基于OBE理念的大氣污染控制工程教學探討

鄧文葉 禹懷亮 陳帥

摘要 大氣污染控制工程是環境工程專業的一門核心課程，同時也是該專業的主要專業課之一。課程具有抽象、操作性強、不易理解等特點，對學生的學習造成了一定的難度。文章基于OBE理念，對課程的教學目的，教學過程進行了更深一步的探索，提出教學互動、實驗互促、實訓提高的教學過程，以期使學生達到聽懂、理解、會操作的學習目的，為未來的深造或者從事專業方面的工作打下堅實的基礎。

關鍵詞 大氣污染控制工程；教學設計；OBE理念

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.6.037

1大氣污染控制工程學課程教學特點

大氣污染控制工程是環境工程專業的一門核心專業課，系統地講授大氣科學、氣象學的基本知識。包括顆粒污染物的基本知識和各種除塵器的基本知識、運行原理、效率影響因素和設計；氣態污染物的凈化原理，二氧化硫、碳氧化物、碳氫化合物等重點氣態污染物的治理方法；機動車污染物的發生原理以及控制技術（見圖1）。

大氣非常容易受到污染，受到污染的大氣會產生很多的負向大氣環境現象，從而對人類的生產生活和身心健康造成巨大的影響，甚至會產生光化學煙霧，對人類的呼吸道產生強烈的刺激作用，對肺部產生不可逆轉的影響。工廠的煙霧、機動車的尾氣排放、自然界的風化等都會產生漂浮于大氣中的顆粒污染物和有害的氣體，如果不對其進行一定的防治和治理，必然會增加大氣災害產生的風險。大氣污染控制課程的特點與大氣的特點息息相關。

①抽象性。大氣雖然是人類活動不可或缺的，但是由于大氣是人眼所看不到的，只有少許的大氣現象人眼可以觀察到。因此大氣污染相關知識具有很強的抽象性，例如在講解顆粒的粒徑、除塵器中顆粒物的運動軌跡、氣態污染物從氣態的氣膜運動到液體的液膜等知識點時，是一個非常抽象的過程，導致學生難以理解，這是由于課程的抽象性特點決定的。

②綜合性。大氣污染的控制與治理是一個綜合的過程。一方面，人類的生產活動會產生顆粒污染物和氣態污染物，在產生的過程中如何通過有效的方法進行污染物的轉化、吸收、消解是一個綜合的過程。從生產過程產生廢氣，到廢氣的吸收，再到氣體凈化后的排放，無不顯示出大氣的污染和控制具有較強的綜合性。另一方面，氣態污染物經過吸附、吸收、除塵等操作后，仍然要排至大氣中，污染物在大氣中的傳播、擴散以及沉降均是大氣污染控制的重要內容，因此，課程具有較強的綜合性。

2大氣污染控制工程學的應用前景

大氣污染一直以來是影響我國城鄉居民生活水平提高的一個重要因素，大氣污染程度的降低能夠有效提高我國各大城市的環境空氣質量。

2018年，中國政府又印發了《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》，在“大氣十條”的基礎上進一步提高了空氣污染治理的目標，明確了二氧化硫和氮氧化物的下降幅度目標，分別設定了城市空氣優良天數和重污染天數的下限和下降幅度目標。如今，中國各大城市的空氣質量已經有了大幅改善。在北京，大氣污染程度僅為2013年記錄的一半。在中國的大多數地區，污染已經下降到二十多年未見的水平[2]。

隨著我國“雙碳計劃”的進一步開展，煤炭、石油等傳統能源會進行一波升級改造，其中最為重要的就是對于工業生產活動中廢氣處理設備的升級，以排放更少的氮氧化物、硫氧化物、碳氧化物為工業生產活動中大氣污染治理的重要目標，并為碳達峰、碳中和的早日達成貢獻積極的力量。

可見，大氣污染控制工程具有極強的專業性和針對性，工廠的大氣污染在未來會進行較大的環境設備升級和改造，就不可避免地要用到環境污染控制所包含的知識，包括顆粒污染物和氣態污染物的治理技術，并且會加入新的大氣污染控制技術。隨著國家對于生態環境保護的投入越來越大，“藍天計劃”將會進一步加大力度，增大范圍。大氣污染控制在將來會有極好的就業前景，因此，學生學好大氣污染控制工程對自己未來的就業會有較大的幫助。

3基于OBE理念的大氣污染控制工程學教學方法

OBE理念最初是由美國教育學者提出的，主要針對工科專業。其主要遵循三個基本理念：成果導向、以學生為中心、持續改進。這些理念對引導和促進專業建設與教學改革、保障和提高工程教育人才培養質量至關重要。同傳統的教學方式相比，基于OBE理念的教學方式更加注重從學科導向向目標導向轉變、從教師中心向學生中心轉變和從質量監控向持續改進轉變[3]。

在大氣污染控制工程課程教學的過程中，筆者設定了學生聽得懂、能理解、會操作的教學目標。在實際講課的過程中，設計了教學互動、實驗互助、實訓提高的教學過程。在教學過程中，始終堅持以學生聽學自學、教師指導為中心，共同促進學生“聽懂、理解、操作”教學目標的達成[4]。

①教學互動。教學互動指的是在教師教學過程中，遵循學生聽老師講解和學生自學相結合的方式。學生對大氣污染控制工程知識點的理解較為困難，教師在講解知識點的時候，應該盡量使用生活中的例子幫助學生進行知識點的理解。例如在講解吸收法去除氣態污染物理論的時候，學生對于雙膜理論的理解十分困難。這時候為學生舉出生活中的案例，可樂在打開的時候會有氣泡冒出，這是液態的二氧化碳先通過液膜，液膜通過氣泡的形式進入氣膜，從液態的二氧化碳轉化為氣態的二氧化碳，這就是吸收對于大氣污染物的處理的雙膜理論在現實生活中的簡單應用。老師在教學的過程中利用生活中發生的簡單現象，講解難以理解的理論，使學生容易接受抽象的理論知識。同時，要加強引導學生進行知識的自學，發現專業的可操作性，趣味性，體現“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”的學習態度[5]。

②實驗互助。實驗互助是指利用做實驗的方式使學生對知識有更深層次的了解，從抽象層面過渡到形象具體的層面，持續加深學生對知識的理解和掌握。實受限于學校實驗室的配置，很多實驗無法實施。因此，教師可以在實驗中加入虛擬仿真實驗，利用虛擬仿真實驗彌補甚至替代學校實驗室，對學生進行實驗教學，學生在實驗教學之后，自己動手做實驗，記錄實驗數據，進行實驗數據的分析，查看實驗結果，與講解的理論原理相互印證，實現實驗教學對理論教學的有機補充，達到學生聽得懂、能理解的教學目標。在為學生講解旋風除塵器效率的影響因素時，可以通過虛擬仿真軟件來進行講解[6]。在粉塵粒徑對于除塵效率的影響虛擬仿真實驗中，學生可以自主設定粉塵粒徑，并測定除塵器的除塵效率，通過實驗結果可以看出粉塵粒徑在5um時，除塵效率為70%，當粉塵粒徑進一步增大到10um時，除塵效率為80%以上。隨著粉塵粒徑的增大，除塵效率還會進一步提高。通過實驗可以發現旋風除塵器對于粒徑較大的粉塵，除塵效率較高。實驗的過程和結果能夠進一步幫助學生理解旋風除塵器的適用范圍、除塵效率、運行原理，促進學生對知識的掌握程度。

③實訓提高。理論學習和實驗學習的目的是解決生產生活中的實際問題。因此在學生掌握了基礎知識、理論知識和運行原理之后，參與具體的實踐項目的，形成一個閉環，實現學生的學習從理論到實踐的綜合轉變。大氣污染控制工程可以將除塵器或者氣體吸收設備作為學生的一個課程實訓設計，全面提高學生的理論知識應用能力，同時也能在實訓中加深對理論知識的理解和掌握。實訓設計項目應該與實際項目相同或者相近，可以選取電廠的除塵和除氣項目。

4結論

大氣污染控制工程是環境工程專業的核心專業課程，課程具有抽象性和綜合性的特點。學生學習的時候容易出現聽不懂，學不會，不知道有什么用的困惑。文章從教師的教學實際出發，在OBE教學理念的指引下，提出教學互動、實驗互促、實訓提高的教學方式，讓學生在學習過程中能夠聽得懂、能理解、會操作。以期能夠為大氣污染控制工程課程的教學提供一定的理論探索。

*通訊作者：禹懷亮

基金項目：新疆維吾爾自治區重點研發任務專項項目“新疆煤焦化行業VOCs和顆粒物排放特征研究及協同控制技術評估”。

參考文獻

[1]陳培林，郭蓉，王勤耕.“大氣十條”實施期間南京市PM2.5化學組成與來源的演變特征[J].環境科學，2023，44（1）：1-10.

[2]蔡興.“藍天保衛戰”空氣污染治理效應評估[J].中南大學學報（社會科學版），2022，28（5）：78-91.

[3]莫治新，韋良煥，王晶.基于OBE理念的一流課程環境監測建設的思考[J].黑龍江農業科學，2022（10）：99-102.

[4]葉招蓮，馬帥帥，屠遠，等.基于OBE理念的“大氣污染控制工程”課程混合式教學改革與設計[J].江蘇理工學院學報，2020，26（6）： 84-89.

[5]劉喆，陳霓.智慧教室環境下的課堂教學互動行為分析——以10個初中數學優質教學視頻課例為觀察對象[J].現代教育技術，2021，31（9）：28-36.

[6]朱仁成，梅慧，李順義，等.基于虛擬仿真技術的“大氣污染控制工程”教學改革探析[J].現代鹽化工，2021，48（1）：140-142.