“双碳”背景下大气污染控制工程实验课程教学改革探讨

2024-05-22张维李怡唐恒福

创新创业理论研究与实践 2024年7期

张维，李怡，唐恒福

（1.贵州理工学院资源与环境工程学院，贵州贵阳 550000；2.北京欧倍尔软件技术开发有限公司，北京 100000）

2021 年9 月，中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，指出实现碳达峰、碳中和，是以习近平同志为核心的党中央做出的重大战略决策，是着力解决资源环境约束突出问题、实现中华民族永续发展的必然选择，是构建人类命运共同体的庄严承诺[1]。要实现这一战略目标需要全社会的共同努力，其中包括高等教育的积极参与[2-3]。“双碳”目标的提出，将我国的绿色发展道路提升到新的战略高度，同时也对环境工程专业的人才培养提出了更高要求[4-5]。

实验教学一直是理工类学科重要的教学方法[6-8]。大气污染控制工程实验是环境工程专业设置的重要实验课程。由于大气在碳循环中扮演着双重角色，既是碳源又是碳汇，其平衡状态对全球气候和生态系统具有重要影响，因此，在“双碳”背景下，对大气污染控制工程实验课程进行教学改革势在必行。本文就目前大气污染控制工程实验课程教学存在的问题，初步分析和探讨了在“双碳”背景下提升该实验课程教学质量的有效途径。

1 大气污染控制工程实验课程教学存在的问题

1.1 实验设备方面

传统的大气污染控制实验课程往往存在实验设备数量不足、产生“三废”（废气、废水、废渣）、设备维护难、部分实验涉及有毒有害气体危害师生健康等问题[9-10]。如碱液吸收二氧化硫净化实验，数次实验后，气体钢瓶阀门易被二氧化硫腐蚀而锈迹斑斑，存在一定安全隐患；由于设备台套数不足以及实验课时限制，分组后小组人数通常在6 人左右，故而存在部分学生仅能旁观而无法操作的现象。

1.2 实验项目方面

在“双碳”背景下，学生对于温室气体如二氧化碳、甲醛等的成因、反应机理、控制措施等的理解显得尤为重要。部分高校大气污染控制工程实验课程开设的实验项目较为常规，未设置碳减排实验，仅凭课堂理论知识学习，学生难以深入理解碳减排的机理，难以掌握相关实验技能。

1.3 实验教学方法方面

教师先进行实验操作演示+学生跟着做的模式弱化了学生的自主思考能力和实验能力，学生普遍表示对于实验过程中出现的问题难以自行解决，实验结束后收获不大，导致实验效果与“双碳”背景下创新型人才的培养目标差距较大。

1.4 实验考核方面

传统的大气污染控制工程实验课程往往采用实验操作+实验报告的考核模式，学生实验成绩取决于实验操作的熟练程度和实验报告的完整性、准确性，不利于学生在实验过程中对“双碳”理念进行思考。

2 “双碳”背景下大气污染控制工程实验课程教学改革措施探讨

2.1 实验教学过程中融入“双碳”理念，引入综合性虚拟仿真软件

我国生产电力的主要原料是燃煤。在“双碳”背景下，如何进一步降低燃煤发电产生的废气排放量显得尤为重要。选择性催化还原脱硝法（SCR）+静电除尘（ESP）+石灰石湿法脱硫（WFGD）+湿式静电除尘（WESP）已成功并广泛应用于燃煤电厂超低排放技术改造中[11]。该工艺在大气污染控制工程教学课程体系中十分重要，关键参数如静电除尘器电压，SCR 脱硝系统中还原剂的选择和添加量、温度、催化剂种类[12-13]，石灰石湿法脱硫系统中石灰石浆液密度和流量等都会影响最终排放的烟尘、SO2、NOX浓度是否能长期稳定实现“超低排放”[14]。受实验设备和场地限制，学生很难对大气污染控制单元产生详实的立体思维和空间认知。针对上述问题，可在大气污染控制工程实验课程中引入“燃煤电厂大气污染物排放协同控制虚拟仿真实验软件”，该软件涵盖了“湿法脱硫+脱硝+除尘”全过程，同时开展系统的虚拟仿真装置控制及参数调控，可使学生在虚拟环境中开展有毒有害气体防治实验活动，提高学生的工程实践能力和创新能力。

2.2 结合“双碳”理念，增设碳减排实验

“双碳”目标的达成涉及大气污染控制诸多方面。结合“双碳”理念，在大气污染控制工程实验课程中可增设碳减排实验，以此实现实验项目与“双碳”理念的有机结合，强化学生节能减排尤其是碳减排的意识。具体实验项目增设情况如表1 所示。

表1 结合“双碳”理念所增设的实验项目情况

2.3 在“双碳”背景下，以国家对于创新型人才的需求为目标改进实验教学方法

由于大部分学生仍依赖于实验课上教师的讲解，实验步骤较多时容易出错，且难以自已发现问题，不利于学生科研思维模式的养成和实验技能的提升，难以达到“双碳”背景下培养创新型人才的需求。针对上述问题，笔者认为可通过以下几方面改进实验教学方法：（1）利用雨课堂，在实验课前发放理论知识点和试题，并纳入考核；（2）在部分实验项目教学过程中引入翻转课堂教学法，让学生在课前通过预习了解实验内容，在课堂上通过讨论、演示等方式加深理解，提升学生独立思考和实验的能力；（3）采用项目驱动教学法，例如前文所提增设的“活性炭吸附二氧化碳虚拟仿真实验”，学生需独立完成活性炭吸附系统的主要设备设计，通过设计、试错、反思、改进等过程可使学生加深对知识点的理解，提高实验兴趣，提升创新思维能力和实验技能。