关于优化大气污染与控制实验教学模式的探讨

董堃 朱宗强 李海翔 李艳红 梁延鹏

摘要大气污染与控制实验是环境工程专业的主干课程。本文对这门课程的现状和存在问题进行了分析，提出了改进实验装置，调整实验教学内容，改进实验方法，优化实验教学模式的教学改革方法。对培养大气污染与控制工程领域高素质创新型人才具有指导作用，通过对大气污染与控制实验教学模式的探讨和优化，探索改革路线，提高学生的综合素质，实现充分共享实验教学资源，提高了学生的学习积极性，培养了学生的实践能力和创新能力，从而真正提升教学内涵与层次，为创新人才培养提供有力的支撑。

关键词 大气污染 实验课程建设 优化教学模式

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.17.039

Thoughts on the Construction of Experimental Teaching of Air Pollution Control Engineering in Colleges

DONG Kun[1]， ZHU Zongqiang[1][2]， LI Haixiang[1][2]， LI Yanhong[1][2]， Liang Yanpeng[1][2]

（[1]CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering，GuilinUniversityofTechnology，Guilin，Guangxi541006；

[2]Guangxi Key Laboratory of Environmental Control Theory and Technology， Guilin， Guangxi 541006）

AbstractThe Air Pollution Control Engineering experiment course is a compulsory experimental course for environmental engineering majors. This article analyzes the status and existing problems of the experimental class on the course. As an importantexperimentalcourse，itneedstobeimprovedandconstructedfromtheaspectsofenrichingandadjustingexperimental teaching content， optimizing experimental teaching mode， improving experimental equipment and reforming experimental courses.It’sveryimportantforcultivatinghigh-qualityinnovativetalentsinthefieldoftheairpollutionandcontrolengineering. ThroughthediscussionandoptimizationoftheexperimentalteachingmodeoftheAirPollutionControlEngineeringexperiment course，thereformrouteisexplored，thecomprehensivequalityofstudentsisimproved，theexperimentalteachingresourcesare fullyshared，thelearningenthusiasmofstudentsisimproved，thepracticalabilityandinnovationabilityofstudentsarecultivated， soasto truly enhancetheteachingconnotationand level， and providestrongsupportforthecultivationofinnovativetalents.

Keywordsair pollution； experiment course construction； optimizing teaching mode

隨着社会的发展和城市化进程的不断加快，全球化的环境问题日趋严重，而其中大气污染的问题不可忽视。[1]近些年来我国很多地区也出现了大规模雾霾天气、机动车尾气污染及燃煤污染等问题，这类问题已经由局部或区域性的污染扩展到全球性的大气污染防治问题，因此如何有效的控制治理大气污染、打好大气污染防治攻坚战成为当今国家的重大需要和国际上共同关注的关键点。

桂林理工大学“大气污染与控制工程”课程依托教育部“卓越工程师教育培养计划”专业环境工程专业，属于主干学位课程。作为配套实验教学，背靠自治区重点实验室（广西环境污染控制理论与技术实验室），“大气污染与控制工程”实验教学应当密切联系实际，紧跟当前国内外大气污染形势以及建设高水平一流学科的要求，创新教学理念，优化教学方法，丰富实践内容，并在实验课程教学设置，提高学生实践能力和科研能力等方面对课程加以完善和改革。本文结合高校“大气污染与控制工程”实验课程教学中存在的一些问题，并根据笔者在桂林理工大学实验室的工作经历，提出几点建议。

1实验课程中存在的问题

1.1过于侧重理论教学体系，缺乏实践教学

近些年来，我校大气污染与控制工程理论课程注重学生对大气理论知识的掌握，并且偏重理论知识的概念及定义特性，对相关的大气污染处理工艺流程、操作规范等实际问题传授较少，[2]只能通过对大气污染物成分组成、浓度等计算来巩固所学知识，并且课程设计大多以理论计算为主，学生在进行课程设计时，缺乏联系实际的经验，更多的是参考案例进行模仿，机械式的套用案例参考的公式、方法，重理论轻实践，实验内容相对简单。例如旋风除尘器性能的测定和烟气脱硫实验，这两个实验都是通过了解实验对象的结构和使用机理，找到其处理大气污染物的最佳效率。其不足之处在于：上述实验仍属于基础的验证性实验，内容无法与时俱进，不能真正与废气的实际处理工艺联系起来；且创新性实验较少，学生的积极性和主观能动性得不到充分发挥。大气污染与控制工程是一门发展迅速的学科，上述单一缺乏创新性的实验课程及传授内容已经无法满足拓宽学生视野，传授本学科发展最前瞻信息的要求，更无法满足新形势下社会对实践创新性人才的需求。

1.2仪器配套及实验时间不足，难以激发学生的求知欲

大气污染与控制工程实验课程所需要的仪器设备特点是花费较高且占地面积大，因此无法大批量采购，加之其与普通的环境工程基础性实验（例如水分析化学实验，水处理微生物实验）有着一定的区别，大气污染控制工程实验更注重对学生实践能力的培养，侧重考查学生将理论融会贯通到实践的能力。而由于受到仪器配套不足的限制，特别是旋风除尘器和烟气脱硫装置运行多年后，设备老化问题凸显且故障频发，加之受到大型仪器数量的限制，需要将学生分成几个大组进行实践教学，每个学生在课程当中实际参与实验时间仍然偏少，使得教学效率偏低，理论和实践无法高效的结合起来，最终流于形式，难以激发学生对“大气污染与控制工程”实验课程学习的求知欲，不利于课程的顺利开展。

1.3教学方法、实验内容单一，实验报告不规范

大气污染与控制工程实验课程所涵盖的内容非常丰富，该课程的实验教学模式主要以实验室实验教师通过现有仪器对学生进行传授讲解，学生在教师的指导下根据实验書进行实验操作，了解实验仪器设备的性能和使用方法，最终形成完整的实验报告。然而由于这些大多数实验学生在实验前已经可以知道结果，在课堂上只需要按照老师的要求“照葫芦画瓢”即可，导致学生被动参与实验，实验报告存在抄袭授课PPT、抄袭其他同学的作业的现象，上交的实验报告雷同现象较为严重，且课后题和讨论部分缺乏学生独立的思考，多数是借助网络得到的答案，这也导致实验老师在判定成绩时很难考察学生的实践能力、独立思考能力以提出问题、分析问题和解决问题的能力，最后导致学生参与实验课程的积极性降低，特别是该门课程主要是面向大三大四的高年级学生参与，如果对于该门课程的要求教学要求松懈，将会无法对这些高年级学生即将到来的课程设计和专业实习产生实质性的帮助。

1.4教学模式偏重实际分析与监测，实验内容对环境造成一定的污染

大气污染控制工程课程实验室拥有烟气脱硫装置，实验教学包括2个实验，分别为大气环境中SO2浓度监测和SO2的检验分析，该实验主要通过具有还原性的SO2气体与酸性高锰酸钾溶液反应使其褪色确定SO2的浓度。由于SO2是一种具有刺激性气味的有毒气体，故在实验课堂演示时极易造成SO2的扩散，对实验教室的课堂造成污染，严重威胁师生的健康；同时由于该门课学时较少，实验课过程的某些实验由教师进行操作，学生没有进行完整的实验操作流程，无法理解某些步骤的原理及方法。

2实验课程改革建议

2.1充实和调整实验教学内容，优化实验教学模式

近些年来，桂林理工大学秉承建设一流本科教育、全面提高实践教学水平和提高学生实践能力、综合素质的理念，结合当今世界范围内大气污染的现状及大气污染的新理念和新工艺，对“大气污染与控制工程”实验课程体系进行了优化，根据实际情况调整了教学内容，学院增设了大气环境中TSP、SO2和NOx浓度监测，室内空气污染检测等实验课程，与原来的开设的实验课程形成了互补，使理论课程得到了延续和提升，能够更好的帮助学生查缺补漏，掌握专业知识。

目前学校的实验教学主要以基础实验为主，为了提高学生的科研实践能力和培养学生的动手能力，达到优化实验教学模式的目的，可以让学生在实验课程当中按3-4人分成一个小组，让学生记下所有测试过程及实验数据，并对关键步骤及实验现象进行拍照记录，对于实验中出现的问题，应当先让学生进行独立思考，并形成书面记录反馈给老师，老师在传授过程中逐步引导学生找到解决问题的方法并就出现的问题针对性的进行讲解；同时在课下可以积极鼓励学生以帮助老师所带的研究生的形式参加老师的科研项目课题，不仅加深对实验的理解，还能提高学生的动手能力和专业水平。[3]

2.2改进实验设备装置，增加实验室大气教学仪器

为了解决实验仪器设备匮乏，桂林理工大学环境科学与工程学院广西环境污染控制理论与技术实验室通过中央与地方合作，依托桂林理工大学、广西师范大学、中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，筹建经费2000余万，用于购置更新实验室设备，使实验室实验仪器更加丰富，实验室的功能性更强。一方面，实验室对原有大气实验课仪器进行设备配套的增加，让学生有更多的机会接触仪器设备，激发学生的学习兴趣，例如增加购置了LH-150型智能中流量空气悬浮颗粒物采样器、XWC-3型微机大气含尘浓度测定仪及TH-880IV型微电脑烟尘平行采样仪等仪器。另一方面，学校引入了“有机废气催化净化半实物实验装置”虚拟仿真软件辅助传统实验课程进行教学，以学生操作为主体，教师指导为辅，将教学、企业的需求直接转化成授课实验内容的设置安排，体现了岗位职业化需求。[4]这些举措为大气实验室的进一步建设和发展奠定了基础，同时也在一定程度上提高了大气实验教学的效率，得到了事半功倍的效果。

2.3改进实验方法，改革实验教学

通过实验课程的教学，使学生的动手能力和科研素质得到提高，是提升实验教学课堂质量的目标之一。为了使教师在课堂上的教学效果更好，我们改进了教学方法，通过推动学生参与大气实验完整的实验过程中，每次实验课前安排学生在教师的指导下进行仪器使用前调试等操作，并安排各组同学进行耗材准备、熟悉上机操作等步骤。同时为了增加学生操作仪器设备的时间，教师结合当前大气污染的现状和学生所学的基本大气实验技能，设置难度适中的实验项目，分为2-3人一组，在桂林理工大学内开展大气污染与控制实验检测项目，例如在校内根据各污染源的分布情况和结合校园各环境功能区的要求设置采样点，并在不同时间对不同污染源所排放的大气污染物进行监测和分析。

实验教学结束后，需要对学生进行实验考核，由于实验报告多数学生采用“照葫芦画瓢”的形式导致学生的实验报告内容基本都一致，故在设置实验报告和实验结果处理要求时应调整实验课成绩的分配，可以分为三部分，第一部分为教师在课上对学生的实验操作及参与现场回答关于实验问题的质量、动手实践能力、解决问题的能力打分；第二部分则是学生的实验报告完整程度及课后自主思考的题目的回答情况；第三部分则是为了培养学生的创新及自主探索的精神，设置一个课后拓展题，学生可开放式作答，例如给定每个学生不同的大气污染源浓度现状，让学生设计一个大气污染治理方案，三个部分可按7：2：1进行最后实验成绩的评定。

同时我们还可以通过多样化的教学手段对实验进行讲解，充分利用丰富的网络资源，在空间上打破教与学的束缚，例如在新冠病毒疫情期间无法进行线下教学，可以通过MOOC慕课、蓝墨云、雨课堂等线上教学平台与教学资源相结合，开设网络课堂。通过网络的形式传授实验基本操作的知识点，发布与大气实验相关的资源（例如课件、视频、作业等），并通过在线答疑的形式调动学生的积极性，帮助学生进一步巩固实验要领，提高了学生的学习效率。

2.4优化实验课程，开设虚拟仿真实践教学

大气污染控制工程课程实验具有很强的工程性，實验原理和设备操作复杂，实验过程时间较长，故可以对实验课课时进行优化，例如大气环境中SO2浓度监测和SO2的检验分析可以分为两门单独的课程，独立成课，确保每位学生在实验过程中有充足的时间进行实验操作，实验过程学生能够在独立认真思考的基础上加深对相关实验课程的理解，从而具备一定的实验技能基础；针对某些实验易对环境造成污染的问题，可以优化实验教学资源的配置，开设具有工程化、信息化和数字化的大气污染控制工程及工程处理虚拟仿真课程，在减少环境污染的基础上，培养学生的环保意识和实验动手能力，提高学生的综合素质。

3结束语

不断充实和调整实验教学内容，优化实验教学模式，使实验教学真正成为理论教学的延伸和拓展，是成为学生提高实践能力、掌握必要实验技能的重要途径，更是高校大气污染与控制工程实验教学的重要目的。一方面，通过改进实验设备，购置仪器、开展仿真教学等的方式，进一步建设和发展大气实验室，与科研紧密结合，不断提高教学效率。另一方面，通过改进教学方法，改革实验课程的方式，采用多元化的教学模式激发培养学生的学习兴趣。总之，我们还需要继续探索“大气污染与控制工程”实验课程的改革，在当前新工程改革、工程教育认证的背景下，探索改革路线，提高学生的综合素质，培养既有理论水平又有实践能力的高素质复合型人才，为祖国的伟大复兴做出贡献。

基金项目：1.广西高等教育本科教学改革工程项目“新工科背景下的地方高校环境类专业改造升级路径探索与实践”（2018JGZ120）；2.广西高等教育本科教学改革工程项目“地方高校给排水科学与工程专业拔尖创新人才选拔与评价机制构建与实践”（2018JGB199）；3.广西高等教育本科教学改革工程项目基于OBE理念的地方高校环境学科工程实训教学模式信息化改革与实践（2018JGB209）；4.教育部高等学校给排水科学与工程专业教学指导分委员会教学改革项目“新工科背景下地方高校给排水科学与工程专业人才多维协同培养模式探索与构建”（GPSJZW2019-13）；5.2021年广西壮族自治区教育厅“‘两性一度’视域下环境类专业虚拟仿真实验教学模式改革与实践”（项目编号2021JGA194）

参考文献

[1]潘奕雯，郑丽娜，姜慧，等.“生态文明”理念融入课程思政的教育教学探索——以大气环境专题为例[J].当代教育实践与教学研究， 2019（24）：142-143+147.

[2]王琛，史永纯，邵成.“大气污染控制实验”课程教学模式的创新与实践[J].黑龙江生态工程职业学院学报，2017，30（03）：110-111.

[3]魏建文，陈斯琪，耿琳琳，等.卓越工程师计划背景下的大气污染控制工程课程教学改革探索[J].教育教学论坛，2018（25）：89-90.

[4]张庆，朱宗强，梁美娜，等.关于仪器分析实验教学中若干问题的建议[J].教育教学论坛，2017（50）：276-277.