信息化技術在大氣污染治理技術實踐教學中的應用①

張棲

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?介紹基于信息化技術的實踐教學改革，利用“仿真模擬+設備半實物的垃圾焚燒煙氣凈化仿真工廠”，構建了“理—虛—實”一體化的教學模式。以學生為中心，以真實崗位工作任務設置教學內容，教學環境設置在校企合作開發共建的“仿真工廠”中，營造良好的職業環境，完成教學目標，增強學生的實踐體驗。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?信息化;實踐教學;大氣污染治理技術;高職

[中圖分類號] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）14-0312-02

大氣污染治理技術是高職環境工程技術專業的核心課，主要任務是培養學生掌握典型的大氣污染治理技術，提升解決大氣污染治理工程實際問題的能力。課程是由理論和實踐教學兩部分構成的，其中實踐教學旨在提升學生的實踐技能，是不可或缺的一環節。然而實踐條件有限、課時不足、大氣污染物有毒有害導致實訓過程危害大等，造成傳統的大氣污染治理技術課程實踐環節教學效果不理想，與用人單位需求的職業技能存在較大差距等。隨著《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》的頒布實施，信息化教學資源已成為現代教育的重要組成部分，是破解教育難題的突破口[1]。

一、傳統實踐教學問題分析

近年來，隨著環保行業的持續發展，相應的人才需求也日益增加，企業對人才的需求也日益迫切，而學校提供的畢業生由于實踐經驗缺乏，滿足不了企業的需求，原因主要有以下幾方面：（1）大氣污染治理技術理論抽象，學生理解困難：大氣運動抽象，不可見，污染治理理論較為抽象、生澀，學生學習困難;（2）實踐教學項目與社會需求脫節，難以建立有效的“理論—實踐—應用”反饋機制[2-3];（3）實訓設備封閉，內部結構不可見：由于大氣的擴散性，治理設施、設備均是封閉的，學生缺乏對內部結構認知;（4）大氣污染物有毒有害，實踐實訓困難：大氣污染治理，實訓廢氣有毒有害，危險性高、管理難度大，實訓困難;（5）實踐設備少或無設備，學生人數多，實踐難：大氣治理設施，價格昂貴、學校現有的實訓設備少、學生大多數情況下只能看教師演示，實際動手操作難，實訓效果不佳。

二、仿真模擬+設備半實物實驗平臺的構建

為克服傳統大氣污染治理實踐教學危險性大、學生參與度低、實驗成本高等諸多限制，我們采用虛實結合的實踐設備，結合大氣污染治理技術典型行業崗位需求，根據真實煙氣治理工藝校企合作共同搭建“仿真模擬+設備半實物的垃圾焚燒煙氣凈化仿真工廠”，如下圖所示。

“仿真模擬+設備半實物”的垃圾焚燒煙氣凈化仿真工廠，由兩大組成部分構成，分別是“仿真裝置”和“模擬軟件”。仿真裝置，以真實工廠設備為原型，按比例縮小，設備包括靜設備、動設備、各種閥門、相關儀表及控制閥門等，設備內部結構簡化，設有可視窗口，設備位置按煙氣治理工藝流程進行設計布局，閥門及開關可操作;模擬軟件，采用過程動態模擬仿真技術，將設備工作原理算法化，根據工藝流程結構等原理搭建數學模型。將前臺的用戶操作指令傳送到后臺的數學模型中，經數學模型的運算實時表征出各個工藝數據的真實值，借此反饋出每一個操作條件變化與工藝現象之間的關系，真正模擬出復雜環境下的實時參數變化。

建立工廠實物仿真原型，配合測控通訊系統，實現與仿真軟件的聯動，再現真實工廠的生產過程，通過單機至網絡實現跨平臺的聯系，實現了模型算法與裝置模型的交互模式，并配以輔助教學和培訓管理系統，呈現出更為立體生動的虛擬仿真教學。

三、基于虛擬仿真的實踐教學設計

在實踐教學中，我們采取以學生為中心，借助網絡課程平臺資源、仿真模擬+設備半實物的實踐設施，構建了“理—虛—實”一體化的教學模式。

以“垃圾焚燒煙氣凈化系統的運行與維護”為主線，以“懂原理、會操作、職業化”作為本次教學任務的教學目標，教學重點是能完成煙氣凈化系統的運行，難點則是會維護。按照職業崗位工作過程及學生學習認知規律，設定“學原理—定方案—能運行—會維護”的進階教學過程，使學生一步步達到運行、會維護煙氣凈化系統的教學目標。教學實施分為課前探索—課中實操—課后提升三過程。

課前，認識煙氣治理工藝流程及凈化環節，教師開發相應課程資源，在網絡課程平臺上發布“煙氣治理工藝系統介紹”微課視頻及案例視頻。學生在線學習課程網站上發布的煙氣凈化的原理，完成在線測試。教師利用課程平臺上的學習軌跡系統監控學生的學習情況，學生完成測試后，對學生測評結果進行統計、整理，找出學生自學中存在的問題，及時調整教學內容。學生完成在線學習后，小組合作探究，用思維導圖軟件制定煙氣凈化系統的運行操作步驟，并上傳至課程平臺，師生相互評價，教師根據學生課前任務完成情況，評估學生自學結果，及時調整教學內容。

課堂上，教師首先根據學生課前任務完成情況，對學生掌握不充分的知識點進行答疑解惑，再通過工程案例視頻導入本次教學任務，發布本次課堂實踐教學任務及目標。學生開展“頭腦風暴”，優化完善煙氣凈化系統的運行方案，進入實操環節，學生在“仿真模擬+設備半實物的仿真工廠”中，扮演不同的煙氣凈化系統管理員崗位角色，利用模擬軟件和半實物仿真工廠，虛實聯動，分工協作，虛實聯動操作，按照完善后的煙氣凈化系統運行方案，利用對講機實現“中控系統”和“設備現場”的聯合操作，完成煙氣凈化系統的運行與維護。

在學生熟悉了煙氣凈化系統及運行方式的基礎上，通過設置煙氣凈化系統的運行故障，啟發學生排除故障，利用仿真模擬軟件測試故障排除方案是否可行，探索故障的最優解決方案。

課后，學生在網絡課程平臺上學習相關拓展資源，并與校企合作企業工程師連線交流、模擬驗證，團隊合作梳理完成煙氣凈化系統的運行維護方案。

四、優化實踐教學方法

在應用信息化技術進行大氣污染課程實踐教學的改革過程中，主要采取以下教學方法：任務驅動法、啟發引導法、小組合作探究等方法。

（一）任務驅動法

以煙氣凈化設施管理員崗位真實工作任務為驅動，在“煙氣治理仿真實訓工廠”中，學生進行角色扮演、引導學生自主探究、團隊合作，完成煙氣凈化系統運行管理員崗位職責——煙氣凈化系統的運行及常見故障的排除。

（二）啟發引導法

教學過程中，采取以學生為中心，教師為輔的方式，課前自主探索、課中團隊合作、課后驗證提升全過程學生學生主動探索，教師從旁指正、引導，化學生被動灌輸為主動探索。

（三）小組合作探究

學生在實踐教學學習過程中，采用小組教學的形式，通過小組討論，進行頭腦風暴，制訂實踐任務實施方案、完成實踐任務，自主探索，尋求解決問題的處理方法。

五、考核方式設計

為了提升學生的實踐能力，并體現對大氣污染知識的應用性考核，大氣污染治理技術課程實踐教學考核采取“過程性評價+結果評價”二維+“師—生—企業”三元相結合的方式。

過程性評價，借助“班級優化大師—教學助教”系統，利用智能化的過程評價系統，可分別對學生的考勤、學習時長、課堂表現、團隊合作、學習結果等進行測評。

結果評價，在實踐任務完成后，采取“模擬軟件測試結果+教師評價+企業工程師評價”相結合的方式考核。模擬軟件測試結果，利用實踐平臺上的“煙氣凈化系統仿真模擬軟件”，可對學生的實操步驟、操作結果進行實時評價，并根據煙氣凈化系統的運行和故障排除完成效果進行實時評分，再根據排放濃度顯示進行評判;教師評價，教師根據教學任務要求，對學生的煙氣凈化系統的運行及維護結果、運行維護管理文件等進行評判;企業工程師評價，根據企業實際需求及學生作品的可行性對學生的階段性實踐任務結果進行評分。

六、結論

利用信息化技術，克服了傳統教學的桎梏，實現了大氣污染治理技術實踐教學的改革，實踐教學結果顯示，采取以學生為中心的高職教育理念，借助信息化手段，提升學生的學習興趣，化被動灌輸為主動探索;以真實崗位工作任務設置教學內容，培養學生的職業素養，提升實踐技能;教學環境設置在校企合作開發共建的“仿真工廠”中，營造良好的職業環境，完成教學目標，增強學生的實踐體驗，教學效果得到了極大的提升。

參考文獻：

[1]高鐵剛，薛峰.信息化教學資源供給服務體系建設研究[J].現代教育技術，2015，25（8）：26-32.

[2]張珂.基于OBE模式的環境工程虛擬仿真實驗中心建設探索[J].實驗技術與管理，2019，36（1）.

[3]莫灼均.環境工程專業的實踐教學改革探討[J].實踐實驗教學，2010（15）.

編輯 陳鮮艷