《大氣污染控制工程》教學改革舉措探索與思考*

陳進富，孔繁鑫，郭春梅，陳春茂，王赫名

(中國石油大學(北京)化學工程與環境學院，北京 102200)

《大氣污染控制工程》作為本科環境工程專業的核心課程，近年來旨在提高教學質量的教學改革已受到同行們的關注[1-5]。劉忻等[1]等圍繞課程預期學習目標導向，提出了注重課程間的協調、突出學生的學習主體、改進教學方法和構建更合理評價體系的教改思路。廉今蘭等[2]從實驗教學、實習教學、課程設計等方面總結了課程實踐教學改革的做法。單鳳君等[3]在整合與優化教學內容的基礎上，采用互動式、互換式和案例討論式課堂教學方法，進行了課內實驗、課程設計、分組報告和閉卷考試等改革實踐。蔡煒[4]分析了實踐教學中存在的問題，提出了創新實踐教學方法、優化實踐課時設置、完善實踐教學考核體系等改革內容。劉楠等[5]據教學中存在的教學學時短、學生接觸專業知識晚，教學方法單一，理論與實踐教學脫節，教材內容更新慢等問題，提出了優化基礎課設置、更新教學方法與手段、理論實踐緊密結合、基于教材而高于教材等教學改革思路。

同行們從教學內容、教學方法和手段、理論與實踐結合、強化實踐教學、考核與教學評價等多方面闡述了各自的教學改革實踐及其效果，值得借鑒與學習。本文結合作者多年的《大氣污染控制工程》教學實踐，對該課程教學改革的一些舉措進行探討，以期對進一步提高教學質量有所幫助。

1 教材內容構架與授課內容

提高教學質量的關鍵之一是教材。《大氣污染控制工程》教材除了具有清晰的知識結構體系外，還應在主流控制技術、熱點的大氣污染控制方法、工程思維強化等知識和能力培養方面有較好體現；更重要的還應滿足可能具有知識體系欠缺的學生自學需要；避免過多的過時、甚至是落后內容的呈現。由于教材的更新速度慢，顯然滿足上述要求的教材是難見的。國內本科《大氣污染控制工程》課主流教材見表1所示。從表1可見，主流教材的主要內容、知識結構體系近似或相差不大，但個別教材的內容編排脈絡不同。

表1 國內《大氣污染控制工程》課主流教材

表1教材內容一般適于80～100個學時[6-7]和56～80學時[8-9]使用，對于教學時數為40～48學時的課程，必須結合課程體系進行內容取舍。盡管主流教材已在再版時進行了部分內容更新，但熱點問題、新方法與新技術，以及結合行業特點的側重內容等，仍需由授課老師適當增補。基于教材但又高于教材的授課內容是作者在授課時考慮的基點。基于教材[6]的主要授課內容(48學時)為：燃料與大氣污染(重點燃料燃燒煙氣組成計算)；大氣污染氣象學及污染物擴散濃度估算(重點大氣穩定度等概念、煙氣抬升高度計算、擴散參數和高斯模式應用)；顆粒污染物控制(重點顆粒粒度分布、分級效率、重力除塵、離心除塵、靜電除塵等原理及除塵裝置)；氣態污染物控制技術原理(重點吸附過程傳質區基本概念及相關計算，催化轉化過程的內外擴散過程、效率因子、本征反應動力學等)；典型氣態污染物控制技術(燃料中硫的燃前、燃中、燃后控制技術，煤、石油、天然氣清潔利用的硫化氫分離與利用技術，氮氧化物的燃燒控制技術原理及脫硝工藝技術，VOCs的控制技術原理與工藝，煉廠催化裂化煙氣脫硫脫硝工藝等)。

2 教學難點及其措施

《大氣污染控制工程》是一門綜合性的課程，要求學生具備比較豐富的知識結構，除了基本的物理、化學、數學知識外，主要還涉及“三傳”或“三傳一反”的知識，需要學生具有《化工原理》、《化學反應工程》、《傳遞工程原理》等相關課程的學習背景。然而，多數環境工程專業的教學計劃中，上述課程均為選修或課時數偏少，甚至不少學生是缺乏上述課程的知識體系的，這增加了本課程教學的難度，也是教學難點所在。我校環境工程專業培養計劃中《化工原理》課程計96學時，其中流體流動和流體機械、傳熱、精餾、吸收、萃取、固體流態化等方面是學習的重點，這為大氣污染課程的學習奠定了良好基礎，其中的傳質基本理論對大氣污染控制課程中的吸收、吸附和氣固催化治理技術原理的理解亦大有裨益，授課過程中也采用對比教學方式讓學生加深這三個重要過程的傳質過程理解，但有關催化反應機理與反應動力學知識較欠缺，加大了對氣固催化反應催化劑效率因子的理解的難度，教學中對此知識進行了補充。另一個教學難點是各種大氣污染治理設備，雖為實體卻顯得抽象。教學時重點講授主要治理設備的分離原理，但通過與已學《化工原理》、《水污染控制工程》等課程的部分相關設備進行比對學習，或通過認識實習和影像資料具體認知主要的大氣污染控制設備，使學生從抽象到具象的去逐步了解污染治理設備的結構、原理和性能。

3 教學方法改革

3.1 授課與自學結合

由于課程學時數有限，許多篇章布置學生自學，并通過課堂測驗、課內問題、課程期中和期末考試等形式體現學生自學的狀況。如教材[6]緒論部分的大氣污染的影響、大氣污染綜合防治；燃料與大氣污染部分的燃料性質、燃燒過程中污染物的形成；城市機動車污染控制、大氣污染與全球氣候、凈化系統設計等部分均布置學生自學。對催化法凈化氣態污染物進行補充講授，包括本證動力學和宏觀動力學概念及理論建立方法、催化劑效率因子的導出過程等。既注重面，更提出重點與難點。

3.2 熱點與共性問題的課堂教授與課程文獻報告結合

對于PM2.5、VOCs、煙氣脫硫脫硝、天然氣脫硫等熱點及關注的問題，除課內講授外，教學中采用課程文獻報告補充學習的方式進行教學。同學們分組后選擇一個熱點題目，組內同學共同進行文獻查閱、翻譯、歸納總結，形成共同報告和PPT匯報材料。使學生既了解熱點問題的國內國際研究動態，又加深對這些熱點問題涉及理論知識的掌握，還能提升學生的文字寫作和表達能力。

3.3 案例分析討論教學與理論教學結合

結合行業特點及其典型應用案例，進行理論與實踐的結合教學，激發學生學習理論知識，更重要的是應用理論知識的興趣。如結合煉油廠催化裂化裝置催化劑再生煙氣脫硫脫硝的應用案例進一步闡明脫硝脫硫的基本理論知識，并從能量優化利用角度和脫硫脫硝技術特點出發分析脫硫脫硝流程的優化布置，讓學生清晰技術的工程應用需要全面優化的考慮多種因素。又如煉廠惡臭氣體的治理，教材中介紹了吸收、吸附、生物膜處理等多種技術路線，結果煉廠惡臭氣體的來源和氣質特點，重點案例分析了吸附(干法)與生物濾池(濕法)兩種方法，讓教材的相關知識落實到實處。再如天然氣脫硫，主要涉及天然氣中硫化氫的吸收-解吸過程、高濃度硫化氫克勞斯法制硫工藝、硫化氫尾氣的治理等，特別是硫化氫尾氣治理技術的多方案比選；與類似的煤氣化/煤制油工程脫硫、原油加工催化裂化等含硫污水汽提硫化氫氣體治理等脫硫工藝相似，舉一反三，加深同學對教材知識的理解，更深入了解這些技術的工程應用，起到優良的教學效果。

3.4 創新設計型實驗教學改革

增加實驗內容，強調開放式、設計型實驗，原理與實際操作結合，加強基本原理的理解。目前開設有堿液填料塔二氧化硫吸收實驗、篩分法粉塵粒徑質量分布測定實驗、有機廢氣活性炭吸附凈化處理實驗、校園周邊VOCs分析測試等設計型實驗。在給定實驗目的和任務前提下，學生結合實驗裝置流程和基本原理，自行設計編制實驗操作方案，動手操作取得實驗數據，直至完成實驗任務。結果表明，這種模式較學生按給定的實驗教材、實驗步驟進行驗證性實驗的效果更好。

3.5 多維度課程教學資料庫建設

豐富課程教學文檔，提高文檔建設質量，不斷更新教學資料，也是提高課程教學質量的必要手段。為此，建立了參考教材庫、例題與習題庫、考試試題庫、熱點文獻庫、影像資料等。通過教學資料庫的不斷完善，既豐富了教學內容，為提高教學質量奠定了基礎，又有利于教學團隊老師們的備授課。

3.6 考核方式多樣化

過去課程成績主要由習題完成情況和期末考試成績二部分構成，現在改為習題完成情況、課堂測驗、期中考試、期末考試、課程報告等幾方面構成，多樣化的考核形式，既檢查了教學效果，又督促了學生對課程的學習，起到了教考結合，以考促教、以考促學的作用。

4 結 語

《大氣污染控制工程》是環境工程專業的核心課程，更是一門涉及到多課程知識的綜合性較強的工程課程，授課老師除應具有較強的理論知識外，更需要有良好的工程背景知識。實踐表明，本文探索的一些教改舉措對促學提教，整體提高教學質量有較大作用。但作者認為，除教師努力提升業務素質外，學生是更為重要的主體，必要系統的學習前序專業課程知識，擴大專業書籍和文獻的涉獵量，在“我要學”和“要我學”的自覺與他覺雙重“壓迫”下完成這門綜合性較強的課程學習，可能會有更好的效果。