《大氣污染控制工程》問題導向教學模式探索

王敏

摘要：結合北京建筑大學環境與能源學院近年來的教學實踐，對大氣污染控制工程的理論教學提出幾點看法；在理論課程教學上，充分利用問題導向法保證教學內容關聯性強、目的性強，新穎前沿；在考試考核方法上，采用四部分成績相結合：卷面考試、課堂互動、課后作業、專題討論，全面促進學生對教學內容的掌握。通過實踐發現，問題導向教學法，不僅調動了學生的積極性，鍛煉了學生多方面的能力。

關鍵詞：大氣污染控制工程；問題導向；教學模式；問題設計；綜合考核方式

隨著經濟的發展，大氣污染問題與人民對環境空氣質量要求的提高之間的矛盾日益突出，相關的大氣污染控制管理體系和法律法規迅速更新，使得大氣污染控制技術及控制工藝得以迅速發展。為了適應新形勢的發展，解決大氣環境污染問題，需要大量掌握大氣污染控制技術基礎知識、了解先進大氣污染控制技術的應用型環境工程專業素質人才。

“大氣污染控制工程”是環境工程、環境科學專業的一門主干專業課，“大氣污染控制工程”的教學效果直接關系到環境工程專業學生的大氣污染治理的理論知識水平和工程技能。內容包括大氣污源類型、性質及其排放量的計算；污染物在大氣中的稀釋擴散理論與模型；大氣污染控制的基本理論；控制技術的過程分析及典型控制設備的工藝計算；工業大氣污染物控制系統的設計計算。“大氣污染控制工程”內容以高等數學、概率論與數理統計、四大化學、流體力學、環境工程原理等課程為理論先導，這些先導課程本身具有較大的難度，加之環境空氣介質“看不到、摸不著” 的屬性，因此，學習難度較大，學習興趣不高、效果不佳。

本著提高學生對本課程的學習興趣為前提，提高學習效果為目的的出發點，設計了以分析大氣環境質量現狀、大氣污染治理技術的應用為切入點的教學路線，以郝吉明老師等編寫的《大氣污染控制工程》（高教出版社）系列為教材，探索了“大氣污染控制工程”課程的理論教學環節的教學方法與手段。

由于學生缺乏對所學內容實用價值的了解，缺乏學習動力和興趣，采用傳統的課堂講授式教學，學生在課堂上思維處于一個惰性狀態，不主動思考，只是被動地接受零星的知識，不能對所學知識建立聯系。對缺乏興趣的知識，容易造成注意力分散，學習效果差，同時也不利于學生獨立、創新等能力的培養與提升。為了改變學生被動學習的狀況，教師引導學生從分析身邊的空氣污染問題入手，如霧霾、工廠排污罰款等，主動學習該課程的理論知識，并通過利用這些知識進行實際的大氣污染物治理工程設計，從而達到該課程的教學目的。

1 問題設計

1.1 分析環境空氣質量導入空氣質量評價基礎知識

首先選取北京霧霾較嚴重的年份，布置學生分組查閱該年的氣象參數（風向、風速分布、氣溫、濕度、光照等）、地形條件、污染源分布情況、PM2.5的主要成分、空氣質量預報情況和各種大氣污染物實測值的時空分布，由一組匯總數據作圖，定性找出這一列數據之間的關系并分析討論，課堂匯報；然后設置問題：①環境空氣質量的好壞是如何判斷的？《環境空氣質量標準》有污染物的哪些濃度限值？為什么？（對應教材第1章）②氣象要素包括哪些？各氣象參數是如何獲得的？實際應用中有哪些表示方法？（對應教材第3章）③霧霾的嚴重程度通常用PM2.5的濃度來表征，該濃度如何測定？如何將其從大氣中分離？（對應教材第5章）④氣象條件、地形條件、污染源的排放量對PM2.5濃度的影響能否定量計算？如何計算？（對應教材第四章）⑤空氣質量預報值是如何得到的，與實測值完全一致嗎？如何使預報值更準確？（對應教材第四章），分配各組根據教材相應章節內容準備ppt進行課堂匯報；每堂匯報之后老師對所設問題進行歸納總結，同時講授知識難點，并結合工程實際中的問題利用相關的知識點進行分析討論：如講授了GB30952012中為什么O3濃度限值只有1時平均濃度限值和日最大8小時平均濃度限值，并講授了各自在環境空氣質量評價中的應用，同時啟發學生思考其他污染物濃度限值項目設置的原因；從學生查閱的大興區、海淀區大氣質量的數據差異出發，分析了氣象、地形、污染源的位置對大氣污染物濃度的影響，推導出大氣污染物濃度的計算模式—高斯模式，啟發學生思考如何確定模式中各參數；以某工廠鍋爐煙氣除塵脫硫工藝改造中出現的問題（鍋爐煙氣原本采用電除塵技術和石灰石石膏法除塵和脫硫，均能達標排放，但是由于相關大氣污染物排放標準濃度限值要求提高，導致該廠鍋爐煙氣中SO2濃度超標，但顆粒物濃度未超標。該工廠進行技改，在鍋爐爐膛中增加了噴鈣脫硫技術之后，排放煙氣中SO2能達標，但顆粒物卻超標了。）為例，講授了應該從分析粉塵比電阻的影響因素以及調節粉塵比電阻的措施出發，才能找到解決該工程問題的辦法，從而使學生認識到凈化氣體工程中了解顆粒物的物理性質是非常必要的；從學生查閱的PM2.5成分的數據出發，引導學生思考大氣污染物的主要來源，并講授一次污染物和二次污染物的概念及二次污染物的形成機理和過程，從而引入各種主要一次污染物的治理工藝。

1.2 分析工廠排污現狀導入污染物治理技術

為了引起學生對大氣污染物控制技術的興趣，布置學生分組查閱文獻或調研，獲得各省燃煤消耗量、工廠顆粒物、SO2、NOx、VOC的排放量及各種污染物的主要治理技術狀況（包括去除效率、設備投資、動力費用、藥劑費用、水耗、維修頻率及維修費用）等資料，各組分別對各行業典型企業的典型污染物的治理工藝進行總結分析，寫出綜述報告，并通過ppt進行課堂匯報。例如，針對學生調研某水泥廠煙氣中顆粒物的治理技術資料，布置學生自學教材中關于袋式除塵器的原理、設計等內容（對應教材第六章的內容），通過布置和講授課后習題，使學生掌握了濾料的選取、清灰方式的確定、袋式除塵器設計參數的選取、過濾面積的計算及濾袋的設計與布置等；針對學生查閱的多個火電廠煙氣顆粒物凈化技術改造資料，要求學生對袋式除塵器的除塵機理和電除塵器的除塵機理進行比較，課堂提問影響電除塵器效率的因素及提高其效率的措施，啟發學生思考現行電除塵器的效率很難達到目前鍋爐大氣污染物中顆粒物的排放濃度限值的原因，通過課后習題，使學生掌握電除塵器的選型設計方法；在學生匯報了各省煤炭消耗量與SO2排放量的相關關系及其SO2去除工藝之后，講授原煙氣中SO2濃度計算方法，啟發學生根據環境工程原理的知識回答去除煙氣中SO2有哪些方法，分析各種方法的特點，重點分析石灰石和石灰作為吸收劑時溶液中的離子反應，得出兩種方法工藝參數不同的原因，同時分析石灰石/石灰法工程實際中存在的問題以及解決措施。

2 綜合考核方式

深化考試方法改革，對于全面考核學生學習效果顯得尤為重要，同時也能提高學生對該門課程的重視度，為以后就業打下良好的專業技術基礎。大氣污染控制工程課程考試分為四部分：卷面考試部分，主要考察學生對基本概念、環境標準、大氣污染物擴散模型、各類凈化設備的原理及其應用的掌握，此部分成績占總成績的50%；課堂互動部分，主要考察學生在課堂上對知識點聯系實際的反應能力，通過案例分析的形式，提問學生，促進學生課堂集中注意力，充分利用課堂時間，避免課堂不學課下補的低效學習模式，此部分成績占總成績的10%；第三部分，課后作業部分，由于課堂互動時間有限，不可能檢查每個學生的學習效果，通過課后作業一方面教師可及時掌握教學效果，及時調整教學思路，另一方面督促學生及時復習，掌握響應章節的內容，此部分成績占總成績的10%；第四部分，分組查閱資料及寫作討論部分，主要考察學生對當今大氣環境熱點問題的發現能力、查閱文獻能力、根據課程知識分析熱點問題及工程實際問題的能力、寫作能力、課堂表達能力、PowerPoint 和Word 的編輯能力，此部分成績占總成績的30%。通過以上的綜合考核方式改革，學生明顯改變了對該課程的學習態度，關注了大氣環境的現狀和治理措施，取得良好的學習效果。

3 結論

依據“應用型環境工程專業素質人才培養目標”，按照強調大氣污染控制技術實際應用性的原則優化和整合了教學內容，從分析大氣環境質量現狀和大氣污染治理技術的應用兩條主線出發，采用順藤摸瓜式的方法講授大氣污染物的控制理論和技術的相關內容，在課堂教學環節中突出問題導向的講授思路、強化問題分析能力的培養；同時，對大氣污染控制工程課程進行了考試方法改革，考核成績由卷面成績、課堂互動、課后作業和分組準備及討論四部分綜合評定，激發了學習興趣，變被動學習為主動學習，對教學內容掌握的更系統更扎實，對相關知識的應用更靈活、更接近生產實際，為今后從事大氣污染控制工程方面的工作樹立了信心。

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