本实验秉承以学生为中心、以立德树人为根本的教学理念，采取任务驱动式、交互体验式、容错探究式教学方法，采用以学生自主探究为主、教师实时在线指导为辅的教学方式，引导学生在高度仿真场景下开展低温等离子体降解VOCs废气技术训练，构建了相对完备的废气处理系统和监测系统虚拟仿真实验教学体系，教学设计脉络见下图。

图 低温等离子体降解VOCs废气虚拟仿真实验教学设计脉络图

（1）虚拟仿真教学能实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。能涉及高危（爆炸、辐射、污染）或极端（高温、高压）的环境、不可逆操作、高成本或高消耗或综合训练等，可提供安全、可靠、环保、经济和无限重复的实验项目；

（2）课堂教学存在教学内容与企业实际脱节，不能满足当前企业的需求，专业教师缺乏工程经验，不能解决实际的生产问题等，而虚拟仿真实验实训软件可以弥补上述缺陷；

（3）教学采用线下与线上（网络平台）结合的模式进行。线下主要由学生进行仿真练习，熟悉整个仿真软件的使用方法及步骤；线上由教师进行课程管理、资源管理、考核管理及评价等。学生可以通过网络平台进行仿真练习，教师根据课程需要进行线上仿真考试，掌握学生的学习效果。

实验的必要性：

随着经济快速发展，空气污染日益严重，雾霾现象频发，VOCs是导致大气雾霾形成的有机气溶胶、对流层臭氧等形成的重要前体物，也是国家“十四五”大气污染防治规划中重点关注的污染物。协同控制VOCs和NOx，是控制大气雾霾和O₃的关键，也是实现碳减排、碳达峰碳中和国家战略的关键。根据中国环境规划院的研究结果，我国VOCs年排放量达到3100吨，我国涉及VOCs排放的行业超过120个，其中年排放量超过1万吨的行业超过50个。另外，很多VOCs具有恶臭，例如甲硫醇、醛类、苯乙烯等，很多还兼具致癌、致畸、致突变作用。随着人们的生活质量提高，对环境和居住的要求也日益提高，恶臭污染对城市居住区居民带来的影响的投诉案件逐渐增多，掌握高效治理VOCs(恶臭)污染物（脱臭）的治理技术非常关键。

（1）大气污染防治工程急需专业复合型的高素质人才

鉴于大气污染控制技术直接关系到民生，伴随着群众对空气质量意识的愈发重视，各级政府对企业废气排放的达标情况也提出了更高的要求。VOCs是最常见的废气污染控制指标之一，出现在化工、废弃物再生、涂料、机械加工等大量行业废气中。伴随着2019年，《固定源排污许可证条例》的正式实施，企业如果不能处理好VOCs达标排放的问题，等待的将是巨额处罚或者关停、退市，对企业正常发展造成巨大的不利影响。在此背景下，企业对于废气防治技术的新建、改造、管理都提出了更高的需求，作为应用型人才培养的地方高等院校，有义务担负起培养大气污染防治工程专业性人才的重任。

（2）利用虚拟仿真技术，突破实践教学过程中的实体限制

实验、实习和实训等实践教学是本科教学中重要的环节，通过实践教学可以巩固学生所学的理论知识，锻炼学生的实践技能。废气治理类的实践教学内容数量少、造价高、且实验由于自身的安全性、环保性很难保障，可能存在对人体健康的危害，在实验室给学生开设存在一定的难度，导致这些实验往往用其它实验代替或者直接变成演示实验，无法达到课程的教学目标。依托VR虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟工程实践环境和实验对象，进行虚拟仿真实验，可打破时空限制实时实地的给学生提供虚拟仿真的实验条件，让学生在虚拟环境中开展实验，提高实验效果。

（1）构建高度仿真的VOCs废气处置场景及内容，开展“沉浸式”交互体验教学

 教学团队主要成员均具有多年大气污染控制、环境监测、环保设备等相关专业课程的一线教学和科研方面的经验。本实验在《大气污染控制工程》课程理论教学的基础上，通过对某企业VOCs废气治理工程开展虚拟研究，对废气收集系统、动力系统、低温等离子系统、废气管道连接系统等进行高度仿真，使学生能够“身临其境”地体验从废气产生到达标排放、从设备整体到内部分解的虚拟仿真场景，沉浸式地开展对低温等离子体处理废气中VOCs的认知，开展参数计算、设备选型和搭建、设备运行和调整等实验，掌握低温等离子废气处理系统的基本组成和工作原理，根据来源废气的基本参数进行废气处理系统的设计和构建，锻炼应用理论知识解决废气中VOCs达标排放实际问题的能力的教学目标。同时，通过查阅相关书籍和国内外文献，激发学生投身生态环境保护行业的专业自豪感和保护全人类生存环境的使命感。

（2）提供全面贴心的教学在线支持与服务，引导“自主式”创新设计探索

本实验提供了教学指导书、教学视频、电子教材、课程教案等完善的教学指导资源，帮助教师结合专业特色及课程培养体系开展特色教学；同时，为学生提供了实验指导书、操作视频、知识点、习题库等丰富的实验指导资源，并结合新手引导、步骤引导、知识提示等贴心的课程服务体系引导学生开展自主性、创新性的设计和探索。同时，学生还可以通过在线指导、微信群、论坛等方式分享自己的奇思妙想，随时随地与老师和同学们展开互动交流。

（3）设置实验评价及评分体系，开展科学合理的成绩综合评定

学生在完成课程实验以后，系统会根据学生的操作步骤自动给出评估意见，并生成实习报告。在规定时间内，系统在每一个环节都存在容错机制，学生可以通过反复尝试和自动纠错功能，开展理论设计、仿真操作和优化训练，随时反思自身操作和设计过程中的失误，提升学生的创新能力，和对于新知识的掌握水平。

本虚拟仿真坚持以学生为中心、以立德树人为教学理念，通过虚拟仿真所营造的情景体验式的教学环境，让学生可以循序渐进得开展学习实践，实现以下教学目标：

（1）通过本课程和实验项目的学习，能够掌握等离子体降解废气的原理，并从“知识认知-设计集成-技术应用”三个层次进行阶梯性综合训练，锻炼学生的工程实践能力和分析检测能力，培养学生的工程素养、创新精神和高阶思维能力。

（2）通过本课程学习，学生掌握VOCs废气的来源和危害、等离子体去除VOCs的机理、废气处理系统的一般组成、手动和自动监测的主要手段，使学生具备应用低温等离子体去除VOCs工程项目的工作原理和基本知识。

（3）通过本课程学习，学生通过废气流量、流速等参数，学会标准状态下废气浓度的计算，设计出复合条件的集气罩和管路，完成低温等离子体的选择，明确采样口的规范化设置，培养学生的工程设计的热情。

（4）通过本课程学习，学生可以学会低温等离子设备开、关车的主要流程，运行参数的调整、风机选型、自动检测设备的运行原理和突发性应急事故的处理，激发学生将理论和工程实际相联系的能力。

     （5）通过在虚拟仿真实验中加入绿色环境的理念，结合低温等离子体处理VOCs废气的实体支撑，将课程思政潜移默化的融入到实践教学过程中，激发学生积极投身国家环保事业的情怀和使命感。