基于地域特征的《大氣污染控制工程》課程的教學改革探索*

劉海軍，孫冰潔

(安慶師范大學資源環境學院，安徽 安慶 246133)

《大氣污染控制工程》是全國高等院校環境類專業本科生和研究生培養的一門重要的專業課程，在環境污染治理領域有著重要地位[1]。縱覽大氣領域，環境空氣質量雖有所改善，但污染形勢依然嚴峻，大氣污染會對人體產生嚴重影響。就目前來說，顆粒污染物仍是大氣環境的重要污染物之一，并且隨著其來源和組成的日益混雜，以細顆粒物和臭氧污染為主的復合型污染變本加厲[2]；溫室效應、霧霾等大氣污染問題仍不容樂觀，并對我國社會經濟發展有一定的制約作用。為減輕大氣污染，改善生態環境質量，迫切需要更多的創新型、復合型、應用型人才。高校作為人才培養的重要陣地，承擔著為社會提供高質量人才的使命[3]。因此，將工科屬性較強的《大氣污染控制工程》課程的講授過程變得通俗易懂、特色鮮明，促進優質課程建設并提升學生學習積極性，對培養大氣污染控制領域專業人才至關重要。安徽省安慶市地處皖江流域，是典型的石油化工城市，其仍處于經濟加速發展階段，目前城區現存工礦企業400余家，年均GDP增速達19.69%。石油化工、輕紡食品、建筑材料、機械電子是安慶市的四大支柱工業，而石油化工產業更是躋身排名第一位[4-5]。石油化工產業的發展在給人們帶來巨大經濟效益的同時，也帶來了較為嚴重的大氣環境污染，直接影響著居民的身體健康。為培養基礎扎實、具有創新意識的大氣環境保護領域高級工程技術人才，將《大氣污染控制工程》課程講授結合皖江地域大氣污染現狀，對該課程的課程體系、教學內容、教學模式等方面進行了系列改革與探索研究。

1 《大氣污染控制工程》教學的主要問題

在以往教學中，《大氣污染控制工程》課程的教學內容往往受到授課學時限制，無法將所有內容詳細展開，學生對深奧的內容亦無法理解，在有限課時內深入淺出地講授教學內容顯得尤為關鍵；同時，大氣污染控制理論與技術不斷推陳出新，常規書本教材無法及時更新，教學內容滯后不利于學生了解大氣領域的最新進展；而且，除卻第一課堂，學生極為缺乏實驗模擬、工程實驗，以及大氣污染現場監測與治理等環節的第二課堂的鞏固練習，對大氣污染治理理論與技術以及設備工藝的了解僅限于課本，對適用于石油化工行業這種特定領域的大氣污染防控理論與技術更知之甚少，難以做到理論聯系實際，缺乏動手能力等問題的解決是培養大氣防治領域優秀人才的關鍵。

2 《大氣污染控制工程》教學的改革措施

2.1 結合地域特征，優化課程教學體系

結合石油化工行業特征，培養面向石油化工行業的大氣污染防治人才，為在有限課時內做到優質教學，該課程教學體系調整需要做到因地制宜。石油化工企業周邊空氣污染物多以揮發性有機物(Volatile organic compounds， VOCs)和顆粒物(Particulate Matter，PM)為主[6-7]，因此，可以在《大氣污染控制工程》課程教學中將“顆粒污染物控制基礎”、“除塵裝置”和“揮發性有機物污染控制”等章節作為重點教學內容，較為系統地介紹VOCs的催化燃燒及其工藝設備、吸收/吸附工藝及其設備、冷凝系統工藝及其設備，以及生物法處理工藝及其設備，同時，對VOCs綜合治理、PM2.5與臭氧協同治理、VOCs和NOx協同減排、“雙碳”戰略行動計劃等核心理論知識進行重點講授；基于石化企業位于皖江地域的特殊地理位置，可將“大氣擴散濃度估算模式”、“氣態污染物控制基礎”等章節結合地域特征進行教學，例如在 “城市大氣擴散模式”章節教學時可將位于城市中心的石化企業作為案例，較為系統地介紹污染物的高架點源連續擴散模式、具有逆溫的特殊氣象條件下的擴散模式、城市擴散模式，以及煙囪高度設計與廠址選擇等重要內容；“大氣污染和全球氣候”章節內容在其他環境類課程中多有涉及，故可適當刪減以減少課程負擔；及時增補低氮氧化物燃燒器及其理論、催化燃燒器及其理論、循環流化床燃燒器及其理論、大氣污染物天地空一體化檢測技術等與大氣污染防控密切相關的熱點問題和新技術，減少教材內容滯后帶來的影響；同時，以石油化工領域大氣污染防治為側重點，圍繞石油化工企業煙氣脫硫脫硝，VOCs、多環芳烴類污染物減排與安全防控，以及石油化工行業的常見污染物高效檢測技術等，增設專家學術講座，讓學生對企業生產過程的大氣污染問題有一個較為深入的感觀認知。

2.2 挖掘思政教育元素，培養學生優秀品質

《大氣污染控制工程》講授內容應結合本課程中所蘊涵的思政教育元素，把價值觀培育與塑造、科學創新思維、家國情懷與文化自信等核心素養融入課堂，做到內化于心，外化于行，在精神世界上潛移默化地引導學生[8]。例如介紹我國在大氣污染領域的杰出人物事跡，挖掘人物事跡所蘊含的德育元素，如優良品德、艱苦奮斗、執著信念等；再如結合我國科學家在新冠病毒的氣溶膠傳播與快速溯源等案例，增加學生的學習熱情、民族自豪感以及愛國情懷。在講授大氣污染物分類時，可以引導學生用發展的眼光看待大氣污染物的形成過程，將排放后是否會發生化學或光化學反應的氣態污染物科學地劃分為一次污染物或二次污染物；而在講授流體力學時，也可以幫助學生以運動發展的眼光對待流體的層流、湍流過渡區以及湍流的不同狀態，如實地把流體看成一個可以變化發展的事物，揭示流體是變化、運動、發展的，從而可以針對性地分析顆粒污染物在不同流體狀態下所受到的流體阻力。在講授溫室效應、臭氧層破壞和酸沉降等全球性大氣污染問題時，則可以巧妙地引入“地球村”的概念，以期培養學生的主人翁意識，并積極參與生態文明建設。專業課程與思政教育的有機融合可有效提高人才核心素養，從而有利于培養有理想、有本領、有擔當的新時代大學生。

2.3 創新教學模式，提高第一課堂教學質量

從教學媒介來看，隨著我國信息化技術的發展，教學模式不再局限于傳統的板書和PPT。結合視頻、立體投影、VR互動投影等新穎方式使課程內容更加具體化，可激發學生學習興趣與積極性，更好地輔助學生對該課程知識重難點的理解。從教學方式來看，倡導“互動式”教學模式有利于打破“灌輸式”課堂的零互動與單向輸出現象[1]；并且，結合翻轉課堂，讓學生提前預習，既可培養自主學習能力，也能節省課時，從而達到更好的教育效果；同時，增加工程案例講解與分析，將理論與實際有機結合可降低理論知識的枯燥感與抽象感[9]。

2.4 構建多維度教材體系，提供優質第二課堂

首先，結合皖江地域大氣污染特征制作具有典型性的《大氣污染控制工程》教學課件與教案；結合學習通、慕課等學習平臺的相關課程視頻講解，幫助學生消化第一課堂遺留的知識重難點，從而減輕第一課堂的授課負擔；為學生提供各種大氣污染治理工藝流程的教學視頻，尤其是與石化企業相關的大氣污染監測與治理的實踐內容，增強學生對大氣污染防治儀器設備的了解并培養其操作能力；增訂與教材配套的《大氣污染控制工程例題與習題集》并建設電子試題庫，有利于學生對課堂知識點的復習與鞏固[10]。

2.5 重視課程設計，強化實驗開設條件

在課程設計方面，可針對石油化工行業的揮發性有機污染物和顆粒物等特征性污染物開設課程題目。以旋風除塵器設計為例，首先讓學生查閱文獻了解旋風除塵器的發展歷史，并根據煙氣特征、除塵要求、允許的壓力損失和制造條件等因素全面分析[11]，選擇適用于石油化工企業大氣除塵的旋風除塵器類型，計算旋風除塵器進口截面積、入口寬度、筒體直徑等部件幾何尺寸，以及所設計旋風除塵器的除塵效率，最后利用計算機輔助設計(CAD)或手工繪圖等方式呈現設備的三視圖與煙氣除塵工藝流程圖。在課程設計推進過程中，指導老師應定時檢查計劃進度，及時答疑解惑，有利于培養學生的自主學習能力和動手能力[12]。該課程涉及的工藝流程多，應系統開設實驗輔助學生對各項工藝原理的理解。實驗開設欄目可根據實驗室條件進行，例如環境空氣中苯系物測定、石化廠區的二氧化硫采集與監測、二氧化硫在線監測模擬等。為培養學生動手能力和創新能力，可將實驗類型分為綜合實驗和個人設計實驗，后者需要學生根據老師給定的題目設計方案并開展。

2.6 增加見習環節，提高學生感性認識

為進一步提高學生的業務素質和實踐能力，在教學過程中應增加企業見習環節。重點選擇中國石化安慶分公司、中國化學、安徽曙光化工、西南石油國家檢測中心等石油化工企業作為見習單位，在專業老師帶領下，開展為期2～3周的駐崗見習活動。通過現場學習與實踐，并輔以專業技術人員講解，增強學生對VOCs、SO2、顆粒物等大氣污染治理工藝與設備儀器的感性認識，為走向工作崗位夯實基礎。為防止見習環節趨于形式化，專業人員需在見習前向學生詳細介紹見習的內容與流程，預先設置問題讓學生在見習中找答案；同時，要求學生積極參與相關儀器設備的實訓操作和相關工藝的生產維護，并結合親身體驗認真撰寫見習報告。見習結束后由專業教師和企業技術人員共同評定見習效果。

2.7 改變考核模式，實行多元化考核指標

將期末考試成績加上平時成績作為學生課程的最終成績是高等院校最常見的課程評定方式[13]。針對《大氣污染控制工程》課程，可降低期末考試成績比重，提高平時成績比重，以培養學生綜合素養，提高課程教學質量。平時成績的考核范圍不應只涉及課堂表現，還可以結合課程設計環節、課程實驗、見習環節等方面進行多元化考核。期末考試內容可結合大氣污染防治的理論與技術，以及皖江地域大氣污染特征增加開放性試題，更好地檢驗學習效果，培養學生的創新性科學思維。

3 教學改革探索預期成果

通過本次教學改革的實踐，基于地域特征的《大氣污染控制工程》課程教學改革探索預期成果具體表現在：(1)學生在大氣污染防治領域的核心素養得到有效提升，學習興趣與積極性得到充分提高；(2)學生在大氣污染防治領域的基礎理論得到強化，動手操作能力和創新能力增強，更加符合新時代應用型人才的要求；(3)結合地域特征的大氣污染防治教學使學生對皖江地域大氣污染特征及石油化工企業大氣污染有更深層次了解；(4)在教學改革探索的過程中不斷增強授課老師的業務能力，提升課程教學質量，打造一門有價值的精品課程。

4 結 語

《大氣污染控制工程》課程工程屬性較強、知識面較廣、往往晦澀難懂，迫切需要通過不斷改革探索適用于該課程的教學模式，以提高該課程的教學質量，培養大氣領域技術人才。基于皖江地域大氣污染特征，本文從優化教學體系，結合思政教育元素，提升第一課堂和第二課堂教學質量，創新教學媒介與教學模式，重視課程設計、實驗表現及見習環節，實行多元化考核標準等方面進行課程探索與優化，全面提升學生的核心素養，重視學生的創新能力，以期培養出符合新時代特定行業要求的創新型、復合型、應用型人才。