《大气污染控制工程》课程实验教学建设与创新

（南昌航空大学环境与化学工程学院 江西 330063）

引言

大气污染控制工程是环境工程本科专业的专业主干课，其实验教学是培养学生创新实践能力的重要环节。不少院校针对该项课程的实验教学开展了相应的研究，取得了一些经验。但由于做好实验教学涉及的因素很多，因此在具体实践时仍然存在许多问题值得探索研究。

南昌航空大学环境工程专业作为典型的工程教育专业，近期开展了工程教育专业认证工作并通过了认证（工程教育认证通告〔2019〕第1号，有效期开始时间2018年1月）。

结合工程教育专业认证工作，以工程教育认证的理念为导向，针对大气污染控制工程实验教学，本专业从实验内容、实验教学形式、实验考核等不同方面进行了一系列改革。在理念上坚持以学生为中心的教育理念、成果导向的教育取向、持续改进的质量文化。具体措施体现在教学方面，主要从分析社会对未来人才的素质要求出发，进行教学内容的更新和调整，对教学手段进行创新，并安排更合理的教学结构。在学生方面，首先是激发学生的学习兴趣，从而促进学生学习相关课程的理论知识、掌握实验操作技能，在此过程中提高分析复杂问题的能力和动手解决问题的能力以及创新能力，从而全面提高学生的素质，保证实验教学的质量。考核上则进行了项目和比例等的调整。

本文结合工程教育专业认证工作中对大气污染控制工程实验教学实行的一系列改革与创新，将获得的经验与体会进行总结，并对工程教育专业认证中重要理念即持续改进工作的实施提出了建设性的意见。

1.实验金项、实验内容的改革

大气污染控制工程原实验项目为：粉尘分散度测定、大气扩散参数的测定、大气污染控制系统相关参数测定，前两项为验证性实验，后一项为综合性实验。为使实践教学内容紧扣学科新发展、新动态，进行了增加和改进。增设了综合性、设计性实验项目，达到从基本技能训练过渡到实际应用；增设了前沿新技术项目。目的是做到以学生为中心，使实验教学真正成为理论与实践相结合的纽带，能够培养面向社会需求的实用创新型人才。

(1)实验内容的及时更新

随着与实验内容相关的工业技术的进步，一些实验技术已经被更新的技术取代，原有的一些实验内容对于社会需求来说已经过时，因此需要进行及时的更新。同时，鼓励学生进行创新性的实验项目，也需要对实验内容进行及时更新。实验教材作为实验教学改革的主要载体和保障措施，需要及时改编。

我们根据工程教育认证的相关理念，结合大气污染控制工程课程特点和要求，依据理论教学，对现行实验内容及时全部进行修订和整合，编制出一整套既体现基础性，又能反映大气防治新技术、新方法、新设备的实验教材。实验教材编写的宗旨是既满足基础的教学实验项目，同时满足有特长或学有余力的学生，让他们得到更多更好的训练。

例如针对“大气污染控制系统相关参数测定”实验项目，由学院出资经费，老师指导学生自制“多功能气体污染物净化实验装置”用于实验教学，该装置设计时拥有老师实用新型专利—密闭式水位控制箱（专利号：ZL992016924）和学生实用新型专利—沸腾式废气吸收塔（专利号：ZL20 1020152840.7）。新制实验设备调试成功后，对原实验项目内容全部进行及时更新。

(2)综合性、设计性实验的增设

环境工程专业培养目标为学生具备污染物的控制与治理方面的知识，具有规划、设计、施工、管理、教育和研究开发方面的能力。结合实验室新进大气实验设备，我们精心设计增开了一系列设计性实验。包括数据采集文丘里-旋风除尘组合装置粉尘去除性能测定、电除尘装置粉尘去除性能测定、袋式除尘装置粉尘去除性能测定、多功能气体吸收实验装置二氧化硫去除性能测定、双碱法脱硫实验装置性能测定、活性炭移动床吸附装置甲苯去除性能测定、有机废气吸附装置甲苯去除性能测定等共计七项新增实验项目，设计实验内容包括废气种类、吸收塔、气体流量、污染物浓度、洗涤液种类及浓度等众多参数的合理选择和有效测定，以及设备净化效果评价和设备不足之处及改进建议的综合设计性实验。所有设计性实验均经过仔细审定，经教研室、学院教学指导委员会、学校评审委员会逐级审批签署意见，最终审核通过后实施于实验教学，这样确保了综合性、设计性实验的适用性、科学性和严肃性。上述新实验项目配置的每类实验设备均为两台套，在设计实验时，让学生在任选项目进行实验设计时，可以保证学生选题分散，既考虑到学生兴趣的个性化特征，又减轻了设备台套不足的压力。

2.实验教学形式的改进

原有的实验教学形式主要是讲解、示范、验证。学生在此过程中基本处于被动接收和按步骤操作的状态，趋于机械性地观察、记录。在这种情况下，学生探究理论的主动性被抑制，实验兴趣也不高。如何激发学生的学习主动性？我们根据实验教学的需要，对不同的实验项目采用不同的教学手段。除常规讲解外，录像、多媒体系统、学校网络课堂（天空课堂）以及其他的网络手段也都被充分利用起来，以提高实验教学效果与质量。近期增加了虚拟实验平台。除正常开设的学时之外，学生可以和实验老师预约时间自己单独利用课余时间来完成实验内容。以此真正调动学生学习的热情，提高学习的主动性和积极性。

以下为实验教学中对综合性、设计性实验教学存在诸多典型问题改进内容的阐述。

(1)帮助学生明确实验设计要求及规范实验内容

学生首次设计大气实验时，因为实验室有限的大气实验设备限制了实验方法的选择，因此给予学生在设计方面的一些指导和规范，以帮助学生设计出成功的实验。因此，实验课前，首先将实验室现有主要设备列出清单发给学生，同时提出实验设计要求：①依据实验要求结合兴趣选取设计性实验项目；②观察实验装置，了解使用用途，写出实验工作原理；③依据实体绘制实验装置图（管线、阀门、控制部件、采样点、测压点等均要标明）；④工艺的选择及工艺流程说明；⑤实验装置运行，包括开车前准备、开车、运行调试；⑥实验方法确定，包括工艺参数设定、参数测定、记录表格等；⑦实验装置停车及停车后的处理；⑧实验装置处理效率评价；⑨实验装置缺陷及改进建议，实验操作存在的问题及改进；⑩便于实验的各方面建议。在明确了实验设计要求的基础上，写出详实的设计实验的操作步骤，使实验设计有序而不杂乱。

(2)学生暴露不足与教师适度引导

学生初步的实验设计会存在诸多不足，要让学生在实验设计中暴露不足，然后加以正确引导，让学生在不断完善实验设计中吸取知识、提高技能。因此在综合性实验项目“大气污染控制系统相关参数测定”授课时，即开始引入设计性实验的理念，例如在实验课上短时间内要求学生对自制实验设备绘制出“设备简图”，对装置上的冲击式除尘装置管线的连接方式及其阻力、烟气流速测定等进行引导和设计，对实验设计中存在的问题如：对设计内容无从下手，心里明白操作但不知如何用规范的语言描述，实验步骤的可操作性差等问题。这些问题的暴露，说明了学生在某些知识点的掌握上还相对薄弱。实验教师根据这些弱点逐一处理，以启发和指点的方式指导学生完善实验设计方案。

同时为了让学生有效进行设计，必须提前将实验装置清单、设计性实验项目的题目、实验设计要求下发给学生，实验设计完毕上交实验教师，由实验教师检查其方案的可行性、可操作性和完善性。

(3)实验自主性与场外指导之间关系的处理

对于设计性实验，实验教师采取以“场外指导”为主的实验指导方式。主要针对学生实验中出现的问题，指出解决问题的思路和一般方法，让学生经过自己反复实验总结规律，找出解决问题的方法。在此过程中，学生是实验教学的主体，教师的主要作用是调动学生的积极性。例如学生在选做“多功能气体吸收实验装置二氧化硫去除性能测定（填料吸收塔）”的设计性实验过程中，当填料吸收塔内的洗涤液喷淋量和气体流速参数选择不当会出现“液泛现象”，教师不是像以往那样及时制止学生操作，而是让他们按自己的步骤继续进行实验、观察、记录、分析判断和快速做出参数调整，并通过记录的数据反映出当液泛开始时，塔内压降急剧上升和脱硫效率急剧下降规律，同时正常的操作也被打破，随之还会发生“淹塔事故”，分析得到该实验装置气相量和液相量运行参数设定均不能过大，以此来加深对实验过程的理解。

3.实验技能考核的改进

考核要满足三方面的要求：真实反映学生学习水平；有利于调动学生上好实验课的自主性和积极性；保障实验教学效果。对原分项考核记分的方式结合新设实验项目进行了改进，提高了各实践环节的成绩。

(1)实验考核成绩组成及所占比例调整

工程教育专业认证工作中经过实验教学研讨，对实验成绩组成部分及所占比例进行了大的变动，调整后情况如表1。实验考核成绩比例调整后，学生加强了对实验过程各个必要环节的重视。

表1 实验考核成绩评定标准

(2)实验报告讲评

实验报告方面的撰写训练是实验教学的重要组成部分。学生在该方面的能力是从事技术工作的重要基础。在实验环节中设置了优秀实验报告自我讲评和展示环节，目的为：①让学生明确如何规范和完整地书写实验报告；②明确如何正确处理实验数据；③发现自己问题所在，并与实验教师及同学就问题做进一步交流；④利用这种新式沟通方式提高学生学习主动性。

4.实验教改的反馈和持续改进

(1)学生对教改的反馈

学生对实验教学改革、实验教学创新反应强烈，具体有如下反馈：开设的综合性实验为后续的设计性实验建立了基础；开设的设计性实验，由于需要自己进行设计，锻炼了独立思考分析能力，同时自己也很有好奇心以及成功后的喜悦感；通过设计性实验，真正懂得了实验的意义，真正学会了自己独立解决问题。

(2)实验教改的持续改进

工程教育专业认证的第三个理念即持续改进的质量文化。工程教育专业认证提出的持续改进的质量文化其中包括：建立常态性评价机制并不断改进。环境工程系通过评价机制对大气实验教学定期进行评价，通过评价的结果及学科发展规划提出将大气重大工程实践转化为实验教学内容，但部分实验中涉及危险致癌物，或者存在易燃易爆等安全隐患，考虑到学生的安全问题，学校很难开设相关实验。考虑通过现代化信息手段和云资源库建设，虚拟仿真软件则可以将这些实验进行仿真模拟，既解决了污染、安全隐患的问题，还可以使学生沉浸到实验环境中，亲自动手操作，提高学生的思维能力和动手能力，从而完善了实验教学体系，提高开设实验课程的丰富性。由学院学科建设费用支持，依托北京欧倍尔软件技术开发有限公司已开发基于三维仿真技术的大气实验虚拟仿真软件，再现实验室场景，学生可在虚拟环境中实现自主操控、按任意路径漫游、操作相关设备仪器等，给学生提供沉浸式的人机交互体验，增强了实验学习的趣味性，提高学生的学习兴趣和积极性，该虚拟仿真软件已通过验收，用于本科环境工程专业大气实验教学。

5.总结

南昌航空大学环境工程专业结合工程教育认证，对大气污染控制工程实验教学进行了一系列改革与创新。改革围绕实验内容的及时更新、综合性设计性项目的增加、实验教学形式的完善、实验技能考核的改进几个方面进行。经过几个方面的改进后取得了良好的教学效果，起到了锻炼学生实践能力、提高综合素质的目的，学校环境工程专业通过了工程教育认证。学生对教学的反馈也是正面的。并且改进还通过虚拟实验的开设等进一步的工作在持续进行中。

实验教学创新取得了一定的成效，但仍然有进一步加强或有待解决的问题。其中有待进一步完善的几个方面如下：进一步认识实验教学工作对于化工类专业的重要性，从新生入学开始就要培养重视实践的思想，以充分调动学生进行实验工作的积极性和主动性；进一步对实验人员进行相关培训，包括教学新手段培训以及行业新的实验技术的培训，以了解学科发展动向、更新知识储备，从而促进实验教学改革，提高实验教学质量；对于本专业教师在科研中和技术应用中取得的成果，要积极促进转化为实验内容，以便让学生认识到创新的重要性，激发学生的创新意识，培养学生的创新能力为培养高素质的学生创造更好的实验条件。