“雙碳”背景下大氣污染控制工程實驗課程教學改革探討

張維，李怡，唐恒福

（1.貴州理工學院 資源與環境工程學院，貴州貴陽 550000；2.北京歐倍爾軟件技術開發有限公司，北京 100000）

2021 年9 月，中共中央、國務院印發《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，指出實現碳達峰、碳中和，是以習近平同志為核心的黨中央做出的重大戰略決策，是著力解決資源環境約束突出問題、實現中華民族永續發展的必然選擇，是構建人類命運共同體的莊嚴承諾[1]。要實現這一戰略目標需要全社會的共同努力，其中包括高等教育的積極參與[2-3]。“雙碳”目標的提出，將我國的綠色發展道路提升到新的戰略高度，同時也對環境工程專業的人才培養提出了更高要求[4-5]。

實驗教學一直是理工類學科重要的教學方法[6-8]。大氣污染控制工程實驗是環境工程專業設置的重要實驗課程。由于大氣在碳循環中扮演著雙重角色，既是碳源又是碳匯，其平衡狀態對全球氣候和生態系統具有重要影響，因此，在“雙碳”背景下，對大氣污染控制工程實驗課程進行教學改革勢在必行。本文就目前大氣污染控制工程實驗課程教學存在的問題，初步分析和探討了在“雙碳”背景下提升該實驗課程教學質量的有效途徑。

1 大氣污染控制工程實驗課程教學存在的問題

1.1 實驗設備方面

傳統的大氣污染控制實驗課程往往存在實驗設備數量不足、產生“三廢”（廢氣、廢水、廢渣）、設備維護難、部分實驗涉及有毒有害氣體危害師生健康等問題[9-10]。如堿液吸收二氧化硫凈化實驗，數次實驗后，氣體鋼瓶閥門易被二氧化硫腐蝕而銹跡斑斑，存在一定安全隱患；由于設備臺套數不足以及實驗課時限制，分組后小組人數通常在6 人左右，故而存在部分學生僅能旁觀而無法操作的現象。

1.2 實驗項目方面

在“雙碳”背景下，學生對于溫室氣體如二氧化碳、甲醛等的成因、反應機理、控制措施等的理解顯得尤為重要。部分高校大氣污染控制工程實驗課程開設的實驗項目較為常規，未設置碳減排實驗，僅憑課堂理論知識學習，學生難以深入理解碳減排的機理，難以掌握相關實驗技能。

1.3 實驗教學方法方面

教師先進行實驗操作演示+學生跟著做的模式弱化了學生的自主思考能力和實驗能力，學生普遍表示對于實驗過程中出現的問題難以自行解決，實驗結束后收獲不大，導致實驗效果與“雙碳”背景下創新型人才的培養目標差距較大。

1.4 實驗考核方面

傳統的大氣污染控制工程實驗課程往往采用實驗操作+實驗報告的考核模式，學生實驗成績取決于實驗操作的熟練程度和實驗報告的完整性、準確性，不利于學生在實驗過程中對“雙碳”理念進行思考。

2 “雙碳”背景下大氣污染控制工程實驗課程教學改革措施探討

2.1 實驗教學過程中融入“雙碳”理念，引入綜合性虛擬仿真軟件

我國生產電力的主要原料是燃煤。在“雙碳”背景下，如何進一步降低燃煤發電產生的廢氣排放量顯得尤為重要。選擇性催化還原脫硝法（SCR）+靜電除塵（ESP）+石灰石濕法脫硫（WFGD）+濕式靜電除塵（WESP）已成功并廣泛應用于燃煤電廠超低排放技術改造中[11]。該工藝在大氣污染控制工程教學課程體系中十分重要，關鍵參數如靜電除塵器電壓，SCR 脫硝系統中還原劑的選擇和添加量、溫度、催化劑種類[12-13]，石灰石濕法脫硫系統中石灰石漿液密度和流量等都會影響最終排放的煙塵、SO2、NOX濃度是否能長期穩定實現“超低排放”[14]。受實驗設備和場地限制，學生很難對大氣污染控制單元產生詳實的立體思維和空間認知。針對上述問題，可在大氣污染控制工程實驗課程中引入“燃煤電廠大氣污染物排放協同控制虛擬仿真實驗軟件”，該軟件涵蓋了“濕法脫硫+脫硝+除塵”全過程，同時開展系統的虛擬仿真裝置控制及參數調控，可使學生在虛擬環境中開展有毒有害氣體防治實驗活動，提高學生的工程實踐能力和創新能力。

2.2 結合“雙碳”理念，增設碳減排實驗

“雙碳”目標的達成涉及大氣污染控制諸多方面。結合“雙碳”理念，在大氣污染控制工程實驗課程中可增設碳減排實驗，以此實現實驗項目與“雙碳”理念的有機結合，強化學生節能減排尤其是碳減排的意識。具體實驗項目增設情況如表1 所示。

表1 結合“雙碳”理念所增設的實驗項目情況

2.3 在“雙碳”背景下，以國家對于創新型人才的需求為目標改進實驗教學方法

由于大部分學生仍依賴于實驗課上教師的講解，實驗步驟較多時容易出錯，且難以自已發現問題，不利于學生科研思維模式的養成和實驗技能的提升，難以達到“雙碳”背景下培養創新型人才的需求。針對上述問題，筆者認為可通過以下幾方面改進實驗教學方法：（1）利用雨課堂，在實驗課前發放理論知識點和試題，并納入考核；（2）在部分實驗項目教學過程中引入翻轉課堂教學法，讓學生在課前通過預習了解實驗內容，在課堂上通過討論、演示等方式加深理解，提升學生獨立思考和實驗的能力；（3）采用項目驅動教學法，例如前文所提增設的“活性炭吸附二氧化碳虛擬仿真實驗”，學生需獨立完成活性炭吸附系統的主要設備設計，通過設計、試錯、反思、改進等過程可使學生加深對知識點的理解，提高實驗興趣，提升創新思維能力和實驗技能。

2.4 融入“雙碳”理念，建立多元化實驗考核體系

在“雙碳”背景下，大氣污染控制工程實驗課程的考核體系應貫穿實驗全過程，并融入“雙碳”理念（見表2），以更客觀、更科學的形式充分考核學生知識掌握程度、實驗操作能力和實驗應用能力，同時強化學生的碳減排意識。

表2 多元化實驗考核體系（以滿分100 分計）

3 結束語

大氣污染控制是達成“雙碳”目標的重要途徑，大氣污染控制工程實驗課程需緊密聯系“雙碳”理念。在“雙碳”背景下，應積極推動大氣污染控制工程實驗課程教學改革，發現現有實驗教學問題，將“雙碳”理念融入實驗教學過程，積極探索解決實驗教學問題的有效方法，為創新型人才的培養提供有力支撐。