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將“三點三環節式”教學應用于環境工程學課程

李依麗 李堅 梁文俊

摘要本文針對環境工程學教學特點,將“三點三環節式”教學方式,即以科技時事和熱點問題為切入點,以科學技術與成果介紹為輔助點,以教學實驗和科研為承載點,抓興趣、思考、能力三個環節的教學新方法應用于該課程的教學中。

關鍵詞三點三環節教學改革 環境工程學

環境工程學是人類同環境污染進行長期斗爭,在保護和改善生存環境的過程中形成的工程科學學科,它以工程科學知識和方法為基礎,具有學科交叉性的特點。自20世紀以來,隨著全球性生態環境問題的突出,隨著“以人為本”思想的深入人心,各學科的學者和工程技術人員都在運用自己掌握的知識和技術,在各自的專業領域,研究和解決與環境保護有關的問題,為環境工程學這門學科積累了廣博的內容。簡單來說環境工程學是研究運用工程技術和有關學科的原理和方法,保護和合理利用自然資源,防治環境污染,以改善環境質量的學科。

環境工程學是高等院校環境工程專業的一門必修專業課。主要研究內容包括大氣污染防治工程、水污染防治工程、固體廢物的處理和利用以及噪聲控制等。除此之外,環境工程學還研究環境污染綜合防治的方法和措施,以及利用系統工程方法,從區域的整體上尋求解決環境問題的最佳方案。因此,這是一門理論與實踐密切結合的課程。然而有限的課時、內容的繁雜、以及傳統的教學模式不僅割裂了理論與實際的關系,而且讓學生失去了學習的興趣和靈活應用的動力,最終達不到提高學生工程實踐能力的目的。

為了改變教與學、學與用、用與教的關系,我們在教學實踐中努力探索“三點三環節”的教學方式。即以科技時事和熱點問題為切入點,激發學生的興趣和責任意識。以科學技術與成果介紹為輔助點,拓展學生們的視野和培養學生們的創新能力。以教學實驗和科研為承載點,提高學生靈活運用和實踐能力。抓興趣、思考、能力三個環節的教學新方法。幾年的教學實踐表明,這種興趣引導、思路拓展和能力培養式的教學嘗試在解決教與學的困擾中取得一定的成效。

一、以科技時事和熱點問題為切入點,激發學生的興趣和責任意識。

環境工程學課程的學習涉及許多其它學科的知識,如化學、物理學、生物學、地理學、醫學等基礎理論。同時需運用衛生工程、給排水工程、化學工程、機械工程等技術原理和手段,解決廢氣、廢水、固體廢物、噪聲污染等問題。因此,一味的講述只能增加課程的重復和乏味。如果在授課過程中根據學生具備一定的知識儲備和自學能力的特點,將一些與當前授課內容關系密切的時事和科技知識作為課程的導入,學生的學習興趣和學習熱情就能得到很好提高。如,在講授催化轉化法凈化氣態污染物時,需重點給學生講授催化劑主要由活性組分、助催化劑和載體組成,其中載體性能的優劣直接關系到催化效率及治理成本。此時若將 “康寧獲美國國家科技勛章”這一時事新聞介紹給學生,告訴學生康寧公司是先進的催化轉化器載體和微粒過濾器的頂尖商,客戶涵蓋全球汽油與柴油引擎以及汽車的主要制造商。康寧公司開發出一種全新的經濟型、高性能的蜂窩陶瓷載體,為全球汽車催化轉化效率設立了標準。自1975年迄今,車輛因裝有催化轉化器而減少的空氣污染僅在美國就超過15億噸,而全球總計則達30億噸。正是因為這種神奇材料――載體順應了催化轉化器的極端溫度和腐蝕性環境,這種材料演變成為今天先進的排放控制系統的關鍵推動角色。通過這一時事新聞,學生不僅聽得興趣盎然,而且對催化劑載體的性能有了深刻認識,對催化轉化法在汽車尾氣治理方面的應用有了深刻體會,為今后汽車尾氣控制方面的學習打下了很好的基礎。同時,讓學生們了解國內在催化劑制造方面與國際水平存在的差距,強化每個學生的責任意識和職業精神,更啟發他們作為一個中國未來環保工作者應有的責任感和使命感。

二、以科學技術與成果介紹為輔助點,拓展學生們的視野和培養學生們的創新能力。

江澤民總書記指出,“創新是一個民族進步的靈魂,是國家興旺發達的不竭動力”。當今社會,正逢科學技術迅猛發展時期。面對日益嚴格的環保要求,各國政府都在制定相應的法規政策,都在努力的進行各方面的技術革新,各種科技成果不斷涌現。現有的教材更新較慢,已滿足不了現實教學的需要。因此適時的給學生們補充一些相關的科技知識與成果,有利于學生視野的拓展和創新能力的培養。例如:在講述固體廢棄物處理時,除給學生們講授一些傳統的塑料垃圾處理方法以及各自的優缺點外,還給學生介紹一些新的處理技術。如:塑料垃圾能源化技術(POET)是北京裂源環保技術設備有限公司自主開發的一項城市塑料垃圾能源化處理技術。POET技術針對各種轉運、填埋、制肥和焚燒設施中不可回收的塑料垃圾,采用獨特的多級裂解工藝,在密閉厭氧條件下,以非直接燃燒方式進行無害高效的連續化生產。以無新增能耗方式,實現大幅度垃圾體積減量,消除塑料垃圾引發的種種環保難題,獲得質優價廉的燃油產品,極大增加項目的經濟效益。POET技術對城市生活垃圾技術方案選擇無疑是雪中送炭,它以能源自給貫穿設計目的,以綜合利用創新環保概念,以根治污染滿足社會要求,以經濟效益帶動投資興趣,成為城市生活垃圾處理項目可以依賴的技術選擇。通過這些內容的講解,使學生們有耳目一新的感覺,因為在此之前,他們僅知道塑料垃圾大部分是通過填埋和焚燒的方式處理掉了,而沒意識到塑料垃圾是城鎮生活垃圾是最寶貴的能源資源,具有巨大的市場價值。很自然地,學生把POET技術和替代能源聯系起來,而且對未來能源的發展趨勢有了更進一步的把握。無疑,這種思維方式對培養學生的創新能力是至關重要的,

三、以教學實驗和科研為承載點,提高學生靈活運用和實踐能力。

對理論知識掌握較好,但不會靈活運用所學知識解決實際問題,這一現象在學工科的本科生中十分普遍。如何提高學生們對實際工程問題的認識和實踐能力是我們的教學一直希望解決的問題。近年來,我們在這個方面的探索取得了一些收獲。

我們已經建立起一系列緊扣教學內容的實驗,給學生門安排了氣體吸收、氣體吸附、布袋除塵、靜電除塵等實驗,讓他們親自動手解決實際問題,深刻領會教學基本原理和內容。如:氣體吸收、吸附是氣態污染物凈化的兩大方法,其原理是大氣污染控制工程課程的主要內容。為了加深學生們的理解,同時提高他們的實踐能力,我們搭建了氣體吸收、吸附實驗平臺。這是在“211”經費的支持下,由我們自行設計研制的一套仿實際工業用的中型裝置,從整套裝置的外觀設計到核心的工藝流程,都和具體的工業用裝置類似。而且我們采用透明的PVC材料作為吸收塔外壁,這樣學生可以清楚地觀察到塔內的氣液流向和吸收狀況。學生們親自動手調節氣液流量,使吸收、吸附處于穩定的操作狀態,又經采樣口測定分析氣體濃度,最后計算出氣體吸收率、吸附率。通過吸收、吸附實驗,學生們基本掌握了溶液配制、氣速控制、采樣、分析計算等基本技能。通過這套裝置,學生們能清晰地理解要完成氣體吸收、吸附的過程,光靠一個吸附塔是不行的,還需要有風機作為動力,需要各種管道、管件作為氣體的流動通道,需要煙囪作為凈化后氣體的出口。同時他們還發現在風機的底部和后部增加了減震裝置和消音裝置,能有效地控制系統運行過程中系統產生的噪音。這些內容都是環境工程專業的學生所必須掌握的。

在向學生們講解理論知識時,不能忽視工程實際應用時可能會出現與理論知識相脫節甚至是與理論知識點相矛盾的地方,這就涉及到理論知識在實際工程中靈活運用的問題。在解釋這種脫節或者矛盾時,學生們往往會感到很困惑,這時需要舉出工程應用上的具體實例。例如,在教材及相關的教科書中關于氣態污染物治理流程中,風機作為氣流動的動力,常常放在氣體凈化裝置的后面,這樣可以使風機免受污染氣體的腐蝕作用,從而延長使用壽命。然而,在工程實際應用時可能因為場地的限制,或者被處理的污染物濃度較低等情況下,風機的位置可以放到凈化裝置的前面,同時因為阻力降低,能給氣體輸送提供更強的動力。北京工業大學斥資百萬元對環化樓樓頂改造就是這方面的實例,帶領學生們實地參觀一下,告訴他們理論知識的掌握固然重要,但在實際工程問題解決時一定不能拘泥于理論,要注意理論知識的靈活運用。

“環境工程學”三點三環節式的教學,與傳統的教學相比,雖然在改革中初顯成效,但和其它大學課程一樣,都面臨著從教學體系、教學內容到教學方法深入改革的艱巨任務。同時因為環境工程學是一個涉及面廣泛而且復雜的技術體系,它不僅研究防治環境污染的措施,而且研究自然資源的保護和合理利用,探討廢物資源化及其綜合利用技術,以及清潔的生產工藝等,以獲得最大的環境效益和經濟效益,這些都成為環境工程學的重要發展研究內容。因此,在今后的教學中應不斷更新教學理念、教學內容、教學方法和教學手段,在注重社會現實、注重學科前沿、注重學生能力方面以及社會現實需求和學生能力要求方面做更深層次的探索,探索一條符合本課程教學的特有規律。

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