寧夏 郭琳 李廣科

摘要“大氣污染控制工程”是高等院校環(huán)境工程學科的主干課程之一，在專業(yè)人才培養(yǎng)體系中起著重要的支撐作用。針對課程知識面廣、綜合性高、交叉性強和內(nèi)容更新快等特點，文章基于工程教育認證OBE理念，從完善教材內(nèi)容建設(shè)、創(chuàng)新教學方式方法、強化實踐能力培養(yǎng)以及優(yōu)化考核評價體系等方面進行探索與實踐，培養(yǎng)面向新工科建設(shè)背景下具有扎實理論基礎(chǔ)、良好創(chuàng)新思維和較強工程實踐能力的環(huán)境類專業(yè)人才。

關(guān)鍵詞 大氣污染控制工程；教學改革；產(chǎn)出導(dǎo)向；工程實踐能力

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.15.043

1課程教學改革背景及必要性

當前，我國大氣環(huán)境形勢依然十分嚴峻，煤煙型煙霧與機動車尾氣共存的復(fù)合型污染問題日益凸顯，其污染控制已成為國家大氣環(huán)境保護戰(zhàn)略的重大需求[1]?！按髿馕廴究刂乒こ獭敝饕嫦颦h(huán)境工程專業(yè)本科三年級的學生開設(shè)，內(nèi)容涵蓋了重要氣態(tài)污染物，包括大氣顆粒物、硫氧化物、氮氧化物、揮發(fā)性有機物以及城市機動車尾氣等的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、污染控制原理與技術(shù)以及相關(guān)設(shè)計計算等方面，是一門理論與實踐并重的課程[2]。

山西大學（以下簡稱“我校”）環(huán)境工程專業(yè)于1999年開始招收環(huán)境工程專業(yè)本科生，2017年被評為省級重點建設(shè)專業(yè)，2021年入選國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點，目前已著力開展工程教育專業(yè)認證工作。在新工科建設(shè)背景下，基于學習產(chǎn)出和持續(xù)改進的OBE（Outcome Based Educa- tion）工程認證教育理念，將“以學生為中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進”三個核心要素貫穿于人才培養(yǎng)體系中，以培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型環(huán)境類人才作為我校環(huán)境工程專業(yè)建設(shè)目標。面對新形勢下大氣污染控制工程課程的新要求和挑戰(zhàn)，如何讓學生更好地掌握大氣污染控制及其治理等方面的知識、工藝和設(shè)備，并能將創(chuàng)新思維與創(chuàng)新方法融入污染控制系統(tǒng)設(shè)計，突出創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目的，是目前“大氣污染控制工程”課程教學改革中亟須解決的關(guān)鍵問題[3]。由此，本文針對傳統(tǒng)課堂教學和實驗實踐薄弱環(huán)節(jié)，從完善教材內(nèi)容建設(shè)、創(chuàng)新教學方式方法、強化實踐能力培養(yǎng)，以及優(yōu)化考核評價體系等方面進行教學改革探索與實踐。

2課程教學改革實踐與探索

2.1完善教材內(nèi)容建設(shè)，優(yōu)選教學資源和平臺

我校環(huán)境工程專業(yè)選用的教材為清華大學郝吉明院士團隊編寫的《大氣污染控制工程》，該教材權(quán)威性強、內(nèi)容全面、結(jié)構(gòu)合理、適用性廣，參考學時為80―100，目前我校2021版培養(yǎng)方案中該課程理論教學為48學時，基于課時偏少但內(nèi)容繁多的教學現(xiàn)狀，必須結(jié)合課程特色進行內(nèi)容的取舍和優(yōu)化。此外，盡管教材再版時已經(jīng)對部分內(nèi)容進行了更新和補充，但前沿研究熱點、新理論與新技術(shù)，以及行業(yè)特色創(chuàng)新等內(nèi)容，仍需在授課過程中及時增補。

為此，我們一方面對教材內(nèi)容進行凝練，突出重點難點內(nèi)容，側(cè)重知識的實用性，注重多課程融合。在進行教學設(shè)計時，將本課程與鄰近學科的相關(guān)內(nèi)容進行有機融合，有效拓展學生的知識面和思維能力，提高其運用多學科知識分析、解決實際大氣污染問題的能力。例如，在講解第十章?lián)]發(fā)性有機污染物控制時，通過個別提問和課堂討論的方式引導(dǎo)學生聯(lián)系“固體廢棄物處理與處置”課中的垃圾焚燒廠廢氣處理與處置方法，以及“環(huán)境工程原理”課程中的氣態(tài)污染物控制技術(shù)，達到知識點在實際環(huán)境工程應(yīng)用中的融會貫通。另一方面，積極開展文獻調(diào)研和科研熱點問題研究，針對當前大氣污染熱點話題如大氣細顆粒物（PM2.5）、臭氧、碳達峰和碳中以及氣候變化等開設(shè)專題，將最新的研究成果與科技創(chuàng)新補充到教學內(nèi)容中，優(yōu)化教學資源。例如，通過大氣污染多元經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸饪蚣芙馕鯬M2.5的分布特征，證明PM2.5在日尺度上與陸風有關(guān)，在年尺度上與冬季季風有關(guān)。此外，課程組在多年教學工作的基礎(chǔ)上，凝練并強化了顆粒物在重力、離心力及靜電力作用下沉降速度模型的共性問題，并將此項成果成功發(fā)表于《力學研究》期刊[4]?；诮滩?，高于教材，教師要貫徹“科教融合”理念，注重基礎(chǔ)知識與科技創(chuàng)新的銜接與教師要融合，突出課堂教學的新穎性和前瞻性。

課程組立足高度信息化背景，采用智慧式教學方式，充分利用中國大學MOOC、學堂在線、超星爾雅、智慧樹等線上教學平臺，將最新的教學資源引進并融入課堂，及時更新教學內(nèi)容，系統(tǒng)構(gòu)建以當前實際環(huán)境案例為主線的“理論講授―思維訓練―實踐檢驗”（2∶1∶1）的教學內(nèi)容，體現(xiàn)課程內(nèi)容的前沿性和時代性，注重學生適應(yīng)當前專業(yè)領(lǐng)域人才需求的綜合能力的培養(yǎng)。例如，選用同樣由郝吉明院士團隊開發(fā)的國家精品在線開放課程，圍繞課程目標分解各章節(jié)知識點，輔以視頻講解，鞏固課堂內(nèi)容。同時，利用“雨課堂”APP連接課前―課上―課后的每一個環(huán)節(jié)，通過隨堂測試、課后作業(yè)等方式及時了解學生對知識的掌握情況，讓課堂互動永不下線。此外，針對我校環(huán)境工程專業(yè)的培養(yǎng)目標和定位，課程教學團隊在長江雨課堂平臺自建網(wǎng)絡(luò)課程，課前上傳課程資料，包括課件庫、課程要點、試卷庫等；課堂中通過隨堂測試及時了解學生對知識的掌握情況；課后發(fā)布作業(yè)和討論題，輔助學生隨時進行線上預(yù)習、復(fù)習，提升教學效果。

2.2創(chuàng)新混合式教學方法，強化工程案例教學

傳統(tǒng)教學習慣以教師為主導(dǎo)，重知識講授輕實踐訓練，學生在課堂所學內(nèi)容不能靈活運用，缺乏綜合分析及解決復(fù)雜環(huán)境問題的能力。因此，在原有課堂教學基礎(chǔ)上，課程組提出“問題驅(qū)動―理實一體―自主實踐”的教學模式，構(gòu)建以學生為課堂主體，教師為輔的高階課堂模式。

課堂教學中，充分體現(xiàn)“學生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學思想，采用互動和討論的形式，提高學生學習的積極性和主動性。在OBE成果導(dǎo)向的教學模式和課程思政的教育要求下，要“以學生為中心”進行教學活動，采用“MOOC線上資源學習+雨課堂+線下課堂”的混合式教學方式，逐漸將以“教”為中心轉(zhuǎn)為以“學”為中心。例如，在講授“大氣污染物的形成與危害”這部分內(nèi)容時，加入課程思政元素，以視頻的方式讓學生直觀感受世界十大大氣環(huán)境污染事件所帶來的危害與影響，強調(diào)“金山銀山固然重要，但綠水青山是人民幸福生活的重要內(nèi)容，是金錢不能代替的”，做到“知識傳授”與“價值引領(lǐng)”并重[5]。在講解高斯模型時，課本上直接給出結(jié)論，不利于學生理解和掌握，因此教師可以利用大學高等數(shù)學的基本知識，進行多學科知識的有效融合，由點源到線源、由線源到面源、由面源到體源，詳細補充大氣污染源擴散高斯模型的建立過程。

設(shè)立開放課堂、交流課堂，由教師選擇典型的工程案例，學生分組查閱資料、交流討論，并進行課堂講評，突破傳統(tǒng)課堂重知識輕實踐的不足，充分激發(fā)學生將理論知識與工程實踐融會貫通的能力。通過“經(jīng)典案例剖析―提出問題―分組討論―設(shè)計方案―實踐驗證”，逐步提升學生的深度思考、創(chuàng)新意識與團隊協(xié)作精神，培養(yǎng)其解決復(fù)雜大氣污染問題的綜合能力和高級思維。

2.3加強實踐教學環(huán)節(jié)，注重工程素質(zhì)培養(yǎng)

實踐實驗教學是大氣污染控制課程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是支撐環(huán)境工程專業(yè)本科生工程實踐和創(chuàng)新設(shè)計能力的重要途徑[6]。為滿足工程認證的要求，環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案于2018年進行了修訂，將大氣污染控制工程實驗獨立為一門課程，并由原來的4個實驗項目增加至8個?；谀壳耙呀ㄔO(shè)的基礎(chǔ)實驗課程，增大綜合型、設(shè)計型實驗項目的教學占比，例如，在吸收法、吸附法凈化氣體中二氧化碳的實驗項目中，首先引導(dǎo)學生進行實驗方案設(shè)計（確定廢氣的濃度、吸收液及吸附劑類型等），隨后自主搭建吸收、吸附裝置，計算吸收、吸附速率，完成個人實驗設(shè)計與操作，培養(yǎng)學生的綜合設(shè)計能力和實驗操作技能，提升其工程素養(yǎng)。開發(fā)創(chuàng)新性實踐教學手段，如實行本科生“學業(yè)導(dǎo)師制”，積極安排學生參與教師的科研課題，實現(xiàn)科研反哺教學，在此過程中，學生的創(chuàng)新意識和工程實踐能力進一步得到發(fā)掘。

強化實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)，新增了為期2周的大氣污染控制工程課程設(shè)計環(huán)節(jié)，將課堂上的部分重點內(nèi)容作為課程設(shè)計題目，借助認知實習和專業(yè)生產(chǎn)實習，學生在實際工程現(xiàn)場更好地了解和學習實際生產(chǎn)工藝，并獲得設(shè)計原始數(shù)據(jù)、設(shè)備和裝置結(jié)構(gòu)等第一手材料。在理論學習后，引導(dǎo)學生進行污染控制系統(tǒng)設(shè)計，如四大除塵器、煙氣脫硫裝置等，通過工藝方案設(shè)計、處理流程及主要構(gòu)筑物圖紙繪算、項目工程概算編制，提高學生理論聯(lián)系實際的分析設(shè)計能力與創(chuàng)新思維。

加強產(chǎn)學研用深度融合，通過產(chǎn)教融合、校企合作開展科學研究、技術(shù)攻關(guān)、人才培養(yǎng)[7]。建立校外實習、實訓基地，如山西瑞光熱電有限責任公司、山西河坡發(fā)電有限責任公司、大唐太原第二熱電廠、洛陽東方實訓管理中心等，由實踐經(jīng)驗豐富的工程技術(shù)人員引導(dǎo)學生了解煙氣除塵、脫硫和脫硝工藝流程和設(shè)備，實現(xiàn)理論知識與工程實踐的密切對接。推行本科生校企雙導(dǎo)師培養(yǎng)模式，在畢業(yè)設(shè)計（論文）環(huán)節(jié)，邀請校外技術(shù)專家參與指導(dǎo)，結(jié)合實踐案例有針對性地對工藝流程、處理設(shè)備、設(shè)計計算等關(guān)鍵問題進行剖析，逐步深化學生對一線行業(yè)企業(yè)“實際復(fù)雜大氣污染控制問題”的理解，及時了解行業(yè)最新發(fā)展動態(tài)，提高工程意識及綜合運用所學知識解決實際問題的能力。

2.4優(yōu)化考核評價體系

突出學生綜合能力培養(yǎng)，貫徹“創(chuàng)新人才”培養(yǎng)理念，重視學習的全過程，將教學評價從結(jié)果考核向過程考核轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的結(jié)果考核無法客觀反映學生的真實水平。通過改變期末考試單一考核模式，增加討論式教學、翻轉(zhuǎn)課堂、隨堂測驗等教學環(huán)節(jié)，定期給出特定題目供學生去思考和總結(jié)，經(jīng)生講生評、生講師評，提高對學生知識能力水平的綜合評判，將能力培養(yǎng)、知識傳授和素質(zhì)教育融為一體。

建立線上線下混合式教學考核體系，根據(jù)學生在各教學環(huán)節(jié)的參與表現(xiàn)和期末考試成績進行綜合評定，完善全程能力考核評價方式方法，實現(xiàn)由單一考核向知識能力并重轉(zhuǎn)變，探索能力考核、分類評價的新模式。首先，提高過程性考核占比，由教師打分、師生互評、生生互評三方面組成過程性評價的綜合結(jié)果。其次，針對重點難點內(nèi)容，以提問的方式進行課堂互動，根據(jù)學生的實時反饋解析和回溯教學內(nèi)容，同時通過雨課堂上傳學習記錄表，進行學生互評。最后，課程結(jié)束后利用問卷星平臺進行問卷調(diào)查，根據(jù)教與學的動態(tài)變化進行持續(xù)改進。

3結(jié)語

大氣環(huán)境污染問題具有綜合性和復(fù)雜性，社會的快速發(fā)展對具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)“新工科”人才提出新的挑戰(zhàn)。面對新形勢和新要求，我?；贠BE成果導(dǎo)向的教學模式和課程思政的教育要求積極進行教學改革探索，凝練深化教材內(nèi)容、創(chuàng)新混合式教學方法、強化產(chǎn)學研用實踐教學培養(yǎng)、完善教學考核體系，逐步實現(xiàn)以自主思考、開放學習為主線，以工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標的教學模式，拓展實踐教學和課程設(shè)計的深度和廣度。實踐表明，多元化教學改革實現(xiàn)了以研促教、以教促學、教學相長，“大氣污染控制工程”課程改革已獲批2022年山西省高等學校教學改革創(chuàng)新項目，并入選山西省一流課程建設(shè)項目，對于培養(yǎng)面向新工科建設(shè)背景下的具有扎實大氣污染治理技術(shù)基礎(chǔ)理論、創(chuàng)新思維和工程實踐能力的創(chuàng)新型、應(yīng)用型專業(yè)人才具有重要意義。

*通訊作者：李廣科

基金項目：山西省高等學校教學改革創(chuàng)新項目（J20220073）。

參考文獻

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