環境工程原理課程教學實踐與優化

左行濤 李振華

摘要：本文旨在通過環境工程原理課程的教學實踐和課程認識實習基地的建設，實現環境工程原理教學改革目標，具體從理論教學和實踐環節提出了教學內容、教學方法等改革與優化措施。這些措施強化了學生工程思維方式和工程實踐，培養了學生分析和解決實際工程問題的能力，提升了教學質量。

關鍵詞：環境工程原理；教學改革；實踐

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：1002-4107（2012）03-0015-02

環境工程原理是環境學科的重要基礎課程，深入系統地闡述環境污染處理與控制過程中處理問題的思路、基本原理、工程設計方法等，為后續水（大氣）污染控制工程等專業課程的學習奠定基礎[1]。由于環境工程原理的教學在國內一直處于摸索階段，各教學單位的教材及教學內容都不盡相同。華中農業大學環境工程、環境科學專業所學環境工程原理選用教材是高等教育規劃教材《化工原理》第四版（王志魁，劉麗英，劉偉編）。隨著化學工業和環境學科的發展，化學工程理論與其他學科的相互滲透，傳統化工原理教學內容及教學方法已不能反映和適應科學技術發展的需要[2]。在化工原理教學實踐中，筆者在教學方法總結、研討的基礎上，積極探索新的教學模式，嘗試教學體系的改革和優化，提出了進一步提高教學質量的具體措施。

一、環境工程原理教學改革目標

環境工程原理課程教學的基本目標是通過學習課程的基本概念、基本原理、基本計算，了解典型設備的構造、性能和操作，尋找最佳的工藝條件，探索強化生產過程及設備的方法與途徑，使學生具備一定的化工基礎知識和解決生產中較簡單問題的能力。環境工程原理既不同于其他基礎學科，又區別于具體化工產品的生產工藝。因此，環境工原理課程教學改革應體現以下兩個目標[3]：一方面強化動量傳遞、熱量傳遞及質量傳遞基礎理論知識；另一方面突顯工程思維方法在化工原理教學中的應用。

二、環境工程原理教學實踐與優化措施

（一）環境工程原理課程體系改革

課程體系整體優化主要是課程結構設計整體優化和課程內容整體優化。優化環境工程原理課程體系是提高環境科學和工程專業本科生培養質量的重要環節。環境工程原理的原課程體系分為環境工程原理、環境工程原理實驗及環境工程原理課程設計。針對目前高校教學改革的特點以及提高教學效率的要求，必須對課程體系進行合理的調整，對教學內容進行完善。

環境科學與工程專業應該以環境問題中共性的基礎理論和典型工程設計進行教學，以此培養學生解決實際環境工程問題的能力。此外，在課程教學期間，應該增設環境工程原理認識實習2—3周。通過生產工藝及設備的參觀實習使學生了解化工生產實際。另外，環境科學與工程學科依托華中農業大學傳統的土壤與植物營養等領域具有多個重點學科形成的強大學科優勢群。筆者通過土壤圈的物質循環、相互作用及對環境的影響等單元過程分析，提出將特定的污染控制處理單元過程加入到課程教學如吸附、吸收等。

為了使課程與國際接軌，擬在環境工程原理課程中采用外語原版教材《Unit Operations of Chemical Engineering》進行授課，對環境工程原理雙語教學進行全新的嘗試和探索。

（二）環境工程原理教學改革

1.理論講授教學優化與改革。環境工程原理課程理論教學主要任務是講授流體流動、傳熱和傳質的基本原理，主要單元操作設備的結構、操作原理、過程計算、設備選型及實驗研究方法。在化工原理教材中每個單元操作各自獨成一章，講課時也是按照章節順序依次介紹每一個單元操作。在課堂教學中，讓學生理解和應用各單元操作中所發生過程的內在規律，同時分析多個單元操作的關聯性，這樣可以避免學生孤立地看待每一個獨立的單元操作。

知識的傳授以授課教師為主，應將課程理論部分的內容分為基礎、重點、難點三個層次。在講解基礎內容時，著重講解本單元操作所涉及的知識點，讓學生在理解的層面上掌握基礎理論。如過濾單元操作中流體如何流過濾餅床層所涉及的液體過程的傳質方式、過濾介質的性質、過濾推動力和阻力等知識點，把這些知識點聯系起來對過濾設備進行講解。對于重點內容，需要深入淺出地詳細講解。如流體流動章中的伯努利方程，需要從能量轉換和能量守恒方面推導伯努利方程，再結合實際說明不同能量表示方式給設計計算帶來的方便[4]。理論部分的難點是將工程思維方法貫穿于單元操作過程與設備，與生產實際緊密聯系[5]。大多數工程問題需要依靠理論指導下的實驗研究法和數學模型法來解決。如通過建立單相內對流傳質的膜模型，將流體的對流傳質折合成有效層流膜的分子擴散，可以得到氣相對流傳質速率方程。

2.實驗教學優化與改革。學生的創新素質是其思維能力和實際操作能力等因素的綜合體現。實驗教學是化工原理課程理論教學的重要補充。長期以來，化工原理實驗以驗證性實驗為主，即學生對所學理論知識通過實驗得以驗證、鞏固。驗證性實驗首先由實驗教師設計好，學生按部就班地開（關）閥門，記錄溫度、壓力和流量等。從事這樣的實驗沒有能夠開發學生的動手能力和創造能力，不利于培養具有創新素質和獨立工作能力的開拓性人才。因此，要對化工原理的實驗教學進行優化與改革。

自學院開辦環境工程原理課程以來，一直非常重視實踐環節尤其是實驗的改革、研討與建設工作。擬將化工原理實驗分為三個層次：基礎實驗、提高型實驗、研究型實驗。第一層次是基礎實驗，即教學大綱所要求的實驗項目包括流體流動阻力系數的測定、強制對流傳熱系數的測定等必做基礎實驗。第二層次為提高型實驗，補充基礎實驗中未體現而在工業中廣泛應用的單元操作，提高綜合性、設計性實驗的比例。包括流化床干燥、恒壓過濾常數測定及超濾膜實驗等選做實驗。第三層次是研究型實驗，包括吸附—生物降解實驗、渾濁液三級過濾實驗和固定床催化實驗等。

3.認識實習教學實踐與優化?；ぴ碚n程認識實習是資源與環境學院環境科學與環境工程專業教學計劃中一個重要的實踐教學環節。從2001年以來，中鹽湖南株洲化工集團一直是我校化工原理課程的認識實習基地，實習車間為合成氨、硫酸及精餾等。通過實習，學生了解常見設備如泵、風機、壓縮機等，熟悉填料塔、換熱器等單元操作的結構及工作原理，對合成氨、硫酸等生產原理、工藝流程、生產設備及主要技術指標有一定的認識。通過生產工藝及設備的參觀實習，學生從課堂過渡到化工生產實際，增加了對化工設備及生產工藝過程的感性認識，從而加強了工程觀點，為學習“水污染控制工程”、“排水管道工程設計”等課程和畢業工程設計打下良好的基礎。同時，華中農業大學已建成的環境工程教學實習基地，將于近期進入調試階段并投產使用。該基地會給學習環境工程原理的學生創造一個全新的實踐學習和實驗場所。另外，筆者擬編寫一本《中鹽湖南株洲化工集團認識實習參考書》，該書對實習中的工藝過程、原理、設備等作簡單介紹并附思考題，學生在認識實習過程中可以帶著問題觀察和學習。

4.課程設計教學方法改革。化工原理課程設計安排在化工原理課程結束后進行。在課程設計的內容方面，傳統教學由教師布置具體設計內容與要求，設計選題往往是比較陳舊的題目，結合實際工程不多[6]。在教學環節中，改變了以往教師布置課題任務，提供樣本，學生按照固定格式照本設計的模式，讓學生自主選題，將學生組成設計小組，分別承擔設計任務，使學生在選擇設計方案、查找數據、選用公式及設計方法等方面得到綜合訓練。

環境工程原理是一門理論與實際結合的專業基礎課，由于學生缺乏工程思維，教學過程存在一定困難。通過教學實踐與優化，可以從以下幾方面進行改進，提高教學質量，實現教學目標。（1）優化環境工程原理課程體系。環境工程原理教材要聯系環境工程實際，結合學院優勢學科編寫，使學生了解每個單元操作在環境工程中的應用。（2）改革理論講授、實驗教學和認識實習教學。抓住理論課的“三層次”進行教學，將工程思維運用于課堂理論教學中。落實三個層次的化工原理實驗教學，激發學生的學習興趣，培養學生的創造能力，有效地改善實驗教學的教學效果。加強實習基地和實習參考書的建設，完善實習內容，制定認識學習考查體制。（3）課程設計著重培養學生的實際工作能力。從生產、科研中選擇設計題目時，既要考慮典型性問題，也要考慮適合教學的特點。這樣才能更好地調動學生的積極性，有利于學生實際能力的培養。

參考文獻：

[1]胡天覺，曾光明，劉云國等.環工原理課程的改革與創新

性學生培養[J].高等理科教育，2010，（6）.

[2]劉琨.新世紀我?；ぴ碚n程改革的實踐與思考[J].

廣西大學學報：哲學社會科學版，2000，（9）.

[3]李志洲，劉軍海.“化工原理”課程教學改革與探索[J].

廣東化工，2010，（37）.

[4]王志魁，劉麗英，劉偉.化工原理[M].北京：化學工業出

版社，2010：1-10.

[5]王任芳.工程思維方法在“化工原理”教學中的應用[J].

長江大學學報：自然科學版，2009，（2）.

[6]陳裕清.化工原理課程設計中實踐能力的培養[J].連云

港化工高等?？茖W校學報，2002，（4）.