基于虚拟仿真的案例式教学在“大气污染控制工程”中的应用

2020-12-25刘琼刘彩霞

安徽化工 2020年6期

刘琼，刘彩霞

（洛阳理工学院环境工程与化学学院，河南洛阳471023）

洛阳理工学院是一所省属全日制普通本科院校，学校坚持“立足洛阳，面向河南，服务地方，服务行业”的定位，以培养社会责任感强、基础理论扎实、具有较强创新精神和实践能力的应用型人才为己任，全力打造为地方和行业发展服务的高素质应用型人才培养基地。基于此，学校的环境工程专业秉承“强化专业基础，提升应用技能，注重实践创新，面向社会需求”的原则，努力将学生培养成适应现代社会生态文明建设和环境保护产业需要，掌握水、气、固体废弃物及物理性污染治理原理与技术，熟悉污染治理与控制、生态修复等工艺过程，了解环境规划与管理、环保设施运营与项目管理，具有污染治理与控制工程设计、环保项目管理、环境质量控制与评价等专业能力，具有创新精神和实践能力的高素质应用型专业技术人才。

“大气污染控制工程”是我校环境工程专业的一门主干课程，具有理论性强、覆盖面广、知识交叉性强、知识抽象等特点，学生感觉枯燥无味，难以激发起其学习的兴趣[1]。传统的教学模式过于单一，忽略了学生发散思维、创新意识和实践能力的培养，难以适应和满足当代工程教育的需要。通过研讨式教学与案例式教学、虚拟仿真教学相结合的方式，使理论教学与实践教学相互促进、融合，有利于学生工程经验、素养的培养以及解决实际工程问题能力的提升[2-3]。

1 案例研讨式教学

案例式教学法是哈佛商学院前院长C.C.Langdess首创，后经哈佛企管研究所所长W.B.Doham 推广，并于1980 年引入我国，被公认为是一种代表未来教育方向的成功教学方法[4]。案例式教学是一种情景化的教学模式，具有开放性、互动性等特点，涉及任务驱动、课堂讨论、组间分享和教师点评等一系列教学过程[5]。将案例式教学模式引入“大气污染控制工程”课程教学的过程中，能够有效激发学生的学习兴趣，提升学生运用所学知识发现和解决实际问题的能力。具体实施如下：首先，学生在学习相关理论知识的基础上，由教师结合教学要求和行业特点，秉承时效性、区域性、典型性的原则，有针对性地选择实际的工程案例，并通过预设问题，引导学生置身于具体场景中。接着，学生通过独立思考，对老师所提出的问题进行解答，既巩固了课堂上所学知识，又培养了学生分析和解决实际问题的能力。在此基础上，结合相关文献资料查阅，学生初步建立对特定案例的解决方案。然后，通过小组讨论分析问题和组间学习分享观点的形式，探究解决问题的优化方案。最后由教师讲评、总结，巩固重点、突破难点。案例研讨式教学将“教”与“学”从课内向课外延伸，注重学生独立思考能力的培养，让学生真正成为学习的主人。同时，通过合作式学习模式的构建，有利于学生团队合作、协同学习能力的培养，将学生之间的竞争转变为自我竞争，实现学习能力较强者变得更强、较弱者得到提升的目标。

2 基于虚拟仿真技术的案例式教学

基于虚拟仿真技术的案例式教学，突破传统的以章节为序的教学组织，以工程实践能力培养为主旨，采用主线贯穿、有机整合的策略，构建模块化和弹性化的教学模式，合理配置各模块教学内容，确保教学的适切性，最大程度达成最终学习成果[6-7]。具体实施如下：遵循以能力教学为主导、学习成果为目标，将课程内容划分为基本理论、技术工艺、工程设计、监测评价和行业前沿五大模块。通过师生共建、共同维护的形式，组织搭建集学习、交流与仿真为一体的多维教学平台，可以实现资料库、案例库、实时交流和评价体系等多个模块之间的信息通讯。对于差别较大且系统相对独立的单元，如技术工艺模块，可以进一步细化为子类。对于行业前沿模块，强调以建材特色为导向，重点讲授与之相关的大气污染控制内容，例如：近年来受到人们重视的微细颗粒物（PM2.5）、烟气脱硫脱硝、固定源烟气的汞沉降、跨介质复合污染控制以及具有前沿性的温室气体控制等。通过此平台的学习，学生可以获取用于解决复杂工程问题所需的文献、信息和数据，有利于学生对于新出现的技术、方法学习能力的培养，以及复杂条件下污染物控制思维的构建。基于虚拟仿真技术的案例式教学模式促进了课堂教学与在线教学的深度融合，体现了“学生为主体，教师为主导”的教育理念，对于充分挖掘“教”与“学”潜能有着重要的现实意义。

3 基于虚拟仿真的案例式教学在“大气污染控制工程”中的应用

以技术工艺-氮氧化物控制模块为例：首先，在固定源氮氧化物污染控制理论学习的基础上，由教师将“洛阳中联水泥厂窑尾脱氮除尘工艺设计”实际工程案例引入课堂教学过程中。接着，学生在充分查阅文献的基础上，以自由结合、全员参与的形式，成立讨论小组对所提出的问题进行分析，并初步形成工艺方案；通过组间学习、观点分享以及教师点评等环节，对设计方案进行进一步优化。然后，利用三维虚拟现实技术，准确建立脱硝除尘系统数学模型，并通过后台控制参数的输入，反复演练实验过程，确定最终的工艺设计方案。通过人机交互的形式，将复杂性高、专业性强、危险性高的实体实验项目，借助于虚拟仿真平台付诸实施，经济、安全、高效地完成了教学实验过程的各个环节，有效激发了学生的学习兴趣，同时提升了教学效果，较好地实现了“大气污染控制工程”课程实践教学的目标。