新工科背景下《大氣污染控制工程》課程教學(xué)改革實踐

荊國華，申華臻，周作明，吳孝敏，蘇清發(fā)

（1.華僑大學(xué)化工學(xué)院，福建廈門 361021；2.福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司，福建廈門 361015）

工科教育對國家發(fā)展意義重大，2016年我國工程教育專業(yè)認證體系實現(xiàn)國際實質(zhì)等效，為實現(xiàn)國際接軌，工科專業(yè)獲得良好的升級改造機遇。2017年，一場關(guān)于高校工程教育發(fā)展的戰(zhàn)略研討會在復(fù)旦大學(xué)召開，深入探討了新形勢下高校如何培養(yǎng)新型工程技術(shù)人才，達成了“新工科”建設(shè)共識，對高校培養(yǎng)工程科技人才的實踐能力、創(chuàng)新能力及國際競爭力提出了更高的要求?！靶鹿た啤鄙婕靶吕砟?、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系等方面。同時國家要求將思想政治教育元素融入課程教學(xué)中，潛移默化地對學(xué)生的思想意識、行為舉止產(chǎn)生影響，實現(xiàn)立德樹人，培養(yǎng)高素質(zhì)的工程技術(shù)人才。

《大氣污染控制工程》是環(huán)境工程專業(yè)的核心課程，重點介紹大氣污染控制的基本理論、技術(shù)方法等，提升學(xué)生分析解決大氣污染問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生大氣污染控制工程設(shè)計、科技創(chuàng)新及技術(shù)管理等方面的能力。2018年，國務(wù)院發(fā)布了“打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃”，對“大氣污染控制工程”課程教學(xué)提出了更新更高的要求。為適應(yīng)國家新要求、時代新需要，結(jié)合用人單位、行業(yè)、學(xué)生等多方需求及學(xué)校、專業(yè)辦學(xué)定位，修訂了課程的教學(xué)目標，從學(xué)科導(dǎo)向轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)需求導(dǎo)向、從專業(yè)分割轉(zhuǎn)向跨界融合。結(jié)合反饋意見與教學(xué)經(jīng)驗踐行新工科教育理念，課程培養(yǎng)目標以學(xué)生的需求為中心，課程內(nèi)容選取以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力和創(chuàng)新能力為中心，課堂教學(xué)形式組織以確保學(xué)生學(xué)好學(xué)會為中心，課程考核以評價學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力和創(chuàng)新能力為中心，在推行國際實質(zhì)等效的工程教育專業(yè)認證基礎(chǔ)上開展多維度的課程教學(xué)改革與實踐。

1 課程教學(xué)內(nèi)容調(diào)整

課程選用國家級規(guī)劃教材《大氣污染控制工程（第三版）》（郝吉明等主編，高等教育出版社）[1]，2021年該教材修訂至第四版[2]。對該教材內(nèi)容融會貫通的基礎(chǔ)上，實施了模塊化教學(xué)組織形式，彰顯以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進的工程教育理念，引入“課程思政”元素，融合生態(tài)文明建設(shè)的“五位一體”發(fā)展觀，使學(xué)生形成正確的環(huán)保及綠色發(fā)展的觀念，并將大氣污染控制的各項行為提升至更好地建設(shè)美麗中國理念中。調(diào)整后的課程內(nèi)容分五個模塊，按照知識模塊安排課程學(xué)習(xí)進度。

模塊一為大氣污染概述（對應(yīng)教材第一、十二章），此模塊注重培養(yǎng)學(xué)生形成對大氣污染控制工程課程知識體系的整體輪廓，并引入生態(tài)文明觀，促使學(xué)生形成正確的可持續(xù)發(fā)展理念。在這部分主要融入以下思政元素：①全球性大氣污染問題（人類命運共同體，友善）；②中國城市大氣污染概況（國情，愛國）；③大氣污染綜合防治含義與措施（生態(tài)文明建設(shè)，責任感，誠信，創(chuàng)新）；④環(huán)境空氣質(zhì)量控制標準（法治）。

模塊二為大氣污染來源和成因分析（對應(yīng)教材第二章），此模塊要求學(xué)生懂得分析大氣污染物的形成過程，討論科學(xué)有效減少大氣污染物的途徑，并通過查閱文獻，了解相關(guān)的新動態(tài)、新成果，啟發(fā)大氣污染控制技術(shù)的創(chuàng)新。在這部分主要融入以下思政元素：①我國能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢（愛國，生態(tài)文明建設(shè)）；②推廣新能源（愛國，生態(tài)文明建設(shè)）。

模塊三為大氣污染物在環(huán)境中的擴散和歸趨（對應(yīng)教材第三、四章），此模塊要求學(xué)生利用大氣污染氣象學(xué)方面的知識，預(yù)判大氣污染物的轉(zhuǎn)化與歸趨，能夠估算大氣污染物濃度情況和大氣質(zhì)量水平，掌握大氣污染與全球氣候動態(tài)。在這部分主要融入以下思政元素：①大氣污染對人體健康的影響（法治，友善）；②大氣污染對氣候的影響（人類命運共同體，友善）；③溫室效應(yīng)、倫敦煙霧事件、洛杉磯光化學(xué)煙霧事件、巴黎協(xié)定（人類命運共同體，友善）。

模塊四為大氣污染物控制理論基礎(chǔ)和技術(shù)裝備（對應(yīng)教材第五至十一章），此模塊要求學(xué)生通過對顆粒污染物、硫氧化物、氮氧化物、VOCs等大氣污染物的凈化原理、凈化方法、影響因素、凈化裝置、工藝流程的學(xué)習(xí)，具備大氣污染控制方案的提出、凈化系統(tǒng)的設(shè)計計算以及技術(shù)創(chuàng)新能力。在這部分主要融入以下思政元素：①除塵原理與技術(shù)，脫硫原理與技術(shù)，脫硝原理與技術(shù)，VOCs控制原理與技術(shù)，機動車尾氣減排原理與技術(shù)（創(chuàng)新意識）；②除塵裝置，脫硫裝置，脫硝裝置，VOCs控制裝置，機動車尾氣減排（工匠精神）；③具體大氣污染控制技術(shù)的講授過程中融入學(xué)術(shù)誠信、創(chuàng)新意識等內(nèi)容，培養(yǎng)辯證思維模式，更好地幫助學(xué)生樹立正確的科學(xué)觀（誠信，創(chuàng)新，正確的科學(xué)觀）；④讓學(xué)生思考自己能為國家大氣污染控制做什么，從而引導(dǎo)學(xué)生樹立責任意識（愛國，責任）。

模塊五為大氣污染控制工程案例與設(shè)計計算（對應(yīng)教材第十三章），此模塊從解決大氣污染實際問題的角度充分系統(tǒng)融合課程知識，借助具體工程案例，從設(shè)計到運維進行詳細討論，切實把提高學(xué)生解決復(fù)雜工程的能力這一專業(yè)認證的指導(dǎo)思想貫徹到教學(xué)的全過程。在這部分主要融入以下思政元素：①集氣罩設(shè)計（工匠精神，敬業(yè)）；②管道系統(tǒng)設(shè)計（工匠精神，敬業(yè)）；③大氣污染控制工程方案提出（團隊精神，創(chuàng)新意識，工匠精神，敬業(yè)）。

2 課程教學(xué)模式改革

課程教學(xué)組織上，按照“夯實理論基礎(chǔ)，拓展實踐與創(chuàng)新能力，引入課程思政，提升工程素養(yǎng)”的原則，深入貫徹面向工程認證的CDIO-OBE工程教育模式，采用理論講授、問題導(dǎo)向、案例分析、前沿研討、綜合訓(xùn)練等多種教學(xué)形式，結(jié)合信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等教學(xué)手段，提高教學(xué)效果。

經(jīng)過改革，課程教學(xué)組織轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，特別注重學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，學(xué)生根據(jù)課程教學(xué)目標主動學(xué)習(xí)。在整個教學(xué)過程中，引入信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)，促進智慧課堂、翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學(xué)方式的運用與推廣，學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為自主學(xué)習(xí)，教師擔任引路人和陪練者的角色。針對大氣污染現(xiàn)象（如酸雨、光化學(xué)煙霧、霧霾等），先讓學(xué)生通過已掌握的專業(yè)知識進行分析，借助資料調(diào)研，提出可行的解決途徑，并對各種途徑進行原理分析、設(shè)備計算、工藝優(yōu)化和工程設(shè)計，最終形成完整的課程知識體系，實現(xiàn)能力提升（如圖1所示）。課程邀請了企業(yè)專家加入教師團隊，充分利用校企合作平臺提升學(xué)生的實踐能力，夯實學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)、工程倫理和職業(yè)道德。任課教師還依托科研項目引導(dǎo)學(xué)生不斷提高專業(yè)創(chuàng)新能力，促進學(xué)生的課程學(xué)習(xí)興趣。

圖1 “二氧化硫”污染控制教學(xué)組織模式示例

3 課程質(zhì)量評價改革

評價能否科學(xué)準確反映課程目標達成情況，對課程教學(xué)持續(xù)改進意義重大[3]。當前實行的全過程考核方式，課程成績涵蓋的6個方面及權(quán)重為：課堂出勤≤5%，習(xí)題作業(yè)≤10%，設(shè)計作業(yè)≥15%，分析討論≥15%，期末筆試≤50%，期中筆試≤10%。相較于改革前，增加了習(xí)題作業(yè)、設(shè)計作業(yè)與分析討論3個方面，將分析討論、課后作業(yè)等教學(xué)全過程納入了教學(xué)質(zhì)量評價環(huán)節(jié)。在作業(yè)與分析討論中強化了工程案例、分析創(chuàng)新等元素，如污染成因分析、治理方案優(yōu)選、工程案例設(shè)計等。通過工程案例提升學(xué)生實踐能力，通過分析解決大氣污染問題培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。結(jié)合全過程評價結(jié)果，撰寫課程教學(xué)質(zhì)量報告，分析每一項教學(xué)目標的達成度，找出短板，持續(xù)改進，不斷完善課程建設(shè)。本課程教學(xué)目標設(shè)置見表1。

表1 通過《大氣污染控制工程》學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)具備的能力

4 改革效果

通過課程教學(xué)改革，學(xué)生反應(yīng)良好，評教值呈上升趨勢（2017年91.7分，2018年92.37分，2019年92.83分，2020年93.38分），借助課程教學(xué)質(zhì)量報告，不斷改進，課程教學(xué)目標達成度有所改善。如2016級學(xué)生《大氣污染控制工程》課程教學(xué)目標4達成度偏低（圖2a），反映學(xué)生設(shè)計/開發(fā)解決方案能力培養(yǎng)不夠，在隨后的課程教學(xué)中通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，增加了方案設(shè)計能力培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法，增加師生合作完成的研討式教學(xué)，加強大氣污染問題及解決途徑分析，同時改進作業(yè)類型，增加工程實例方面的作業(yè)比例。通過上述措施，2017級學(xué)生該課程教學(xué)目標4的達成度得到了提升（見圖2b）。

圖2 《大氣污染控制工程》課程教學(xué)目標4達成度分析圖