［摘 要］ 針對(duì)“污染控制工程”課程的特點(diǎn)和重要性，基于多元智能理論提倡的多樣化教學(xué)方式和教學(xué)方法，提出將虛擬仿真系統(tǒng)引入課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，以形成多元化的教學(xué)模式。通過分析調(diào)查結(jié)果，83%的學(xué)生愿意接受線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，這表明學(xué)生認(rèn)同線上線下同步進(jìn)行的教學(xué)方式優(yōu)于單一線下操作模式。基于以上結(jié)果，提出將虛擬仿真系統(tǒng)引入“污染控制工程”課程形成多元化教學(xué)模式的必要性，以期為綠色低碳技術(shù)應(yīng)用類課程教學(xué)多元化的建設(shè)和改革提供借鑒和參考。

［關(guān)鍵詞］ 污染控制課程；虛擬仿真；多元化教學(xué)模式；調(diào)查分析

［基金項(xiàng)目］ 2023年度浙江省教育廳辦公室浙江省線上線下混合式一流課程“植物生物學(xué)”（2023014）；2023年度寧波市高校慕課聯(lián)盟專項(xiàng)課題“基于慕課的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)課程思政實(shí)施策略與模式探究——以‘有機(jī)化學(xué)’課程為例”（2023ZX-MKYB08）；2021年度寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目“虛擬仿真項(xiàng)目在儀器分析課程中的應(yīng)用和效果評(píng)價(jià)——運(yùn)用Likert五級(jí)評(píng)分量表法”（xyjy2021011）

［作者簡(jiǎn)介］ 晁小芳（1985—），女，浙江寧波人，碩士，寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院生命科學(xué)與材料化學(xué)學(xué)院工程師，主要從事大氣和水污染控制研究；陸開形（1972—），女，浙江余姚人，博士，寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院生命科學(xué)與材料化學(xué)學(xué)院副教授，主要從事高等教學(xué)效果評(píng)價(jià)研究；王 衛(wèi)（1987—），女，河南許昌人，博士，寧波大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院生命科學(xué)與材料化學(xué)學(xué)院副教授，主要從事高等教學(xué)效果評(píng)價(jià)研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2025）08-0122-04 ［收稿日期］ 2023-12-15

引言

“污染控制工程”課程內(nèi)容包括水污染、大氣污染和物理性污染控制工程等，是環(huán)境工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，其中“水污染控制工程”和“大氣污染控制工程”是該工程模塊的核心課程。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的深入及碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的推進(jìn)，高校加快綠色低碳相關(guān)學(xué)科建設(shè)、培養(yǎng)綠色低碳發(fā)展人才勢(shì)在必行。因此，為順應(yīng)綠色低碳技術(shù)應(yīng)用，打造應(yīng)用型人才培養(yǎng)機(jī)制，我校面向本科生開設(shè)“污染控制工程”課程，以期為學(xué)生提供一個(gè)初步了解污染控制工藝流程、工程設(shè)計(jì)、儀器構(gòu)造、運(yùn)行原理和操作過程的機(jī)會(huì)，同時(shí)為接下來的工程課程設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)課奠定基礎(chǔ)。

一、“污染控制工程”虛擬仿真教學(xué)的建設(shè)

（一）虛擬仿真課程建設(shè)的現(xiàn)狀

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)模式的不斷發(fā)展，我國(guó)開始進(jìn)入“智能+”時(shí)代，構(gòu)建以自主學(xué)習(xí)、智慧學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)為目標(biāo)，以現(xiàn)代信息化技術(shù)與線下教學(xué)相融合為手段的高校人才培養(yǎng)機(jī)制勢(shì)在必行。2019年，教育部印發(fā)《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》指出，三年內(nèi)完成1 500門左右國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程的認(rèn)定工作［1］，這標(biāo)志著我國(guó)虛擬仿真教學(xué)建設(shè)已從1.0時(shí)代跨越至2.0時(shí)代，即實(shí)現(xiàn)了從項(xiàng)目至課程的演變。例如，黃柏炎等［2］濱海動(dòng)物野外實(shí)習(xí)，傅媛媛等［3］兔的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能，杜坤等［4］被子植物營(yíng)養(yǎng)器官建成，程捷等［5］高分子材料與工程，洪璇等［6］分子診斷技術(shù)，以及湯海峰等［7］古生物骨骼中痕量DNA提取等虛擬仿真課程的構(gòu)建和應(yīng)用。

（二）虛擬仿真課程建設(shè)的理念

虛擬仿真教學(xué)作為高等教育系統(tǒng)改革的重要內(nèi)容，旨在通過構(gòu)建三維的儀器及裝置結(jié)構(gòu)、原理動(dòng)畫等場(chǎng)景，利用視覺上的直接感官接觸使學(xué)生快速識(shí)別和記住儀器及裝置的形貌和運(yùn)行原理；反復(fù)一對(duì)一單人模擬操作練習(xí)，不斷地強(qiáng)化進(jìn)而形成記憶，有效地鞏固記憶并將已獲得的知識(shí)、操作過程、動(dòng)作要領(lǐng)與線下操作進(jìn)行有機(jī)整合；課后復(fù)習(xí)結(jié)合理論知識(shí)和課程設(shè)計(jì)，三者相互交錯(cuò)、協(xié)同演進(jìn)，形成記憶的延伸和拓展。另外，虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用有助于打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在空間、時(shí)間、設(shè)施和高實(shí)驗(yàn)條件下的局限性，提高學(xué)生的認(rèn)知、操作技能、體驗(yàn)感（包括實(shí)驗(yàn)的信心和積極趣味性等）及創(chuàng)新思維能力，完善教學(xué)體系，加快人才培養(yǎng)。

（三）虛擬仿真課程建設(shè)的多元融合機(jī)制

多元智能理論提出者霍華德·加德納認(rèn)為人類存在言語、空間、肢體運(yùn)作、人際、內(nèi)省、數(shù)理邏輯等八種基本智能，個(gè)體間的學(xué)習(xí)效果差異可通過智能間不同的組合方式產(chǎn)生［8］。從這一視角出發(fā)，以理論知識(shí)學(xué)習(xí)為言語環(huán)節(jié)，即言語表達(dá)的陳述性知識(shí)；虛擬仿真線上操作模擬為空間記憶強(qiáng)化，是視覺空間和肢體運(yùn)作的有機(jī)結(jié)合；線下實(shí)操以小組為單位開展實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析討論，是人際環(huán)節(jié)和動(dòng)手能力的再現(xiàn)，同時(shí)為虛擬仿真操作空間記憶的模仿提供反饋；考核機(jī)制和課程設(shè)計(jì)為內(nèi)省反思環(huán)節(jié)，是應(yīng)用能力和創(chuàng)造能力的體現(xiàn)，也是印證學(xué)生解決實(shí)際問題能力的途徑；數(shù)理邏輯環(huán)節(jié)的運(yùn)用則貫穿于整個(gè)教學(xué)過程。另外，調(diào)查評(píng)價(jià)可作為學(xué)生心理狀態(tài)和情感反映的反饋。

在此基礎(chǔ)上，本研究提出將虛擬仿真引入“污染控制工程”課程中，形成多元化的教學(xué)模式。旨在通過理論知識(shí)、虛擬仿真、線下實(shí)操、考核機(jī)制、課程設(shè)計(jì)及調(diào)查分析等形成多維度智能體系融合機(jī)制，運(yùn)用多元化的教學(xué)模式，注重激發(fā)學(xué)生的潛能，促進(jìn)學(xué)生全面智能發(fā)展。同時(shí)，本文針對(duì)虛擬仿真與該模式的應(yīng)用展開研究和調(diào)查，以期為綠色低碳技術(shù)應(yīng)用類課程的多元化建設(shè)提供借鑒和參考。

二、“污染控制工程”虛擬仿真教學(xué)的應(yīng)用

（一）課程的主要內(nèi)容

“污染控制工程”多元化課程建設(shè)主要涉及理論知識(shí)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、線下操作實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)四大模塊，分為水污染控制工程與大氣污染控制工程。其中水污染控制工程實(shí)驗(yàn)包括普通活性污泥法污水處理實(shí)驗(yàn)、SBR法間歇式活性污泥法實(shí)驗(yàn)和臭氧脫色實(shí)驗(yàn)等；大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)包括旋風(fēng)除塵和袋式除塵組合式實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)采集板式靜電除塵實(shí)驗(yàn)和大氣顆粒采樣實(shí)驗(yàn)等?；谡n程的安排和特點(diǎn)，構(gòu)建了“線上+線下+理論”“線下+理論”“線上+線下”和“線上+理論”的多元化教學(xué)模式，形成線上線下相結(jié)合的混合考核機(jī)制及時(shí)間跨度為兩個(gè)年度的問卷調(diào)查，多維度研究虛擬仿真教學(xué)于“污染控制工程”課程中的實(shí)際應(yīng)用效果。

（二）課程的實(shí)踐應(yīng)用

我國(guó)東南部沿海工業(yè)發(fā)達(dá)城市水污染和大氣污染等環(huán)境問題較為突出，夏季藻類爆發(fā)性生長(zhǎng)以及冬季霧霾天氣等污染狀況頻發(fā)。以此為背景，我校構(gòu)建了“理論課程—虛擬仿真線上操作—現(xiàn)場(chǎng)采樣—儀器設(shè)備線下操作—數(shù)據(jù)處理—課程設(shè)計(jì)”六個(gè)環(huán)節(jié)的多元化教學(xué)模式：（1）理論課程，要求初步掌握污染物種類來源及其環(huán)境影響和控制方法、控制裝置工藝流程、結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)模型等理論知識(shí)；（2）虛擬仿真線上操作，要求多次反復(fù)線上預(yù)習(xí)操作，基本掌握實(shí)驗(yàn)原理和操作步驟（見圖1）；（3）現(xiàn)場(chǎng)采樣，結(jié)合虛擬仿真知識(shí)完成現(xiàn)場(chǎng)水樣采集（包括河水、湖水及底泥采樣等）和大氣顆粒物綜合采樣（包括SO2、NOX、PM2.5、PM10及TSP等）；（4）儀器設(shè)備（包括污染控制設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備）線下操作，結(jié)合虛擬仿真知識(shí)開展線下實(shí)驗(yàn)操作并記錄數(shù)據(jù)；（5）數(shù)據(jù)處理，結(jié)合理論知識(shí)和虛擬仿真計(jì)算公式判讀實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析；（6）課程設(shè)計(jì)，結(jié)合理論及線上線下實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)繪制污染控制裝置布置圖及相關(guān)參數(shù)、負(fù)荷和尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算等?！拔廴究刂乒こ獭闭n程理論、線下操作和虛擬仿真線上教學(xué)內(nèi)容架構(gòu)及相應(yīng)考核機(jī)制見圖2。

三、調(diào)查結(jié)果分析

（一）研究對(duì)象

本項(xiàng)目于2021—2023年，選取我校2019級(jí)、2020級(jí)及2021級(jí)環(huán)境工程專業(yè)的本科生130名作為研究對(duì)象，參與“線上+線下”和“線上+線下+理論”教學(xué)模式研究。兩個(gè)學(xué)年總共發(fā)放問卷130份，回收有效問卷129份，有效率約為99.2%。

（二）研究工具

本項(xiàng)目線下污染控制裝置教學(xué)課程采用同廣教儀普通活性污泥法污水處理實(shí)驗(yàn)裝置、SBR法間歇式活性污泥法實(shí)驗(yàn)裝置、臭氧脫色實(shí)驗(yàn)裝置和旋風(fēng)除塵與袋式除塵組合式實(shí)驗(yàn)裝置、數(shù)據(jù)采集板式靜電除塵裝置等；線下采集和檢測(cè)設(shè)備教學(xué)課程采用湖北方圓大氣顆粒物綜合采樣器、安捷倫Avio200等離子體發(fā)射光譜儀、哈希TL2300濁度儀、梅特勒斯pH計(jì)和普析TU-1810紫外可見分光光度計(jì)等。線上虛擬仿真教學(xué)通過同廣教儀和MoolsNet慕樂網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真系統(tǒng)，以慕課的形式向高校師生提供教學(xué)資源。

（三）研究結(jié)果

通過調(diào)查可得，學(xué)生對(duì)于單一虛擬仿真、單一線下操作實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真+線下實(shí)驗(yàn)操作三個(gè)教學(xué)模式的選擇分析如圖3所示。結(jié)果表明，83%的學(xué)生愿意接受線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，接受單一線上操作的學(xué)生僅占6%。由此可見，目前學(xué)生還無法適應(yīng)單一線上教學(xué)模式，但認(rèn)同線上線下同步進(jìn)行的教學(xué)方式優(yōu)于單一線下操作模式。

結(jié)語

本研究基于多元智能理論提倡的多樣化教學(xué)方式和教學(xué)方法，同時(shí)針對(duì)“污染控制工程”課程的特點(diǎn)和安排，從理論知識(shí)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、線下操作實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)四個(gè)維度出發(fā)，分別設(shè)計(jì)了“線下+理論”“線上+線下”“線上+理論”和“線上+線下+理論”四種不同的教學(xué)模式。通過調(diào)查結(jié)果分析可知，學(xué)生更愿意接受線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，表明學(xué)生認(rèn)同線上線下同步進(jìn)行的教學(xué)方式優(yōu)于單一線下操作模式。由此可見，將虛擬仿真系統(tǒng)引入“污染控制工程”課程形成多元化教學(xué)模式的應(yīng)用是加快課程改革建設(shè)、提高學(xué)習(xí)效果的有效途徑。

參考文獻(xiàn)

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Application of Virtual Simulation Experiment on Supplementary

Teaching of Pollution Control Engineering

CHAO Xiao-fang， LU Kai-xing， WANG Wei

（School of Life Science and Material Chemistry， College of Science amp; Technology Ningbo University， Cixi， Zhejiang 315300， China）

Abstract： In view of the characteristics and importance of Pollution Control Engineering course， based on the diversified teaching pattern and methods advocated by the Theory of Multiple Intelligences， this paper proposes to introduce the virtual simulation system into classroom teaching and experimental links to form a diversified teaching model. The survey result analysis shows that 83% of the students are willing to accept the online-offline teaching model， indicating that students agree that online-offline teaching mode is better than single-offline operation mode. Based on this result， this paper puts forward the necessity of introducing virtual simulation system into the course of pollution control engineering to form a diversified teaching model， and provide reference for related courses.

Key words： pollution control course; virtual simulation; diversified teaching mode; investigation and analysis