王 娟，方應(yīng)森，王小強(qiáng)，張躍進(jìn)

(嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江 嘉興 314033)

專業(yè)實(shí)踐課程是本科教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)高素質(zhì)環(huán)境工程人才的基礎(chǔ)，它是理論教學(xué)與實(shí)踐的過渡方式，是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。特別是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的成果導(dǎo)向教育理念，徹底改變了傳統(tǒng)“以知識為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，將教學(xué)的重點(diǎn)聚焦于“學(xué)生產(chǎn)出”，更加注重對學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐等能力的培養(yǎng)。

大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)是環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修實(shí)驗(yàn)課程，在專業(yè)人才培養(yǎng)中起著舉足輕重的作用。通過本課程的學(xué)習(xí)，可加深學(xué)生對大氣污染控制工程相關(guān)理論知識的理解，提高學(xué)生觀察及分析問題、解決問題的能力。但目前多數(shù)實(shí)驗(yàn)教材設(shè)置的實(shí)驗(yàn)均以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，且實(shí)驗(yàn)比較分散。為此路培等[1]提出項(xiàng)目式的研究方法，指出項(xiàng)目式教學(xué)模式必須具有整體性、系統(tǒng)性。李玉華等[2]也提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容薄弱的問題，提出進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。劉艷[3]、岳思羽等[4]提出要對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及時(shí)更新，增設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。盛重義[5]、劉效峰[6]、趙兵濤[7]、熊玲[8]也就大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)提出改革。本文結(jié)合嘉興學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)際教學(xué)情況，分析了當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的不足，提出構(gòu)建項(xiàng)目式的大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)綜合優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及現(xiàn)狀分析

我校大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)設(shè)置32學(xué)時(shí)，共開設(shè)7個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中基本概念驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2個(gè)，大氣污染物監(jiān)測實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目3個(gè)，綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2個(gè)；綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目占比接近30%。具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有大氣環(huán)境中NO2濃度監(jiān)測、粉塵粒徑分布測定、粉塵真密度測定、煙氣有關(guān)參數(shù)測定及除塵器除塵效率的測定、室內(nèi)空氣中甲醛濃度測定、室內(nèi)空氣中氨濃度測定、機(jī)動車尾氣污染物測定、大氣環(huán)境中SO2濃度監(jiān)測、吸附法凈化SO2效率測定、吸收法凈化SO2效率測定和校園環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測及質(zhì)量評價(jià)。各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱及學(xué)時(shí)如表1所示。

表1 原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)安排

總體來看，大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置涵蓋了氣態(tài)污染物和顆粒污染物的基本概念、監(jiān)測方法及控制技術(shù)三個(gè)方面的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容注重基本原理的驗(yàn)證，通過實(shí)驗(yàn)操作，加深對基本理論原理的理解；通過對常見氣態(tài)污染物監(jiān)測實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以動手操作常規(guī)采樣儀器、了解儀器構(gòu)造及原理，掌握氣體污染物的監(jiān)測方法步驟及數(shù)據(jù)處理；通過氣態(tài)污染物和顆粒物凈化技術(shù)實(shí)驗(yàn)，了解凈化原理，理解相關(guān)參數(shù)對凈化工藝的影響，同時(shí)，也可以進(jìn)一步的理解前面的基本原理和監(jiān)測方法在實(shí)際中的應(yīng)用。最后，在綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)7中，讓學(xué)生自己獨(dú)立設(shè)計(jì)監(jiān)測方案、選擇評價(jià)方法，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，掌握數(shù)據(jù)處理方法、分析數(shù)據(jù)方法及評價(jià)的具體文字表達(dá)等。總之，大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容由淺入深、從基本理論到控制技術(shù)、從監(jiān)測方法到監(jiān)測評價(jià)，全過程的學(xué)習(xí)了大氣污染控制技術(shù)相關(guān)的基本知識點(diǎn)，也鍛煉了學(xué)生的實(shí)際操作能力，同時(shí)，培養(yǎng)和強(qiáng)化了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

但在教學(xué)內(nèi)容安排和硬件條件上也存在較為明顯的弊端，具體情況如下：

(1)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置方面，32學(xué)時(shí)中60%都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺少對學(xué)生觀察及分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也分別獨(dú)立地進(jìn)行，譬如粉塵的粒徑分布、粉塵的真密度、除塵器除塵效率的測定都屬于粉塵的基本范疇，但卻單獨(dú)開設(shè)三個(gè)實(shí)驗(yàn)，且安排在不同的周次，學(xué)生就很難把三個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有機(jī)聯(lián)系起來，基本上都是被動進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果很不理想。校園環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測及質(zhì)量評價(jià)雖然是綜合實(shí)驗(yàn)，但包括采樣點(diǎn)設(shè)置、監(jiān)測指標(biāo)、分析方法、評價(jià)方法等內(nèi)容均有教師具體講授，缺少學(xué)生主動去查閱和創(chuàng)新的部分，學(xué)生只是按照教師講授的步驟去機(jī)械的完成任務(wù)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果也不是很理想。

(2)由于受到經(jīng)費(fèi)、場地、學(xué)生人身安全等條件的限制，實(shí)驗(yàn)室缺少與大氣污染控制工程理論課程中揮發(fā)性有機(jī)物氣控制技術(shù)、氮氧化物污染控制等重要內(nèi)容相對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置，無法完全滿足大氣污染控制專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。并且所有實(shí)驗(yàn)中用到的試劑，均由老師提前配置好，導(dǎo)致很多簡單的試劑學(xué)生都不能正確快速的配置。比如室內(nèi)空氣中氨濃度測定時(shí)用到的0.01 mol/L硫酸溶液，提問學(xué)生如何配置，部分同學(xué)還是毫無頭緒。此外，由于設(shè)備數(shù)量所限，比如煙氣有關(guān)參數(shù)測定及除塵器除塵效率的測定實(shí)驗(yàn)，3～4人一組，就會導(dǎo)致部分學(xué)生投機(jī)取巧，不認(rèn)真實(shí)驗(yàn)，達(dá)不到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。

(3)所有實(shí)驗(yàn)都是有固定的實(shí)驗(yàn)步驟和預(yù)定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，沒有開設(shè)學(xué)生自行設(shè)計(jì)型的實(shí)驗(yàn)。因此，在培養(yǎng)學(xué)生動手能力和工程實(shí)踐能力方面，還存在薄弱環(huán)節(jié)。

(4)某些實(shí)驗(yàn)設(shè)備的臺套數(shù)還不是很充足，如凈化技術(shù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備只有兩套，這樣導(dǎo)致學(xué)生實(shí)際操作的機(jī)會比較少，教學(xué)效果不理想。

(5)教學(xué)內(nèi)容還不能緊跟信息化時(shí)代的要求，缺少虛擬仿真方面的內(nèi)容。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)功能，受實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的限制，有關(guān)大氣凈化方法的實(shí)驗(yàn)還未能全部涉及到，借助虛擬仿真軟件是一個(gè)很好的方法，可以讓學(xué)生課下利用虛擬仿真平臺自己線上操作相關(guān)凈化技術(shù)的過程，加深對控制技術(shù)原理、設(shè)備構(gòu)造及步驟的理解。

2 實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

針對當(dāng)前我校大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容還不夠豐富、缺少虛擬仿真等線上環(huán)節(jié)以及綜合能力培養(yǎng)方面的項(xiàng)目不夠充實(shí)等問題同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)條件、學(xué)時(shí)安排等情況，提出了如下幾點(diǎn)改革措施：

(1)根據(jù)大氣污染控制工程理論課的內(nèi)容，將原有開設(shè)的較為分散的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化整理，以項(xiàng)目形式呈現(xiàn)。比如，將原有的粉塵粒徑分布測定、粉塵真密度測定、煙氣有關(guān)參數(shù)測定及除塵器除塵效率的測定三個(gè)實(shí)驗(yàn)打包整理成一個(gè)關(guān)于粉塵的8學(xué)時(shí)綜合實(shí)驗(yàn)。在該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可以將粉塵的性質(zhì)、煙氣的性質(zhì)與除塵性能密切關(guān)聯(lián)起來，通過除塵器進(jìn)出口粉塵的粒徑分析，直觀的看出粒徑分布對除塵效率的影響；將原來大氣環(huán)境中SO2濃度監(jiān)測、吸附法凈化SO2效率測定、吸收法凈化SO2效率測定三個(gè)實(shí)驗(yàn)整理成一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，首先學(xué)會SO2濃度的測定方法，然后在設(shè)備的進(jìn)口、出口處取樣，通過測定二氧化硫濃度來計(jì)算吸收或吸附的凈化效率。

(2)將《環(huán)境化學(xué)》與《大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)》課程相結(jié)合，加深學(xué)生對大氣污染的認(rèn)識。在環(huán)境化學(xué)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)了大氣環(huán)境化學(xué)，明確了大氣中各種污染物的種類、來源、危害和相互之間的影響機(jī)制。但環(huán)境化學(xué)的實(shí)驗(yàn)中沒有安排關(guān)于大氣的實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生對大氣中污染物的轉(zhuǎn)化機(jī)制知識點(diǎn)的掌握僅限于理論知識，沒有實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對照，掌握度較低。因此，將《環(huán)境化學(xué)》與本課程相結(jié)合開展了“NOx和O3的日變化曲線”的8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。該項(xiàng)目不僅包括原來的“大氣環(huán)境中NO2濃度監(jiān)測”，還增設(shè)了O3的濃度監(jiān)測，同時(shí)該項(xiàng)目除了考查NOx和O3濃度監(jiān)測的方法，還要求會分析NOx和O3的日變化曲線，明確變化的原因。黃小鳳等[9]也提到與環(huán)境工程原理、環(huán)境材料學(xué)、環(huán)境工程設(shè)計(jì)等課程的交叉融合。大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)與多學(xué)科的交叉融合，不僅有助于充分調(diào)動學(xué)生的積極性，增強(qiáng)學(xué)生的參與度，還能加深鞏固所學(xué)專業(yè)知識，提高學(xué)生的思考和創(chuàng)新能力。

(3)結(jié)合教師的科研課題開展“脫硝催化劑的制備及其脫硝效率計(jì)算”的8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生要掌握氮氧化物測量儀器的使用方法、脫硝催化反應(yīng)床的使用方法、脫硝催化劑的常規(guī)制備手段以及催化劑脫硝效率的計(jì)算方法。學(xué)生可進(jìn)一步理解SCR脫硝技術(shù)的原理，也明確脫硝催化劑的制備及脫硝性能對于控制氮氧化物的排放具有重要意義。同時(shí)，催化劑的制備沒有規(guī)定種類和制備方法，學(xué)生可自行設(shè)計(jì)，這就要求學(xué)生要查閱資料和確定方法后才能開展實(shí)驗(yàn)。

(4)校園環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測及質(zhì)量評價(jià)的8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目已開設(shè)了3年，學(xué)生反映較好。隨著學(xué)校新校區(qū)的使用，在后續(xù)的采樣點(diǎn)設(shè)置、監(jiān)測指標(biāo)、分析方法、評價(jià)方法等方面均可由學(xué)生自主設(shè)置，以提高學(xué)生的積極性。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，不僅掌握了實(shí)驗(yàn)技能，也鞏固了前期的實(shí)驗(yàn)和課堂理論知識。

(5)針對以前實(shí)驗(yàn)中缺少揮發(fā)性有機(jī)物氣控制實(shí)驗(yàn)的問題，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室已購置了移動床和流化床裝置對有機(jī)廢氣吸附脫附實(shí)驗(yàn)，通過模擬乙醇有機(jī)廢氣，得出進(jìn)氣濃度、出氣濃度、吸附效率、壓力損失、管道溫濕度、出口風(fēng)速、轉(zhuǎn)效時(shí)間等數(shù)據(jù)，加深學(xué)生對吸附法凈化有機(jī)廢氣的原理、活性炭吸附法的工藝流程、移動床和流化床的的區(qū)別、活性炭的脫附等理論知識的強(qiáng)化理解。學(xué)生也可自行研發(fā)高效的吸附劑來檢驗(yàn)對有機(jī)廢氣的吸附率，進(jìn)而提高學(xué)生的積極性和參與度。

(6)以虛補(bǔ)實(shí)，增加虛擬仿真教學(xué)環(huán)節(jié)，通過虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，將理論與實(shí)踐一體化，將2D的平面教學(xué)更改為3D的全方位立體化教學(xué)，同時(shí)還能通過虛擬仿真的方式搭建虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室，讓學(xué)生在異地也能實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，真正實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)訓(xùn)一體化教學(xué)。如在污染物凈化技術(shù)實(shí)驗(yàn)中引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，老師講解完實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒊绦蚺c知識點(diǎn)，學(xué)生就可以根據(jù)教師的指導(dǎo)和網(wǎng)上指令，按實(shí)驗(yàn)步驟，通過理論計(jì)算，選擇合理的控制參數(shù)，輸入軟件，完成虛擬實(shí)驗(yàn)過程，最后提交在線實(shí)驗(yàn)報(bào)告。特別是疫情期間，學(xué)校師生體驗(yàn)著隔屏教與學(xué)，師生們從生疏、困惑到適應(yīng)、成熟，對于師生彼此都是成長，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的投入，可以克服疫情期間無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困難，也可以提高學(xué)生線上實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興趣。

擬增加的大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有：揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCs)凈化及資源化化工藝虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)、典型煙氣脫硫脫硝3D仿真工廠、燃煤電廠大氣污染物排放協(xié)同控制及遷移擴(kuò)散虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)、旋風(fēng)除塵實(shí)驗(yàn)3D仿真實(shí)驗(yàn)、板式靜電除塵實(shí)驗(yàn)3D仿真實(shí)驗(yàn)、堿液吸收實(shí)驗(yàn)3D仿真實(shí)驗(yàn)和環(huán)境常見大氣污染物檢測虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。通過增加這些仿真實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)對原有實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場操作實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，同時(shí)，對于受條件限制無法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)線上模擬操作，此外，借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容涵蓋面更全面，既有單一技術(shù)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，又有實(shí)際工程中綜合的工況條件下的模擬實(shí)驗(yàn)，也有工廠化的模擬實(shí)驗(yàn)，這樣更有利于學(xué)生接觸到實(shí)際工程中遇到的場景，對于工程能力的培養(yǎng)有極大的促進(jìn)作用。

3 結(jié) 語

總而言之，在實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不變的情況下，盡量使開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅要有整體性、系統(tǒng)性，還需要不斷創(chuàng)新，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，使之具備解決實(shí)際問題的能力。同時(shí)，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)引入大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，虛擬與現(xiàn)實(shí)交織，助力學(xué)生實(shí)踐能力的提高，應(yīng)該是一個(gè)很好的方法。此外，該課程作為大氣污染控制工程理論課的輔助課程，應(yīng)根據(jù)其教學(xué)要求充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動性，由學(xué)生自主實(shí)踐，更加全面和完整地掌握各種理論及技能，為學(xué)生將來從事大氣污染控制工程的相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。