信息化技术在大气污染治理技术实践教学中的应用①

张栖

[摘           要]  介紹基于信息化技术的实践教学改革，利用“仿真模拟+设备半实物的垃圾焚烧烟气净化仿真工厂”，构建了“理—虚—实”一体化的教学模式。以学生为中心，以真实岗位工作任务设置教学内容，教学环境设置在校企合作开发共建的“仿真工厂”中，营造良好的职业环境，完成教学目标，增强学生的实践体验。

[关    键   词]  信息化;实践教学;大气污染治理技术;高职

[中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                    [文章编号]  2096-0603（2019）14-0312-02

大气污染治理技术是高职环境工程技术专业的核心课，主要任务是培养学生掌握典型的大气污染治理技术，提升解决大气污染治理工程实际问题的能力。课程是由理论和实践教学两部分构成的，其中实践教学旨在提升学生的实践技能，是不可或缺的一环节。然而实践条件有限、课时不足、大气污染物有毒有害导致实训过程危害大等，造成传统的大气污染治理技术课程实践环节教学效果不理想，与用人单位需求的职业技能存在较大差距等。随着《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》的颁布实施，信息化教学资源已成为现代教育的重要组成部分，是破解教育难题的突破口[1]。

一、传统实践教学问题分析

近年来，随着环保行业的持续发展，相应的人才需求也日益增加，企业对人才的需求也日益迫切，而学校提供的毕业生由于实践经验缺乏，满足不了企业的需求，原因主要有以下几方面：（1）大气污染治理技术理论抽象，学生理解困难：大气运动抽象，不可见，污染治理理论较为抽象、生涩，学生学习困难;（2）实践教学项目与社会需求脱节，难以建立有效的“理论—实践—应用”反馈机制[2-3];（3）实训设备封闭，内部结构不可见：由于大气的扩散性，治理设施、设备均是封闭的，学生缺乏对内部结构认知;（4）大气污染物有毒有害，实践实训困难：大气污染治理，实训废气有毒有害，危险性高、管理难度大，实训困难;（5）实践设备少或无设备，学生人数多，实践难：大气治理设施，价格昂贵、学校现有的实训设备少、学生大多数情况下只能看教师演示，实际动手操作难，实训效果不佳。

二、仿真模拟+设备半实物实验平台的构建

为克服传统大气污染治理实践教学危险性大、学生参与度低、实验成本高等诸多限制，我们采用虚实结合的实践设备，结合大气污染治理技术典型行业岗位需求，根据真实烟气治理工艺校企合作共同搭建“仿真模拟+设备半实物的垃圾焚烧烟气净化仿真工厂”，如下图所示。

“仿真模拟+设备半实物”的垃圾焚烧烟气净化仿真工厂，由两大组成部分构成，分别是“仿真装置”和“模拟软件”。仿真装置，以真实工厂设备为原型，按比例缩小，设备包括静设备、动设备、各种阀门、相关仪表及控制阀门等，设备内部结构简化，设有可视窗口，设备位置按烟气治理工艺流程进行设计布局，阀门及开关可操作;模拟软件，采用过程动态模拟仿真技术，将设备工作原理算法化，根据工艺流程结构等原理搭建数学模型。将前台的用户操作指令传送到后台的数学模型中，经数学模型的运算实时表征出各个工艺数据的真实值，借此反馈出每一个操作条件变化与工艺现象之间的关系，真正模拟出复杂环境下的实时参数变化。

建立工厂实物仿真原型，配合测控通讯系统，实现与仿真软件的联动，再现真实工厂的生产过程，通过单机至网络实现跨平台的联系，实现了模型算法与装置模型的交互模式，并配以辅助教学和培训管理系统，呈现出更为立体生动的虚拟仿真教学。

三、基于虚拟仿真的实践教学设计

在实践教学中，我们采取以学生为中心，借助网络课程平台资源、仿真模拟+设备半实物的实践设施，构建了“理—虚—实”一体化的教学模式。

以“垃圾焚烧烟气净化系统的运行与维护”为主线，以“懂原理、会操作、职业化”作为本次教学任务的教学目标，教学重点是能完成烟气净化系统的运行，难点则是会维护。按照职业岗位工作过程及学生学习认知规律，设定“学原理—定方案—能运行—会维护”的进阶教学过程，使学生一步步达到运行、会维护烟气净化系统的教学目标。教学实施分为课前探索—课中实操—课后提升三过程。

课前，认识烟气治理工艺流程及净化环节，教师开发相应课程资源，在网络课程平台上发布“烟气治理工艺系统介绍”微课视频及案例视频。学生在线学习课程网站上发布的烟气净化的原理，完成在线测试。教师利用课程平台上的学习轨迹系统监控学生的学习情况，学生完成测试后，对学生测评结果进行统计、整理，找出学生自学中存在的问题，及时调整教学内容。学生完成在线学习后，小组合作探究，用思维导图软件制定烟气净化系统的运行操作步骤，并上传至课程平台，师生相互评价，教师根据学生课前任务完成情况，评估学生自学结果，及时调整教学内容。

课堂上，教师首先根据学生课前任务完成情况，对学生掌握不充分的知识点进行答疑解惑，再通过工程案例视频导入本次教学任务，发布本次课堂实践教学任务及目标。学生开展“头脑风暴”，优化完善烟气净化系统的运行方案，进入实操环节，学生在“仿真模拟+设备半实物的仿真工厂”中，扮演不同的烟气净化系统管理员岗位角色，利用模拟软件和半实物仿真工厂，虚实联动，分工协作，虚实联动操作，按照完善后的烟气净化系统运行方案，利用对讲机实现“中控系统”和“设备现场”的联合操作，完成烟气净化系统的运行与维护。

在学生熟悉了烟气净化系統及运行方式的基础上，通过设置烟气净化系统的运行故障，启发学生排除故障，利用仿真模拟软件测试故障排除方案是否可行，探索故障的最优解决方案。

课后，学生在网络课程平台上学习相关拓展资源，并与校企合作企业工程师连线交流、模拟验证，团队合作梳理完成烟气净化系统的运行维护方案。

四、优化实践教学方法

在应用信息化技术进行大气污染课程实践教学的改革过程中，主要采取以下教学方法：任务驱动法、启发引导法、小组合作探究等方法。

（一）任务驱动法

以烟气净化设施管理员岗位真实工作任务为驱动，在“烟气治理仿真实训工厂”中，学生进行角色扮演、引导学生自主探究、团队合作，完成烟气净化系统运行管理员岗位职责——烟气净化系统的运行及常见故障的排除。

（二）启发引导法

教学过程中，采取以学生为中心，教师为辅的方式，课前自主探索、课中团队合作、课后验证提升全过程学生学生主动探索，教师从旁指正、引导，化学生被动灌输为主动探索。

（三）小组合作探究

学生在实践教学学习过程中，采用小组教学的形式，通过小组讨论，进行头脑风暴，制订实践任务实施方案、完成实践任务，自主探索，寻求解决问题的处理方法。

五、考核方式设计

为了提升学生的实践能力，并体现对大气污染知识的应用性考核，大气污染治理技术课程实践教学考核采取“过程性评价+结果评价”二维+“师—生—企业”三元相结合的方式。

过程性评价，借助“班级优化大师—教学助教”系统，利用智能化的过程评价系统，可分别对学生的考勤、学习时长、课堂表现、团队合作、学习结果等进行测评。

结果评价，在实践任务完成后，采取“模拟软件测试结果+教师评价+企业工程师评价”相结合的方式考核。模拟软件测试结果，利用实践平台上的“烟气净化系统仿真模拟软件”，可对学生的实操步骤、操作结果进行实时评价，并根据烟气净化系统的运行和故障排除完成效果进行实时评分，再根据排放浓度显示进行评判;教师评价，教师根据教学任务要求，对学生的烟气净化系统的运行及维护结果、运行维护管理文件等进行评判;企业工程师评价，根据企业实际需求及学生作品的可行性对学生的阶段性实践任务结果进行评分。

六、结论

利用信息化技术，克服了传统教学的桎梏，实现了大气污染治理技术实践教学的改革，实践教学结果显示，采取以学生为中心的高职教育理念，借助信息化手段，提升学生的学习兴趣，化被动灌输为主动探索;以真实岗位工作任务设置教学内容，培养学生的职业素养，提升实践技能;教学环境设置在校企合作开发共建的“仿真工厂”中，营造良好的职业环境，完成教学目标，增强学生的实践体验，教学效果得到了极大的提升。

参考文献：

[1]高铁刚，薛峰.信息化教学资源供给服务体系建设研究[J].现代教育技术，2015，25（8）：26-32.

[2]张珂.基于OBE模式的环境工程虚拟仿真实验中心建设探索[J].实验技术与管理，2019，36（1）.

[3]莫灼均.环境工程专业的实践教学改革探讨[J].实践实验教学，2010（15）.

编辑 陈鲜艳