)占30%。這樣既可避免以期末考試成績(jī)衡量學(xué)生的單一、片面化的效果，又能夠從多個(gè)角度調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使得課程的考核體系更加客觀、公正。
三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)（16學(xué)時(shí)+16學(xué)時(shí)）
《大氣污染控制工程》課程涉及各種污染物的控制技術(shù)，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)使學(xué)生更好地理解和掌握大氣污染控制技術(shù)的基本原理和各種理論，是該課程教學(xué)體系的重要組成部分。因此，結(jié)合課程內(nèi)容及專業(yè)特色，開(kāi)設(shè)了兩門實(shí)驗(yàn)，分別是《大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)》以及《環(huán)境風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)》，其中，涵蓋了演示、驗(yàn)證、研究和綜合等多種類型實(shí)驗(yàn)。《大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)》安排在第六學(xué)期，主要強(qiáng)化顆粒污染物處理技術(shù)以及氣態(tài)污染物處理技術(shù)。實(shí)驗(yàn)主要包括，測(cè)定各種除塵器的性能，如袋式除塵器、重力沉降室、旋風(fēng)除塵器、文丘里除塵器、電除塵器，通過(guò)對(duì)上述除塵器的除塵效率和壓力損失進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)一步提高對(duì)除塵器結(jié)構(gòu)形式和除塵機(jī)理的認(rèn)識(shí)。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，要求掌握除塵器主要性能的實(shí)驗(yàn)研究方法，并了解除塵器壓力損失及除塵效率的影響因素；制備載體及負(fù)載型催化劑，了解和掌握載體和負(fù)載型催化劑的相關(guān)制備方法；搭建氣固相固定床微反應(yīng)器，解氣固相固定床催化劑反應(yīng)器的基本原理，掌握搭建氣固相固定床催化劑反應(yīng)器的基本操作；催化氧化去除多種氣態(tài)污染物，如CO、VOCs等，了解催化氧化作用以及色譜分析原理，掌握催化劑催化氧化消除氣態(tài)污染物的應(yīng)用技術(shù)?！董h(huán)境風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)》安排在第七學(xué)期，主要強(qiáng)化污染物擴(kuò)散濃度估算理論以及風(fēng)速輪廓模式等知識(shí)，實(shí)驗(yàn)主要包括了解環(huán)境風(fēng)洞組成；測(cè)定環(huán)境風(fēng)洞內(nèi)自由來(lái)流斷面風(fēng)速、通過(guò)測(cè)試來(lái)流斷面不同高度處的氣流速度，并分析出風(fēng)速輪廓線方程；不同鈍體周圍流場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試正方體、三棱柱體周圍的氣流場(chǎng)，并分析鈍體之間的相互影響和尾跡等；點(diǎn)源在建筑群周圍擴(kuò)散的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，通過(guò)錄像技術(shù)測(cè)試點(diǎn)源污染物在建筑群周圍的對(duì)流擴(kuò)散規(guī)律，實(shí)驗(yàn)中考慮不同來(lái)流風(fēng)速大?。晃廴疚飻U(kuò)散的激光測(cè)試，通過(guò)激光技術(shù)測(cè)試點(diǎn)源污染物在建筑群周圍的對(duì)流擴(kuò)散規(guī)律。
四、課程設(shè)計(jì)教學(xué)（一周）
課程設(shè)計(jì)是《大氣污染控制工程》課程體系中又一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在第六學(xué)期期末短學(xué)期安排了一周的教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，查閱大量規(guī)范手冊(cè)，進(jìn)一步消化和鞏固“大氣污染控制工程”所學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)其運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力[3]。課程設(shè)計(jì)主要是針對(duì)各種不同鍋爐的除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容有：流程設(shè)計(jì)，煙氣各項(xiàng)數(shù)值、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，煙囪、管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)，阻力計(jì)算等，繪制工程圖紙，撰寫設(shè)計(jì)書(shū)。
五、其他輔助教學(xué)
充分利用國(guó)家、上海市、校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃等項(xiàng)目，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。一般項(xiàng)目成員3—6人，在組長(zhǎng)的帶領(lǐng)下分工合作，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)、做實(shí)驗(yàn)、總結(jié)實(shí)驗(yàn)等過(guò)程由學(xué)生自主完成，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決大氣污染問(wèn)題的興趣，提升其分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。此外，還通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生參加暑期社會(huì)實(shí)踐，參加“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、上海市大學(xué)生“創(chuàng)造杯”大賽、創(chuàng)業(yè)設(shè)計(jì)等比賽，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新、動(dòng)手和團(tuán)結(jié)協(xié)作等綜合能力。最后，為了進(jìn)一步提升教師的實(shí)踐能力，我院還有針對(duì)性地鼓勵(lì)年輕教師進(jìn)入企業(yè)進(jìn)行“產(chǎn)學(xué)研”，提升其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)?！洞髿馕廴究刂乒こ獭方虒W(xué)團(tuán)隊(duì)的年輕教師都通過(guò)這一計(jì)劃，增強(qiáng)了實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，教學(xué)更加生動(dòng)、有趣。除此之外，還積極拓展實(shí)習(xí)基地，增加學(xué)生專業(yè)實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)。
六、總結(jié)
經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)積累和探索，《大氣污染控制工程》的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，顯出良好的教學(xué)效果，深受學(xué)生好評(píng)。接下來(lái)主要立足于“工程型、創(chuàng)新性、國(guó)際化”人才培養(yǎng)目標(biāo)，深化創(chuàng)建獨(dú)具一格的《大氣污染控制工程》課程思政。
參考文獻(xiàn)：
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作者:黃遠(yuǎn)東 張曉東 王冠 單位:上海理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院