基于地域特征的《大气污染控制工程》课程的教学改革探索*

刘海军，孙冰洁

(安庆师范大学资源环境学院，安徽 安庆 246133)

《大气污染控制工程》是全国高等院校环境类专业本科生和研究生培养的一门重要的专业课程，在环境污染治理领域有着重要地位[1]。纵览大气领域，环境空气质量虽有所改善，但污染形势依然严峻，大气污染会对人体产生严重影响。就目前来说，颗粒污染物仍是大气环境的重要污染物之一，并且随着其来源和组成的日益混杂，以细颗粒物和臭氧污染为主的复合型污染变本加厉[2]；温室效应、雾霾等大气污染问题仍不容乐观，并对我国社会经济发展有一定的制约作用。为减轻大气污染，改善生态环境质量，迫切需要更多的创新型、复合型、应用型人才。高校作为人才培养的重要阵地，承担着为社会提供高质量人才的使命[3]。因此，将工科属性较强的《大气污染控制工程》课程的讲授过程变得通俗易懂、特色鲜明，促进优质课程建设并提升学生学习积极性，对培养大气污染控制领域专业人才至关重要。安徽省安庆市地处皖江流域，是典型的石油化工城市，其仍处于经济加速发展阶段，目前城区现存工矿企业400余家，年均GDP增速达19.69%。石油化工、轻纺食品、建筑材料、机械电子是安庆市的四大支柱工业，而石油化工产业更是跻身排名第一位[4-5]。石油化工产业的发展在给人们带来巨大经济效益的同时，也带来了较为严重的大气环境污染，直接影响着居民的身体健康。为培养基础扎实、具有创新意识的大气环境保护领域高级工程技术人才，将《大气污染控制工程》课程讲授结合皖江地域大气污染现状，对该课程的课程体系、教学内容、教学模式等方面进行了系列改革与探索研究。

1 《大气污染控制工程》教学的主要问题

在以往教学中，《大气污染控制工程》课程的教学内容往往受到授课学时限制，无法将所有内容详细展开，学生对深奥的内容亦无法理解，在有限课时内深入浅出地讲授教学内容显得尤为关键；同时，大气污染控制理论与技术不断推陈出新，常规书本教材无法及时更新，教学内容滞后不利于学生了解大气领域的最新进展；而且，除却第一课堂，学生极为缺乏实验模拟、工程实验，以及大气污染现场监测与治理等环节的第二课堂的巩固练习，对大气污染治理理论与技术以及设备工艺的了解仅限于课本，对适用于石油化工行业这种特定领域的大气污染防控理论与技术更知之甚少，难以做到理论联系实际，缺乏动手能力等问题的解决是培养大气防治领域优秀人才的关键。

2 《大气污染控制工程》教学的改革措施

2.1 结合地域特征，优化课程教学体系

结合石油化工行业特征，培养面向石油化工行业的大气污染防治人才，为在有限课时内做到优质教学，该课程教学体系调整需要做到因地制宜。石油化工企业周边空气污染物多以挥发性有机物(Volatile organic compounds， VOCs)和颗粒物(Particulate Matter，PM)为主[6-7]，因此，可以在《大气污染控制工程》课程教学中将“颗粒污染物控制基础”、“除尘装置”和“挥发性有机物污染控制”等章节作为重点教学内容，较为系统地介绍VOCs的催化燃烧及其工艺设备、吸收/吸附工艺及其设备、冷凝系统工艺及其设备，以及生物法处理工艺及其设备，同时，对VOCs综合治理、PM2.5与臭氧协同治理、VOCs和NOx协同减排、“双碳”战略行动计划等核心理论知识进行重点讲授；基于石化企业位于皖江地域的特殊地理位置，可将“大气扩散浓度估算模式”、“气态污染物控制基础”等章节结合地域特征进行教学，例如在 “城市大气扩散模式”章节教学时可将位于城市中心的石化企业作为案例，较为系统地介绍污染物的高架点源连续扩散模式、具有逆温的特殊气象条件下的扩散模式、城市扩散模式，以及烟囱高度设计与厂址选择等重要内容；“大气污染和全球气候”章节内容在其他环境类课程中多有涉及，故可适当删减以减少课程负担；及时增补低氮氧化物燃烧器及其理论、催化燃烧器及其理论、循环流化床燃烧器及其理论、大气污染物天地空一体化检测技术等与大气污染防控密切相关的热点问题和新技术，减少教材内容滞后带来的影响；同时，以石油化工领域大气污染防治为侧重点，围绕石油化工企业烟气脱硫脱硝，VOCs、多环芳烃类污染物减排与安全防控，以及石油化工行业的常见污染物高效检测技术等，增设专家学术讲座，让学生对企业生产过程的大气污染问题有一个较为深入的感观认知。

2.2 挖掘思政教育元素，培养学生优秀品质

《大气污染控制工程》讲授内容应结合本课程中所蕴涵的思政教育元素，把价值观培育与塑造、科学创新思维、家国情怀与文化自信等核心素养融入课堂，做到内化于心，外化于行，在精神世界上潜移默化地引导学生[8]。例如介绍我国在大气污染领域的杰出人物事迹，挖掘人物事迹所蕴含的德育元素，如优良品德、艰苦奋斗、执着信念等；再如结合我国科学家在新冠病毒的气溶胶传播与快速溯源等案例，增加学生的学习热情、民族自豪感以及爱国情怀。在讲授大气污染物分类时，可以引导学生用发展的眼光看待大气污染物的形成过程，将排放后是否会发生化学或光化学反应的气态污染物科学地划分为一次污染物或二次污染物；而在讲授流体力学时，也可以帮助学生以运动发展的眼光对待流体的层流、湍流过渡区以及湍流的不同状态，如实地把流体看成一个可以变化发展的事物，揭示流体是变化、运动、发展的，从而可以针对性地分析颗粒污染物在不同流体状态下所受到的流体阻力。在讲授温室效应、臭氧层破坏和酸沉降等全球性大气污染问题时，则可以巧妙地引入“地球村”的概念，以期培养学生的主人翁意识，并积极参与生态文明建设。专业课程与思政教育的有机融合可有效提高人才核心素养，从而有利于培养有理想、有本领、有担当的新时代大学生。

2.3 创新教学模式，提高第一课堂教学质量

从教学媒介来看，随着我国信息化技术的发展，教学模式不再局限于传统的板书和PPT。结合视频、立体投影、VR互动投影等新颖方式使课程内容更加具体化，可激发学生学习兴趣与积极性，更好地辅助学生对该课程知识重难点的理解。从教学方式来看，倡导“互动式”教学模式有利于打破“灌输式”课堂的零互动与单向输出现象[1]；并且，结合翻转课堂，让学生提前预习，既可培养自主学习能力，也能节省课时，从而达到更好的教育效果；同时，增加工程案例讲解与分析，将理论与实际有机结合可降低理论知识的枯燥感与抽象感[9]。

2.4 构建多维度教材体系，提供优质第二课堂

首先，结合皖江地域大气污染特征制作具有典型性的《大气污染控制工程》教学课件与教案；结合学习通、慕课等学习平台的相关课程视频讲解，帮助学生消化第一课堂遗留的知识重难点，从而减轻第一课堂的授课负担；为学生提供各种大气污染治理工艺流程的教学视频，尤其是与石化企业相关的大气污染监测与治理的实践内容，增强学生对大气污染防治仪器设备的了解并培养其操作能力；增订与教材配套的《大气污染控制工程例题与习题集》并建设电子试题库，有利于学生对课堂知识点的复习与巩固[10]。

2.5 重视课程设计，强化实验开设条件

在课程设计方面，可针对石油化工行业的挥发性有机污染物和颗粒物等特征性污染物开设课程题目。以旋风除尘器设计为例，首先让学生查阅文献了解旋风除尘器的发展历史，并根据烟气特征、除尘要求、允许的压力损失和制造条件等因素全面分析[11]，选择适用于石油化工企业大气除尘的旋风除尘器类型，计算旋风除尘器进口截面积、入口宽度、筒体直径等部件几何尺寸，以及所设计旋风除尘器的除尘效率，最后利用计算机辅助设计(CAD)或手工绘图等方式呈现设备的三视图与烟气除尘工艺流程图。在课程设计推进过程中，指导老师应定时检查计划进度，及时答疑解惑，有利于培养学生的自主学习能力和动手能力[12]。该课程涉及的工艺流程多，应系统开设实验辅助学生对各项工艺原理的理解。实验开设栏目可根据实验室条件进行，例如环境空气中苯系物测定、石化厂区的二氧化硫采集与监测、二氧化硫在线监测模拟等。为培养学生动手能力和创新能力，可将实验类型分为综合实验和个人设计实验，后者需要学生根据老师给定的题目设计方案并开展。

2.6 增加见习环节，提高学生感性认识

为进一步提高学生的业务素质和实践能力，在教学过程中应增加企业见习环节。重点选择中国石化安庆分公司、中国化学、安徽曙光化工、西南石油国家检测中心等石油化工企业作为见习单位，在专业老师带领下，开展为期2～3周的驻岗见习活动。通过现场学习与实践，并辅以专业技术人员讲解，增强学生对VOCs、SO2、颗粒物等大气污染治理工艺与设备仪器的感性认识，为走向工作岗位夯实基础。为防止见习环节趋于形式化，专业人员需在见习前向学生详细介绍见习的内容与流程，预先设置问题让学生在见习中找答案；同时，要求学生积极参与相关仪器设备的实训操作和相关工艺的生产维护，并结合亲身体验认真撰写见习报告。见习结束后由专业教师和企业技术人员共同评定见习效果。

2.7 改变考核模式，实行多元化考核指标

将期末考试成绩加上平时成绩作为学生课程的最终成绩是高等院校最常见的课程评定方式[13]。针对《大气污染控制工程》课程，可降低期末考试成绩比重，提高平时成绩比重，以培养学生综合素养，提高课程教学质量。平时成绩的考核范围不应只涉及课堂表现，还可以结合课程设计环节、课程实验、见习环节等方面进行多元化考核。期末考试内容可结合大气污染防治的理论与技术，以及皖江地域大气污染特征增加开放性试题，更好地检验学习效果，培养学生的创新性科学思维。

3 教学改革探索预期成果

通过本次教学改革的实践，基于地域特征的《大气污染控制工程》课程教学改革探索预期成果具体表现在：(1)学生在大气污染防治领域的核心素养得到有效提升，学习兴趣与积极性得到充分提高；(2)学生在大气污染防治领域的基础理论得到强化，动手操作能力和创新能力增强，更加符合新时代应用型人才的要求；(3)结合地域特征的大气污染防治教学使学生对皖江地域大气污染特征及石油化工企业大气污染有更深层次了解；(4)在教学改革探索的过程中不断增强授课老师的业务能力，提升课程教学质量，打造一门有价值的精品课程。

4 结 语

《大气污染控制工程》课程工程属性较强、知识面较广、往往晦涩难懂，迫切需要通过不断改革探索适用于该课程的教学模式，以提高该课程的教学质量，培养大气领域技术人才。基于皖江地域大气污染特征，本文从优化教学体系，结合思政教育元素，提升第一课堂和第二课堂教学质量，创新教学媒介与教学模式，重视课程设计、实验表现及见习环节，实行多元化考核标准等方面进行课程探索与优化，全面提升学生的核心素养，重视学生的创新能力，以期培养出符合新时代特定行业要求的创新型、复合型、应用型人才。