环境工程原理教学改善建议

作者：左行涛 李振华 单位：华中农业大学

环境工程原理是环境学科的重要基础课程，深入系统地阐述环境污染处理与控制过程中处理问题的思路、基本原理、工程设计方法等，为后续水（大气）污染控制工程等专业课程的学习奠定基础[1]。由于环境工程原理的教学在国内一直处于摸索阶段，各教学单位的教材及教学内容都不尽相同。华中农业大学环境工程、环境科学专业所学环境工程原理选用教材是高等教育规划教材《化工原理》第四版（王志魁，刘丽英，刘伟编）。随着化学工业和环境学科的发展，化学工程理论与其他学科的相互渗透，传统化工原理教学内容及教学方法已不能反映和适应科学技术发展的需要[2]。在化工原理教学实践中，笔者在教学方法总结、研讨的基础上，积极探索新的教学模式，尝试教学体系的改革和优化，提出了进一步提高教学质量的具体措施。

一、环境工程原理教学改革目标

环境工程原理课程教学的基本目标是通过学习课程的基本概念、基本原理、基本计算，了解典型设备的构造、性能和操作，寻找最佳的工艺条件，探索强化生产过程及设备的方法与途径，使学生具备一定的化工基础知识和解决生产中较简单问题的能力。环境工程原理既不同于其他基础学科，又区别于具体化工产品的生产工艺。因此，环境工原理课程教学改革应体现以下两个目标[3]：一方面强化动量传递、热量传递及质量传递基础理论知识；另一方面突显工程思维方法在化工原理教学中的应用。

二、环境工程原理教学实践与优化措施

（一）环境工程原理课程体系改革

课程体系整体优化主要是课程结构设计整体优化和课程内容整体优化。优化环境工程原理课程体系是提高环境科学和工程专业本科生培养质量的重要环节。环境工程原理的原课程体系分为环境工程原理、环境工程原理实验及环境工程原理课程设计。针对目前高校教学改革的特点以及提高教学效率的要求，必须对课程体系进行合理的调整，对教学内容进行完善。环境科学与工程专业应该以环境问题中共性的基础理论和典型工程设计进行教学，以此培养学生解决实际环境工程问题的能力。此外，在课程教学期间，应该增设环境工程原理认识实习2—3周。通过生产工艺及设备的参观实习使学生了解化工生产实际。另外，环境科学与工程学科依托华中农业大学传统的土壤与植物营养等领域具有多个重点学科形成的强大学科优势群。笔者通过土壤圈的物质循环、相互作用及对环境的影响等单元过程分析，提出将特定的污染控制处理单元过程加入到课程教学如吸附、吸收等。为了使课程与国际接轨，拟在环境工程原理课程中采用外语原版教材《UnitOperationsofChemicalEngi-neering》进行授课，对环境工程原理双语教学进行全新的尝试和探索。

（二）环境工程原理教学改革

1.理论讲授教学优化与改革。环境工程原理课程理论教学主要任务是讲授流体流动、传热和传质的基本原理，主要单元操作设备的结构、操作原理、过程计算、设备选型及实验研究方法。在化工原理教材中每个单元操作各自独成一章，讲课时也是按照章节顺序依次介绍每一个单元操作。在课堂教学中，让学生理解和应用各单元操作中所发生过程的内在规律，同时分析多个单元操作的关联性，这样可以避免学生孤立地看待每一个独立的单元操作。知识的传授以授课教师为主，应将课程理论部分的内容分为基础、重点、难点三个层次。在讲解基础内容时，着重讲解本单元操作所涉及的知识点，让学生在理解的层面上掌握基础理论。如过滤单元操作中流体如何流过滤饼床层所涉及的液体过程的传质方式、过滤介质的性质、过滤推动力和阻力等知识点，把这些知识点联系起来对过滤设备进行讲解。对于重点内容，需要深入浅出地详细讲解。如流体流动章中的伯努利方程，需要从能量转换和能量守恒方面推导伯努利方程，再结合实际说明不同能量表示方式给设计计算带来的方便[4]。理论部分的难点是将工程思维方法贯穿于单元操作过程与设备，与生产实际紧密联系[5]。大多数工程问题需要依靠理论指导下的实验研究法和数学模型法来解决。如通过建立单相内对流传质的膜模型，将流体的对流传质折合成有效层流膜的分子扩散，可以得到气相对流传质速率方程。

2.实验教学优化与改革。学生的创新素质是其思维能力和实际操作能力等因素的综合体现。实验教学是化工原理课程理论教学的重要补充。长期以来，化工原理实验以验证性实验为主，即学生对所学理论知识通过实验得以验证、巩固。验证性实验首先由实验教师设计好，学生按部就班地开（关）阀门，记录温度、压力和流量等。从事这样的实验没有能够开发学生的动手能力和创造能力，不利于培养具有创新素质和独立工作能力的开拓性人才。因此，要对化工原理的实验教学进行优化与改革。自学院开办环境工程原理课程以来，一直非常重视实践环节尤其是实验的改革、研讨与建设工作。拟将化工原理实验分为三个层次：基础实验、提高型实验、研究型实验。第一层次是基础实验，即教学大纲所要求的实验项目包括流体流动阻力系数的测定、强制对流传热系数的测定等必做基础实验。第二层次为提高型实验，补充基础实验中未体现而在工业中广泛应用的单元操作，提高综合性、设计性实验的比例。包括流化床干燥、恒压过滤常数测定及超滤膜实验等选做实验。第三层次是研究型实验，包括吸附—生物降解实验、浑浊液三级过滤实验和固定床催化实验等。

3.认识实习教学实践与优化。化工原理课程认识实习是资源与环境学院环境科学与环境工程专业教学计划中一个重要的实践教学环节。从2001年以来，中盐湖南株洲化工集团一直是我校化工原理课程的认识实习基地，实习车间为合成氨、硫酸及精馏等。通过实习，学生了解常见设备如泵、风机、压缩机等，熟悉填料塔、换热器等单元操作的结构及工作原理，对合成氨、硫酸等生产原理、工艺流程、生产设备及主要技术指标有一定的认识。通过生产工艺及设备的参观实习，学生从课堂过渡到化工生产实际，增加了对化工设备及生产工艺过程的感性认识，从而加强了工程观点，为学习“水污染控制工程”“、排水管道工程设计”等课程和毕业工程设计打下良好的基础。同时，华中农业大学已建成的环境工程教学实习基地，将于近期进入调试阶段并投产使用。该基地会给学习环境工程原理的学生创造一个全新的实践学习和实验场所。另外，笔者拟编写一本《中盐湖南株洲化工集团认识实习参考书》，该书对实习中的工艺过程、原理、设备等作简单介绍并附思考题，学生在认识实习过程中可以带着问题观察和学习。