《大气污染控制工程》问题导向教学模式探索

王敏

摘要：结合北京建筑大学环境与能源学院近年来的教学实践，对大气污染控制工程的理论教学提出几点看法；在理论课程教学上，充分利用问题导向法保证教学内容关联性强、目的性强，新颖前沿；在考试考核方法上，采用四部分成绩相结合：卷面考试、课堂互动、课后作业、专题讨论，全面促进学生对教学内容的掌握。通过实践发现，问题导向教学法，不仅调动了学生的积极性，锻炼了学生多方面的能力。

关键词：大气污染控制工程；问题导向；教学模式；问题设计；综合考核方式

随着经济的发展，大气污染问题与人民对环境空气质量要求的提高之间的矛盾日益突出，相关的大气污染控制管理体系和法律法规迅速更新，使得大气污染控制技术及控制工艺得以迅速发展。为了适应新形势的发展，解决大气环境污染问题，需要大量掌握大气污染控制技术基础知识、了解先进大气污染控制技术的应用型环境工程专业素质人才。

“大气污染控制工程”是环境工程、环境科学专业的一门主干专业课，“大气污染控制工程”的教学效果直接关系到环境工程专业学生的大气污染治理的理论知识水平和工程技能。内容包括大气污源类型、性质及其排放量的计算；污染物在大气中的稀释扩散理论与模型；大气污染控制的基本理论；控制技术的过程分析及典型控制设备的工艺计算；工业大气污染物控制系统的设计计算。“大气污染控制工程”内容以高等数学、概率论与数理统计、四大化学、流体力学、环境工程原理等课程为理论先导，这些先导课程本身具有较大的难度，加之环境空气介质“看不到、摸不着” 的属性，因此，学习难度较大，学习兴趣不高、效果不佳。

本着提高学生对本课程的学习兴趣为前提，提高学习效果为目的的出发点，设计了以分析大气环境质量现状、大气污染治理技术的应用为切入点的教学路线，以郝吉明老师等编写的《大气污染控制工程》（高教出版社）系列为教材，探索了“大气污染控制工程”课程的理论教学环节的教学方法与手段。

由于学生缺乏对所学内容实用价值的了解，缺乏学习动力和兴趣，采用传统的课堂讲授式教学，学生在课堂上思维处于一个惰性状态，不主动思考，只是被动地接受零星的知识，不能对所学知识建立联系。对缺乏兴趣的知识，容易造成注意力分散，学习效果差，同时也不利于学生独立、创新等能力的培养与提升。为了改变学生被动学习的状况，教师引导学生从分析身边的空气污染问题入手，如雾霾、工厂排污罚款等，主动学习该课程的理论知识，并通过利用这些知识进行实际的大气污染物治理工程设计，从而达到该课程的教学目的。

1 问题设计

1.1 分析环境空气质量导入空气质量评价基础知识

首先选取北京雾霾较严重的年份，布置学生分组查阅该年的气象参数（风向、风速分布、气温、湿度、光照等）、地形条件、污染源分布情况、PM2.5的主要成分、空气质量预报情况和各种大气污染物实测值的时空分布，由一组汇总数据作图，定性找出这一列数据之间的关系并分析讨论，课堂汇报；然后设置问题：①环境空气质量的好坏是如何判断的？《环境空气质量标准》有污染物的哪些浓度限值？为什么？（对应教材第1章）②气象要素包括哪些？各气象参数是如何获得的？实际应用中有哪些表示方法？（对应教材第3章）③雾霾的严重程度通常用PM2.5的浓度来表征，该浓度如何测定？如何将其从大气中分离？（对应教材第5章）④气象条件、地形条件、污染源的排放量对PM2.5浓度的影响能否定量计算？如何计算？（对应教材第四章）⑤空气质量预报值是如何得到的，与实测值完全一致吗？如何使预报值更准确？（对应教材第四章），分配各组根据教材相应章节内容准备ppt进行课堂汇报；每堂汇报之后老师对所设问题进行归纳总结，同时讲授知识难点，并结合工程实际中的问题利用相关的知识点进行分析讨论：如讲授了GB30952012中为什么O3浓度限值只有1时平均浓度限值和日最大8小时平均浓度限值，并讲授了各自在环境空气质量评价中的应用，同时启发学生思考其他污染物浓度限值项目设置的原因；从学生查阅的大兴区、海淀区大气质量的数据差异出发，分析了气象、地形、污染源的位置对大气污染物浓度的影响，推导出大气污染物浓度的计算模式—高斯模式，启发学生思考如何确定模式中各参数；以某工厂锅炉烟气除尘脱硫工艺改造中出现的问题（锅炉烟气原本采用电除尘技术和石灰石石膏法除塵和脱硫，均能达标排放，但是由于相关大气污染物排放标准浓度限值要求提高，导致该厂锅炉烟气中SO2浓度超标，但颗粒物浓度未超标。该工厂进行技改，在锅炉炉膛中增加了喷钙脱硫技术之后，排放烟气中SO2能达标，但颗粒物却超标了。）为例，讲授了应该从分析粉尘比电阻的影响因素以及调节粉尘比电阻的措施出发，才能找到解决该工程问题的办法，从而使学生认识到净化气体工程中了解颗粒物的物理性质是非常必要的；从学生查阅的PM2.5成分的数据出发，引导学生思考大气污染物的主要来源，并讲授一次污染物和二次污染物的概念及二次污染物的形成机理和过程，从而引入各种主要一次污染物的治理工艺。

1.2 分析工厂排污现状导入污染物治理技术

为了引起学生对大气污染物控制技术的兴趣，布置学生分组查阅文献或调研，获得各省燃煤消耗量、工厂颗粒物、SO2、NOx、VOC的排放量及各种污染物的主要治理技术状况（包括去除效率、设备投资、动力费用、药剂费用、水耗、维修频率及维修费用）等资料，各组分别对各行业典型企业的典型污染物的治理工艺进行总结分析，写出综述报告，并通过ppt进行课堂汇报。例如，针对学生调研某水泥厂烟气中颗粒物的治理技术资料，布置学生自学教材中关于袋式除尘器的原理、设计等内容（对应教材第六章的内容），通过布置和讲授课后习题，使学生掌握了滤料的选取、清灰方式的确定、袋式除尘器设计参数的选取、过滤面积的计算及滤袋的设计与布置等；针对学生查阅的多个火电厂烟气颗粒物净化技术改造资料，要求学生对袋式除尘器的除尘机理和电除尘器的除尘机理进行比较，课堂提问影响电除尘器效率的因素及提高其效率的措施，启发学生思考现行电除尘器的效率很难达到目前锅炉大气污染物中颗粒物的排放浓度限值的原因，通过课后习题，使学生掌握电除尘器的选型设计方法；在学生汇报了各省煤炭消耗量与SO2排放量的相关关系及其SO2去除工艺之后，讲授原烟气中SO2浓度计算方法，启发学生根据环境工程原理的知识回答去除烟气中SO2有哪些方法，分析各种方法的特点，重点分析石灰石和石灰作为吸收剂时溶液中的离子反应，得出两种方法工艺参数不同的原因，同时分析石灰石/石灰法工程实际中存在的问题以及解决措施。

2 综合考核方式

深化考试方法改革，对于全面考核学生学习效果显得尤为重要，同时也能提高学生对该门课程的重视度，为以后就业打下良好的专业技术基础。大气污染控制工程课程考试分为四部分：卷面考试部分，主要考察学生对基本概念、环境标准、大气污染物扩散模型、各类净化设备的原理及其应用的掌握，此部分成绩占总成绩的50%；课堂互动部分，主要考察学生在课堂上对知识点联系实际的反应能力，通过案例分析的形式，提问学生，促进学生课堂集中注意力，充分利用课堂时间，避免课堂不学课下补的低效学习模式，此部分成绩占总成绩的10%；第三部分，课后作业部分，由于课堂互动时间有限，不可能检查每个学生的学习效果，通过课后作业一方面教师可及时掌握教学效果，及时调整教学思路，另一方面督促学生及时复习，掌握响应章节的内容，此部分成绩占總成绩的10%；第四部分，分组查阅资料及写作讨论部分，主要考察学生对当今大气环境热点问题的发现能力、查阅文献能力、根据课程知识分析热点问题及工程实际问题的能力、写作能力、课堂表达能力、PowerPoint 和Word 的编辑能力，此部分成绩占总成绩的30%。通过以上的综合考核方式改革，学生明显改变了对该课程的学习态度，关注了大气环境的现状和治理措施，取得良好的学习效果。

3 结论

依据“应用型环境工程专业素质人才培养目标”，按照强调大气污染控制技术实际应用性的原则优化和整合了教学内容，从分析大气环境质量现状和大气污染治理技术的应用两条主线出发，采用顺藤摸瓜式的方法讲授大气污染物的控制理论和技术的相关内容，在课堂教学环节中突出问题导向的讲授思路、强化问题分析能力的培养；同时，对大气污染控制工程课程进行了考试方法改革，考核成绩由卷面成绩、课堂互动、课后作业和分组准备及讨论四部分综合评定，激发了学习兴趣，变被动学习为主动学习，对教学内容掌握的更系统更扎实，对相关知识的应用更灵活、更接近生产实际，为今后从事大气污染控制工程方面的工作树立了信心。

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