《工业通风》课程能力培养体系设计与实践

易灿南教授 皮子坤 张一夫副教授 彭 斌副教授

(湖南工学院 安全与环境工程学院，湖南 衡阳 421102)

0 引言

能力培养是工程教育专业认证的重要内容，明确课程能力体系、设计能力训练项目并进行实践，是促进毕业要求达成的关键途径。《工业通风》是安全工程专业核心课程，其目的是培养学生对污染物的控制能力——依据污染物产生和传播途径，提出污染物控制方案，并能够设计相应的通风系统[1-2]。关于该课程能力培养问题，刘虎华与张莉娟[3]提倡情景化教学；毕明华等[4]提出从完善教学内容、改革课堂教学方法、加强实践教学训练、完善课程考核机制方面来进行改革；曹青等[5]提出了工程认证背景下教学内容、教学方法和考核方式改革；刘雪莉[6]通过问卷调查课程改革的效果；马有营[7]提出了新型教学模式；易灿南等[1,8]提出了基于CDIO的能力培养体系，提出基于模块的能力训练体系，并且对教学内容、教学方法等方面进行了改革；林秀丽[9]和黄婷[10]提出了课程设计改革。以上研究从教学内容、教学方法、课程考核以及课程实践教学等方面进行教学改革以促进《工业通风》课程能力提升，易灿南等[1,8]提出了基于模块的能力训练体系，但能力具体如何训练，途径具体如何，并没有进一步研究，更没有提出体系化训练方法。基于此，本课题组在充分考虑《工业通风》在安全工程人才培养体系中作用的基础上，基于工程认证要求，确定课程对应毕业要求指标点，提出能力培养体系并进行实践以促进指标点的达成。

1 《工业通风》课程对应的毕业要求

为确定《工业通风》课程对应毕业要求从而确定其能力培养体系，课程组对照工程教育专业认证12条毕业要求，最终确定课程对应3个毕业要求：毕业要求3(设计/开发解决方案)、毕业要求4(研究)以及毕业要求5(使用现代工具)。为促进以上3条毕业要求的达成，在授课过程中应注重培养学生以下方面的能力：

(1)文献检索能力，能够根据既定课题，在全网进行文献检索并整理。

(2)专业能力，能够根据工业污染问题，提出合理的通风方案，进行通风系统设计，撰写设计说明书并绘制相关图纸。

2 《工业通风》课程能力培养体系设计

2.1 文献检索能力培养

工业通风来源于工业生产实践，其研究对象是工业生产中的空气污染问题。空气污染包括粉尘、有害气体或蒸汽、余热及余湿，涉及行业包括矿山、建筑、化工、机械、轻工、电力等，涉及工艺包括机械粉碎和固体研磨，粉状物料混合、筛分、包装和运输，物质燃烧，蒸汽氧化和凝结，电镀，喷漆等等[11]。空气污染控制是改善大气环境的关键问题，现有研究关注通风方案设计，具体生产过程通风系统设计如全面通风、自然通风和局部通风，局部排风罩设计与改造以及新型净化装置研究与设计等方面。这些研究或实践成果为学生文献检索能力训练提供了便利，可根据授课进度适当设计文献检索能力训练项目，以小组或者个人为单位通过知网、百度、论坛以及公司网站检索与课题相关资料，对其进行加工和整理，从而实现文献检索能力训练。

2.2 专业能力培养

根据《工业通风》专业能力要求，将其划分为通风系统设计能力和图纸绘制能力2部分，以更好的进行针对性训练。

2.2.1 通风系统设计能力培养

通风系统设计能力具体包括方案确定、全面通风系统设计、自然通风系统设计、局部送风系统设计以及局部排风系统设计能力，其中局部排风系统是工业生产中污染控制效果最好的方案，与其他通风系统而言，该系统相对更复杂，而且若全面掌握该系统设计相关技术要点，学生通过自学就能较容易的掌握其他通风系统设计方法。另外，在国内大部分高校专业课时调整为32h的背景下，要对各个系统进行全面详细讲解变得尤为困难，同时也不利于学生自学能力的提升。因此，通风系统设计能力培养可主要通过局部排风系统设计能力来实现，如图1。

图1 局部排风系统设计能力Fig.1 Design ability for local exhaust system

局部排风系统中：由于污染源扩散特征以及工艺要求不同，局部排风罩种类繁多，如密闭罩、柜式排风罩、外部吸气罩、接受罩、槽边排风罩、吹吸式排风罩等；由于污染物特性的不同，如粉尘的粘附性、爆炸性、荷电性以及润湿性等，以及粉尘的粒径和分散度不同，净化装置的净化机理不同，从而存在不同类型的净化装置，如重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、静电除尘器、过滤式除尘器、吸收装置、吸附装置等[11]。因此，学生应该具备明确各种装置的原理并且能够进行合理选型并进行设计的能力：能力2局部排风罩设计能力和能力3净化装置设计能力则成为局部排风系统设计能力的重心，教学过程中应仔细剖析每种局部排风罩和净化装置的工作原理、适用对象和设计要点，以进行针对性训练；能力4管网设计能力应该贯穿于课堂教学整个过程，将管网设计需要注意的问题融入实例设计进行讲解说明；能力5水力计算能力宜通过课后习题强化训练；能力1系统确定能力以及能力6风机选定能力则通过课堂讲解以及实例分析即可实现。

2.2.2 通风图纸绘制能力培养

在开设《工业通风》课程之前，学生基本无通风系统相关绘图训练，因此可随教学进度设计绘图能力训练题目：难度由易到难，视觉效果由直观至需要结合相关专业知识想象并补全，图形由三视图到“系统图+三视图”，可设计三级绘图训练体系，如图2。

图2 《工业通风》三级绘图训练体系Fig.2 The three-level drawing-training system for Industrial Ventilation

3 《工业通风》课程能力训练实践

2020年上半年，新冠疫情给教学工作带来了很大困难，无法开展线下教学。课程组在中国大学MOOC、智慧树、学堂在线等各大平台上寻找通风工程相关课程资源，发现现有资源主要集中为矿井通风，而矿井通风与工业通风有较大差异[12]，不适合用于初学者学习工业通风。在线资源的缺失给教学带来了很大困难，课程组最终决定通过网络平台(腾讯课堂、雨课堂等)进行直播教学。课程组基于前期教学改革经验进一步完善和优化工业通风能力训练项目，并在2018级安全工程4班中实施。

3.1 文献检索能力训练

基于课时限制，以及局部排风系统中排风罩和净化装置的复杂性和重要性，主要设计以下2类课题：密闭罩、柜式排风罩、吹吸罩、槽边排风罩在工业生产中的使用；重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器、袋式除尘器、湿法除尘器、吸收装置、吸附装置在工业生产中的使用。教师根据授课进度，每次派发1-2个课题，由小组成员通过文献检索来完成，然后在腾讯课堂进行汇报。通过此训练，同学们学会了文献检索的方法，进行文献阅读、分析和整理，并且学习了文献的引用方法。

3.2 专业能力训练

3.2.1 通风系统设计能力训练

图1所示局部排风系统设计能力体系中，能力3和能力4由于所涉及排风罩和净化装置种类繁多，需要设计专项能力训练项目，即从工业生产中提取大量污染发生源素材，要学生针对污染源特征选择合适排风罩和净化装置并且进行设计。经过多年的教学改革实践，逐渐累积了18个“排风罩能力训练项目”以及22个“净化装置能力训练项目”。这40个能力训练题目均在该部分知识理论授课之后发布，由小组自愿领取课题的方式进行能力训练，学生需要分析讨论污染源特征，确定合适的排风罩和净化装置，并且说明选择依据(在腾讯课堂进行小组汇报)；排风罩和净化装置设计计算部分则结合课后习题进行(发布于雨课堂)。

为促进学生对局部排风系统的了解，设计“某企业车间污染物控制课题”，从而实现对图1中6个能力的逐个训练，设计题目，见下表。在相应理论知识点讲授完毕后，在直播课堂中对照所设计要点进行相关训练。

表 局部排风系统能力训练课题Tab. Ability-promoting subject for local exhaust system

图3 车间平面布局Fig.3 The workshop layout

3.2.2 绘图能力训练

本学期教学进度为4学时/周，在8周内完成理论课教学，设计了3套绘图训练题目，发布于雨课堂测试。基于2.2.1部分考虑，此次训练主要针对局部排风系统。

(1)绘图训练1：某具体排风系统管网三视图绘制。通过百度，获得某室内局部排风系统三维系统图，要求学生依据工程制图标准绘制三视图，重点强调相关设备尺寸在不同视图上的一致性。此任务在局部排风罩授课内容基本完成时下达，此时学生对局部排风系统组成有了一个基本认识，对局部排风罩也有了系统的学习，能够充分理解各部件的作用。

(2)绘图训练2：某企业排风系统实拍图片三视图绘制。通过百度获得企业局部排风系统照片，要求同学们观察照片，根据暖通空调绘图标准绘图。此任务在净化装置知识部分讲解完成后下达任务，此时学生对净化装置也有了进一步的认识，在设备与管道连接上有了较多的认识，虽然绘图难度增大，但是图纸绘制质量比绘图训练1时明显提升。

(3)绘图训练3：某企业排风系统实拍图片系统图和三视图绘制。此部分图片一般只包括室内通风管网布置，要求同学们根据所学知识补全通风管网，并且绘制相关图纸。此任务难度进一步增大，需要同学们对整个局部排风系统有较为全面和深入的认识，此绘图训练在局部排风系统设计理论知识讲解全部完成后下达，即图1中能力6完成后进行。

3.3 能力训练考核方案

能力训练项目一般重视过程考核，在课程组之前设计的模块式能力训练体系中，该部分考核比重达50%[8]。经过课程组讨论，此次能力训练项目所占比重仍定为50%，其中文献检索能力、通风系统设计能力和绘图能力考核各占10%、30%和10%。

(1)文献检索能力考核，从文献检索数量、数据库来源、文献阅读与整理、文献引用、文献格式、课题汇报材料质量和汇报质量等方面来综合判定。

(2)通风系统设计能力考核，从分析、结论、汇报材料质量以及汇报质量等方面来综合判定。

(3)绘图能力考核，从图纸正确度、规范度等方面来综合判定。

4 能力培养项目实施满意度调查

理论课程通过直播教学完成，由于学校规定理论课程考试在下学期初学生回校后再进行，所以制定调查问卷调查该班对能力训练项目实施的满意度，33人参与调查，男性和女性分别为20人和13人。调查结论如下：

(1)教学内容安排和能力项目设计方面。90.91%的同学对教学内容安排满意，84.85%的同学们认为课程内容丰富信息量大且课程内容理论联系实际，案例生动；84.84%的同学满意小组汇报设计题目，87.88%的同学认为课后作业和绘图训练作业合理，90.91%的同学认为通过小组汇报、课后作业和绘图训练，自己的通风系统设计能力得到了提升。84.85%的同学认为通过能力训练项目，阅读课外专业书籍和文献方面的能力得到了提升。

(2)教师课堂组织方面。93.94%的同学们觉得老师上课很投入、充满激情和活力，96.97%的同学觉得老师的课件和上课讲述准备很充分、满意老师的专业技术水平并且授课语言生动、清晰，讲课条理清楚。87.88%的同学们觉得教师深入浅出、旁征博引、通俗易懂，并且能够激发学生认真思考，引导学生围绕议题展开课堂讨论。

(3)直播教学效果。81.81%的同学满意直播教学效果，但是也有同学反应直播教学比不上课堂教学，线上教学相比于线下教学效率要低，希望能够开学后进行线下教学；也有同学反应希望加强实践训练。

5 结论

(1)对标安全工程专业工程教育专业认证要求，确定《工业通风》课程对应毕业要求指标点，从而确定该课程能力培养体系——文献检索能力培养和专业能力培养(通风系统设计能力和绘图能力)，并且提出了具体的培养方案，为全面提升安全工程专业学生通风系统设计能力奠定了基础，也为安全工程其他专业课程甚至其他工科专业课程能力提升训练设计提供了借鉴。

(2)教学改革实践表明，学生对该课程能力训练体系实施满意度较高，但由于开展方式为线上教学，与传统线下教学相比，教学过程呈现以及教学互动等方面存在不足，影响了教学效果。在下一轮课堂教学中，课程组将进一步完善和优化该体系，全面提升学生相关能力水平。