環境工程專業實踐教學過程新方案設計

戴春皓 秦普豐 彭慧 李晗東

摘要：課程設計是工程類本科教學的重要環節，也是讓學生理論聯系實際的關鍵步驟。本文根據環境工程專業的培養目標，結合目前環保問題的嚴峻，從教學中存在的實際問題出發，對課程設計體系進行了重新設計，按照污染源產生、污染源核準、工藝體系設計計算、繪制圖紙的過程進行大氣污染控制工程的課程設計，以期達到理論聯系實際、應用于實際生產的目的。

關鍵詞：環境工程；課程設計；大氣污染控制工程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）36-0118-02

教育部環境工程與科學教學指導分委會于2005年制定了《高等學校本科環境工程專業規范》要求，并著重強調了學生的動手能力和創先精神。環境工程專業教學必須加強實踐教學環節，著重培養以下能力：實驗技能、工藝操作能力、工藝設計能力、工程設計能力、科學研究能力、社會實驗能力等，其中工藝設計能力、工程設計能力缺失，是由于目前“重科研、輕教學”的中國高校人才培養的重大和核心問題引起的。實課程實踐教學環節是高等教育教學過程中配合理論教學設置的重要教學環節，對于培養大學生分析問題和解決問題的能力、強化專業訓練和鍛煉學生實踐能力具有不可替代的作用。本文以大氣污染控制工程課程設計為例，采用“參觀+拆解+計算+繪圖+應用”的課程設計模式，達到讓學生理論聯系實際，形象客觀掌握大氣污染控制工程設計方法的目的。

一、專業實踐教學過程現狀

在我國，雖然教育部專門設立了環境工程專業建設指南，對其環境工程專業的主干課程、基礎課程、實踐課程和實驗課程等做出了明確的規定，并設置了各種形式的實踐教學課程。然而很多研究結果表明，在我國許多高校中，因人設課的現象比較常見，且課程間缺乏聯系、重復現象比較突出，這種現象在實踐教學中更為突出。目前，我國許多高校各個實踐環節比較分散，自成體系，尤其是課程實驗課，更是相互封閉，缺少配合，因而使得部分實踐教學內容出現低水平簡單重復，缺乏創新性；同時，由于擴招、校企聯系不夠緊密、學校和教師管理不到位、學生急于找工作和考研等原因，致使見習變成了參觀，實習變成了見習，課程設計抄襲嚴重，生產實習、畢業設計和畢業實習時間無法保證，因而實踐教學已成為紙上談兵，致使學生脫離了工程實踐，找工作困難，而企業又覺得無人可用。因而在新的形勢下，探索實踐教學新模式，對培養環境工程專業應用型卓越工程師具有重要的理論意義和應用價值。

為了改變上述局面，我國部分高校采取了許多措施，以期提高學生的動手能力，培養出高素質的工學工程技術人才。如成立了實驗中心，加強實踐教學管理，規范實踐教學；設立了開放實驗室，創造一個寬松、便利、能夠充分發揮學生潛能的開放實驗環境，加強學生創新實踐能力的培養；加強校內外實習基地建設，為學生迅速將專業知識轉化為實際的操作能力和創新提供了重要保障等。雖然上述措施規范了實踐教學，提高了學生的動手能力，但需要調入大量的人力、物力和財力；然而我國大部分高校屬于地方性大學，經費、場地十分匱乏，很難滿足其需要，使上述措施難以達到預期目標，更難廣泛推廣。因此，探索一條低投入、高產出的適合于地方農業本科院校的培養應用型卓越工程師的實踐實驗教學新體系具有重要的理論意義和應用價值。近五年來，許多教學科研專家針對具體學科，如生物學、化學、力學等的大實驗構建進行了大量的研究。主要特點是利用重點實驗室或開放實驗室的儀器、研究課題與本科生的實驗相結合。實際上是將本科生的被動式學習提前轉入研究生階段的主動式研究。大實驗的體系的改革可以讓本科生接觸到前沿性的知識與儀器，激發了學生的自學能力。由于實驗室的課題往往是偏向基礎理論，所以這種依托重點實驗室的模式，有利于培養基礎理論性人才。而利用這個模式來培養“工程”性人才尚需進一步探索。

本文結合“卓越工程師”與“大實驗”兩種培養模式的優點，克服了前者忽視理論基礎以及后者的脫離實際生產，構建“參觀+拆解+計算+繪圖+應用”一體化的符合我校農業工科特色的實踐教學體系。

二、設計任務及目的

課程設計的總體任務為某大型火電廠設計大氣污染治理工藝及設備，其中包括分任務：（1）火電廠污染物產生量的確定；（2）火電廠煙囪高度的設計；（3）火電廠大氣污染控制工藝的設計；（4）火電廠大氣污染控制設備選型設計及管道系統設計。

通過課程設計全面總結大氣污染控制工程課程學習的成果，加深對課程理論內容的理解，掌握應用理論知識解決實際工程問題的完整過程。設計目的是讓環境工程專業的本科生掌握大氣污染控制工程設計全過程，重點掌握大氣污染控制工程設計方案、污染控制設備選型計算、系統布置、煙道阻力計算、風機選型、系統平面布置等。最終達到設計實際應用的目的。

三、設計依據

當地大氣質量執行《大氣環境質量標準》（GB3095-2012）中的二級標準，《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）。

四、設計指導過程

針對環境工程課程設計目前課時量少、實踐時間短、實踐過程過于理論化等目前存在的不足，本文新的大氣污染課程設計方案采用全新的“參觀+拆解+計算+繪圖+應用”的課程設計模式，在給定寬泛的設計條件的情況下，如只給定火電廠的年收到基煤消耗量，煤的化學成分分析，充分調動學生的積極性，采取現場與課堂相結合，設計計算與講解答辯相結合，理論計算與實踐應用相結合的方式，以班為單位將3周的課程設計時間分為5個具體的時間段進行指導和設計。

1.階段一：參觀。參觀的主要目的是讓學生在理論學習的基礎上了解課程設計過程所針對的具體目標實物，以達到形象理解設計要求的目的。參觀分為模型參觀和實物參觀兩部分，第一部分在校仿真實驗室中利用已有仿真軟件對成熟火電廠全套工藝流程及環保流程進行學習，講解的主要內容為產污節點判斷和工藝選擇；第二部分在某大型火電廠，講解的主要內容為設備選擇和廠區平面布置。這一部分教學時間為2個教學日。

2.階段二：拆解。拆解的主要目的是讓學生了解設計的具體的設備的目標實物，為繪圖和計算做準備。拆解是利用實驗工具、模型工具，進一步學習除塵設備、脫硫設備的設計，講解的主要內容為除塵器的設備選型及設計、脫硫設備的設備選型及設計。這一部分的教學時間為2個教學日。

3.階段三：計算。設計計算是課程設計最重要部分，計算的內容包括火電廠污染物產生量的計算；火電廠煙囪高度的設計計算；火電廠大氣污染控制設備設計選型計算；火電廠大氣污染控制管道系統設計計算。計算過程的講解要點是設計手冊的使用，管道系統的設計。計算的講解重點是火電廠污染物產生量的計算；火電廠煙塵高度的計算，火電廠大氣污染系統主要工藝及設備的設計計算及管道系統壓力損失的平衡計算等。這一部分的教學時間為5個教學日。

4.階段四：繪圖。繪圖部分主要為兩部分，一部分是工藝過程及平面布置，另一部分是主要設備。繪圖過程全程為計算機操作，集中計算機教室繪圖。由于學時的限制，要求繪制管道平面系統1張、主要設備2張（除塵器和脫硫裝置）。這一部分由學生操作為主，講解要點為答疑。這一部分的教學時間為5個教學日。

5.階段五：應用。結合參觀工廠的設計實例，對比學生設計的工藝過程和設備選型進行模擬現場答辯，找到優缺點，進行系統點評和講解。這一部分的教學時間為1個教學日。

五、設計主要參考資料

《環境工程設計手冊》（化學工業出版社）、《大氣污染控制工程》（高等教育出版社）、《除塵工程設計手冊》（化學工業出版社）、《煙氣脫硫脫硝凈化工程技術與設備》（化學工業出版社）等。

六、課程設計成果提交

1.設計計算說明書。整理后的說明書要有章節目錄，設計任務來源，原始資料和設計要求，計算和每人每份的設計條件。構筑物及設備的設計與計算應按照設計流程先后次序分章編寫。對所采用的設計數據應做必要的說明并標出設計數據出處。

設計計算說明書要求手寫或打印，要求有計算草圖并按比例，構筑物、設備有主要計算或選型過程。

2.圖紙。總平面布置圖及系統管路設計圖按照1∶200到1∶1000，設備圖要求附有剖面圖。

3.其他。要求設計過程獨立完成，不能抄襲他人的計算過程及圖紙。

七、結語

真實背景下的課程設計，能夠在很大程度上調動學生的積極性和主動性；獨立分組進行設計避免了抄襲；模擬現場答辯增強了真實感，鍛煉了學生的組織和表達能力，設計安排環環相扣，確保教學效果最高學生利益最大化。

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