“大气污染控制工程”课程改革探索

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  摘要:从大气污染控制工程课程体系构设、课堂教学、实践环节(课程设计、毕业设计、实习)、课外活动等方面入手,在总结我国环境工程专业发展趋势的基础上,提出环境工程专业大气污染控制工程课程教学改革思路,以期为卓越工程师人才培养为导向的工程应用型高校人才培养模式的课程教学改革提供参考。
  关键词:环境工程;人才培养;大气污染控制工程;教学改革
  作者简介:谭文轶(1980-),男,江西九江人,南京工程学院环境工程系副主任,副教授。(江苏 南京 211167)
  基金项目:本文系南京工程学院教学改革项目(JG200931)的研究成果。
  中图分类号:G642.0?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)32-0074-02
  我国的环境教育经历了20世纪70年代末的初步形成、80年代末期形成规模、90年代末期到2000年后的快速发展等发展阶段之后,从起初仅有少数工科高校设有环境工程专业到如今开设高校已达300多所,各类高校举办的环境工程专业差异性逐步显现。作为环境领域重要的治理对象——大气环境,日益成为继水环境之后的另一个关注焦点。随着如今我国不同层次高校开设的环境工程专业大发展,“大气污染控制工程”课程作为环境工程专业核心课程的地位也日益突现。然而,传统环境工程专业似乎更倾向于水环境的控制、治理和规划,与此配套课程也更加齐整,培养人才也从数量上占有优势。相比较而言,“大气污染控制工程”课程则是一个较新的、课程体系尚不完整的环境工程专业基础课程。这與大气污染种类、来源、演化以及治理措施的纷繁复杂、归口行业众多有着直接关系。这也是导致目前环境工程专业缺乏明确行业依托、阻碍环境工程专业学生与社会需求之间顺利接轨的主要原因之一。因此,如何开设、教授“大气污染控制工程”课程,如何培养与这门课相关的人才,是关系到大气环境治理、拓宽环境工程专业人才适应社会需求渠道、创办特色专业学科的根本问题。
  为了解决以上问题,本文将从南京工程学院的实际情况出发,结合近年来对各类不同层次高校的环境工程专业调研体会以及环境工程人才需求情况,进行了“大气污染控制工程”课程体系设置和相关课程教学改革等方面的尝试,以期对以卓越工程师人才培养为导向的高校中环境工程专业人才培养思路进行整理思考。
  一、南京工程学院环境工程专业人才培养定位与学生就业现状
  对工科专业人才培养来说,主要是培养两类人才,即工程技术型和学术研究型人才。大多数高校的环境工程专业主要培养的是以环境保护技术开发、利用、规划、设计、施工、管理方面的高等工程技术人才。毕业生主要到环保企业、事业单位从事规划、设计、施工、管理等方面的工作。一部分人才在实践的基础上,经过进一步学习,部分毕业生被培养成学术研究型与资源管理型人才。对于一些学术研究型大学,环境工程专业还承担培养一批环境学科应用基础性及应用性研究高层次人才的重任。在这类学校,本科是通识教育基础上的宽口径专业教育,毕业生主要到国家重点工程单位工作或进一步深造后到环境科学研究单位或有关高等院校工作。
  笔者所在学校作为具有应用型人才培养为主的地方性院校,主要培养的是第一类人才,同时在此基础上选拔培养学术研究型人才。该校具有深厚的电力、机械行业背景,环境工程专业创始之初就是以培养适用于电力行业环境保护人才为主要初衷的。作为电力生产企业的代表性单位——火电厂,是大气环境污染的主要来源之一,主要污染物为二氧化硫、粉尘、氮氧化物等。由此在该校的人才培养方案中,以“大气污染控制工程”为领头的一批课程的教学和运作已经有了10年的经验,培养的学生主要从事于大气污染控制行业的优势也较其他院校更为明显。根据数据统计,2007~2011年间,环境工程专业的毕业生主要就业行业分布在:大中型工矿企业的环保操作岗位(如水厂、电厂);环保企业中环保设备和仪表销售岗位;研究生升学;规划局、监测站、设计院等事业单位。从事本专业工作的比例约占82%~86%,其中从事工矿企业环境保护技术操作工作的约占71%~80%,从事环保设备和仪表销售的约占7%~8%,考取研究生升学的约占10%~18%,从事环境相关事业管理部门的约占0~6%。从近年来学生就业后从事的岗位分布上看,技术岗位工作仍然是环境工程专业的就业主要渠道。但是从事技术操作类岗位的比例较高,而从事规划管理、环保设计类岗位的比例较低。根据对毕业生就业反馈信息的采集,其原因主要与学生在学校期间的相关培养环节不足有关。
  二、现有教学大纲的运行情况
  “大气污染控制工程”课程作为不同层次高校、不同行业面向高校的主干专业课程,其授课内容差异较大。如上所述,这与在教学学时有限的情况下培养目标不同有关,直接导致了在给不同办学层次、不同行业面向的环境工程专业学生授课时教学内容的选取、学时的分配、重点的掌握上都存在一定差异,也给教授这门课程的教师带来了较大的调整余地,同时也带来了挑战。
  机械、电力作为南京工程学院两大传统依托行业,与大气环境联系都是非常紧密。“大气污染控制工程”课程是作为环境工程专业特色课程群的基础课程,理应强化相应学科特色。为此,学校采用了经典教材郝吉明院士的“大气污染控制工程”。本教材由于学科综合性强,涵盖了全球的大气污染问题及综合防治对策等较为宏观的内容,也有理论性较强的大气扩散模式、化学吸收、吸附、催化净化动力学知识及工程实践性要求很高的颗粒物、各类气态污染物净化技术、设备装置的设计计算,并且设计中还将涉及到化工、机械、材料及电力等专业的知识,因此教学要求很高。这都为这门课程的授课内容调整提供了较大的操作空间。同时,在具体实施教学大纲时,还存在与其他课程的衔接、重合等问题。
  三、工程应用型环境工程人才培养模式的教学改革构想与尝试
  为提高环境工程专业人才培养质量,提升专业人才就业平台,势必需要对现有人才培养模式进行相应调整。而人才的培养主要来源在于教学环节。教学环节的改革和调整是适应专业人才培养变化的根本。因此,“大气污染控制工程”课程作为学校环境工程专业教学改革的试点课程,由三位副高(博士)和一位助教(硕士)为课程组的教师对课程教学环节改革进行了有益思考和尝试。   1.注重课程间联系,优化课程布置
  显而易见,传统“大气污染控制工程”课程在理论性、系统性上具有明显优势。但是,未必完全适用于各类高校环境工程专业人才培养,需要各院校根据自身特点合理布置。为了突出工程应用型人才培养,提高学生工程设计、规划管理等方面能力,我们对课程大纲进行了一些调整。例如,压缩“概述”和“大气污染和全球气候”两章的内容,删去与“环境化学”重复的教学内容;适当压缩“燃烧与大气污染”内容,了解污染物形成机理,重点掌握燃烧中的理论空气量、实际烟气量及污染物排放量的计算;压缩“大气污染气象学”和“大气扩散浓度估算模式”内容,移在后续开设的“环境影响评价”课程中进一步学习;强化“颗粒污染物控制技术基础”、“除尘装置”的内容,减少与“化工原理”的重复内容;压缩“硫氧化物的污染控制”、“固定源氮氧化物污染控制”、“挥发性有机物污染控制”及“城市机动车污染控制”章节处理原理及设备结构等内容,减少与后续特色课程“火电厂烟气脱硫脱硝技术”课程的重复内容,将教学重点放在“常用除尘设备设计及选型和废气吸收、吸附、催化设备设计”上,为后续增设“燃煤锅炉烟气除尘脱硫装置设计”、“脱除烟气中低浓度二氧化硫的吸收塔设计”等课程设计题目打下基础;将“工业通风”部分内容引入“除尘管道系统设计”章节,增加相应教学内容,培养学生的工程设计能力。
  2.建立工程技术型和学术研究型两条线的课程选修体系
  一方面考虑到环境工程专业学生每年研究生升学率10%~18%的特点,深化郝吉明院士《大气污染控制工程》教材中关于吸附、催化的理论内容,设置《大气污染控制工程》(下)选修课程(32课时),以补充部分同学考研时需要的内容。例如,讲解吸附工艺时,将吸附中吸附等温线、穿透曲线、移动床工作原理等内容增加,适当回忆物理化学中吸附等温线相关内容。另一方面,对于工程设计内容提升有需要的同学,设置“火电厂烟气脱硫脱硝技术”特色课程。聘请经验丰富的企业工程设计人员、运行人员来校讲解,强化理论知识的应用。
  3.合理设计企业工程师来校授课,强化工程设计实践能力培养
  过去,曾考虑过聘请企业经验丰富的工程人员来校授课。但由于遇到企业工程人员自身工作任务繁重、难以安排固定时间授课等问题,“企业工程人员进课堂”的计划曾一度停滞。随后,在新的制度设计下,实施聘请有资质的环境工程设计师给学生开展短期培训来加以改善。所谓短期培训并不仅仅是授课时间的减少而带来的走过场,相反,通过明确授课企业工程师布置讲解内容可以在短课时内达到理想效果。如,企业工程人员的讲解内容涵盖:烟气脱硫脱硝工程实例中的塔设备、催化剂设计、管道设计过程、设计常用软件,介绍常用设计资料和手册的使用;聘请电厂运行人员讲解仪表、装置运行等内容。
  另一方面,为了能使学生在后续课程设计中得到长效锻炼,可以安排校内课程教师先消化(简化)企业工程人员软件、工艺计算实例等内容,继而编制相关设计指导用书供学生在随后的课程设计环节中反复使用。要求课程教师丰富课程设计任务,编写课程设计教材,加强双师型教师培养。
  如此一来,既能达到巩固校外企业工程师进课堂的目的又能达到促进学生自主学习、提升工程设计实践能力的良好效果。近年来,有学生利用这个机会相继成功掌握了“大气污染物容量估算及源解析软件”、“石灰石-石膏烟气脱硫工艺设计软件包”、“SCR法烟气脱硝工艺物料衡算”、“旋风分离器设备选型计算”、“PDMS烟气脱硝工程工艺管道设计”等实践性强的设计软件和计算。同时,也丰富了大气污染控制工程课程设计的内容。目前,能做到7~8题/40人次的课程设计布置安排,涉及内容包括“旋风离心式除尘装置的设计”、“生产尿素工艺设计——物料衡算”、“SCR工艺设计”、“旋流板烟气脱硫塔的设计”、“电除尘器设计”、“乙醇-乙醚生物膜滴滤净化塔的设计”、“电镀车间气体处理”等多方面。
  4.建立本科生导师制
  根据部分教师科研能力强、从事科研过程中人手缺乏等现实问题,同时考虑到“师徒式”点对点培养模式的优点,在完成班级式培养模式的同时开展点对点培养模式——导师制。这样既解决了学生人才培养模式单一问题,能使学生获得教师手把手教授和了解当今专业应用范围、特点的机会,同时也锻炼了学生直接从事工程研究的能力。可以说,这相当于给学生提供了就业时所需的“实际工作经验”。近年来,在导师制的引导下,部分学有余力而跟随教师完成科研项目的学生在就业时,其简历所附的工作经验逐渐增加,也增加了学生就业的砝码。
  与此同时,建立配套的导师考核制度。允许导师的正常淘汰是保证导师制顺利开展、效果良好发挥、每个教师均有机会参与的重要手段。
  5.做实实习环节
  针对目前认识实习、毕业实习在内的实习环节存在掏钱买实习、实习走马观花等问题,重新设计实习环节安排。采用模型教学(校内)和现场教学(校外)相结合的方式落实实习要求,使学生了解各种废气脱除的工艺流程、主要设备运行情况。同时,鼓励学生动手制作教学模型,更加深刻地掌握主要设备的工作原理。
  四、总结与体会
  随着大气环境的日益被重视,大气污染控制工程作为环境工程专业主干课程的地位将逐渐提高。但是课程本身内容多、涉及面广,尤其是对于以工程应用型人才培养为主的院校如何强化学生工程实践能力并提升实践质量是落实卓越工程师人才培养、提高学生就业品质的重要组成部分。围绕这一问题,需要在课程体系构设、课堂教学、实践环节(课程设计、毕业设计、实习)、课外活动等方面均体现实践能力强化的重要性。
  参考文献:
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  (责任编辑:王祝萍)
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