新工科背景下大氣污染控制領域創新與實踐復合型人才培養模式探索

王婷 史國良 畢曉輝 田瑛澤 孫妍 徐準

摘 ?要：近幾十年來，我國在大氣污染控制和空氣質量管理方面做了大量的工作并取得了顯著成效，但是很多問題的難度和復雜性遠遠超出目前人類的科學認知和技術水平，使用傳統工學的技術方法恐難以滿足復雜多變的大氣污染治理現狀。為應對新的挑戰，教育部積極推進新工科建設，致力于培養面向未來的多元化、創新型卓越人才。為此，首先立足根基，通過完善課程體系建設，為學生建立大氣污染控制領域問題導向、目標引領、全程控制、精準施策的系統知識體系。此外，將教學育人與科研育人相結合，提高學生對領域前沿的敏感性。積極鼓勵學生利用課堂講授的理論知識，培養學生的創新思維進行創新性成果轉化，發表論文、獲得獎勵、申請課題等。進而指導學生作為“學術帶頭人”申請科研項目或參與國家重大研究項目，促進實踐出真知，提升學生實踐能力。通過多元化多舉措并行，不僅夯實了學生的專業知識，更從理論創新、技術研發、社會實踐等多角度對學生進行全過程培養，建立了具有環境新工科特色的大氣污染防治領域創新與實踐復合型人才的培養體系。

關鍵詞：新工科;大氣污染控制;創新;實踐;人才培養

中圖分類號：C961 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）S1-0143-04

Abstract： In recent decades， lots of measures have been implemented on air pollution control and air quality management and achieved remarkable results in our country. However， there are still many the difficult and complex problems far beyond the current human scientific cognition and technical level. Application of traditional engineering technical methods might be difficult to meet the complex and changeable air pollution control situation. To face the new challenges， the Ministry of Education vigorously promotes the construction of new engineering education， aiming to cultivating future-oriented outstanding talents with diversification and innovation. For this purpose， a systematic knowledge system of problem orientation， goal guidance， whole-process control and accurate measure was established for students based on the foundation and through the improvement of curriculum system construction. Furthermore， the teaching education and scientific research education were combined， which will improve sensitivity of students to the forefront of the field. In addition， actively encourage students to use the theoretical knowledge taught in the classroom and cultivate students' innovative thinking to develop innovative outcomes， including paper publication， awards acquisition， funding application， etc. Moreover， guide students to apply as academic leaders for application of scientific research projects or participation in major national scientific research projects， which could promote students to acquire genuine knowledge from practice and improve the practical ability. The diversified measures in parallel could consolidate the professional knowledge of students， and further cultivate students from multiple angles in the whole process through the theoretical innovation， technology research and development， social practice， and so on aiming to establish the cultivation system for innovative and practical interdisciplinary talents with new engineering features in air pollution control field.

Keywords： new engineering; air pollution control; innovation; practice; talent cultivation

地球是人類賴以生存的家園，隨著現代工業文明的快速發展，人類賴以生存的環境正在受到前所未有的挑戰，形形色色的污染物排放到環境中，與水體、土壤、大氣形成復雜的混合體，在地球化學反應和環境生物的共同作用下，污染物不斷變化，對環境造成了巨大的破壞。空氣作為維持人類正常生活的必要物質，空氣質量的優劣直接影響到人類的生存居住環境，近幾十年來，我國大氣污染形勢嚴峻，大氣環境保護事關人民群眾根本利益，事關經濟持續健康發展，事關全面建成小康社會，事關實現中華民族偉大復興的中國夢[1]。但是，我國大氣污染呈現區域性復合型污染的復雜特點，大氣污染的來源多、污染的因子多、污染的成因復雜[2-3]。從《大氣污染防治行動計劃》《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》到“十四五”期間全面改善空氣質量行動計劃，近期，國務院再次提出深入打好污染防治攻堅戰，強調要著力以更高標準打好藍天保衛戰，推動高質量發展、創造高品質生活。大氣污染治理工作任重道遠，難度和復雜性遠遠超出目前人類的科學認知和技術水平，使用傳統工學的技術方法恐難以勝任復雜多變的大氣污染治理現狀。

近年來，為應對新一輪科技革命和產業變革的挑戰，主動服務國家創新驅動發展等重大戰略實施，加快工程教育改革創新，培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才，支撐產業轉型升級，教育部積極推進新工科建設[4]。新工科教育致力于培養面向未來的多元化、創新型卓越人才，以開拓的精神，打破固有的學科壁壘，強化實踐訓練，以應對紛繁復雜的大氣污染防治新形勢、國家戰略發展和人才培養的新需求。我校環境工程專業作為學校首個通過工程教育認證的工科專業，在教學工作中堅持貫徹“學生中心、產出導向、持續改進”的教育理念，主動對標《華盛頓協議》和中國工程教育認證標準要求，在新工科建設的大背景下，力爭通過不斷完善課程體系、深化課堂改革，依托高校培養高科技人才，提升專業人才培養質量，走向高等教育強國之路[5]。

一、課程體系建設

環境工程學主要針對的是環境中以水、土、氣、固廢為介質的污染治理研究，大氣污染控制工程課程是從事大氣污染防治領域研究的環境工程專業學生的必修專業課程。傳統的課程體系側重于大氣污染物的種類、擴散機制和其主要來源鍋爐的煙氣后處理技術的逐一講述。而隨著幾十年來我國產業結構、能源結構、交通運輸結構等的調整和優化，大氣污染控制和空氣質量管理手段已發生翻天覆地的變化[2]。作為人才培養的基礎，為配合創新與實踐復合型大氣污染控制人才的要求，課程體系和課程理念勢必與時俱進，本課程在基礎知識上形成新的架構，形成了從大氣污染物的產生和污染特征至大氣污染控制技術與手段的從源到匯的完整知識體系。即首先解決大氣污染物“是什么”的問題，從污染物種類、理化性質和產生來源夯實專業基礎知識;繼而，通過系統講述大氣污染物的源解析技術，培養學生對污染物精準溯源的能力，解決“從哪兒來”的問題;進而，對于各污染源有針對性地介紹采樣及分析技術，并根據本領域研究前沿逐年更新教學內容，為今后科研或工作中解決實際問題提供方法學依據，解決大氣污染物“有多少”的問題;最后，講述各類污染源的污染物排放控制工程技術，既包括傳統的成熟的技術手段，又不斷更新新技術與新對策，培養能解決實際工程問題的專業人才，解決“怎么辦”的問題。為學生建立大氣污染控制領域問題導向、目標引領、全程控制、精準施策的系統知識體系。學生通過系統性的學習，對本領域專業知識得到一定的積累，目前已在Science of the Total Environment等領域內高水平學術期刊發表大氣顆粒物源解析方面的綜述文章。

二、領域前沿引領

在課程教學過程中，教學團隊將科研育人與教學育人相結合，以科研反哺教學的形式，將科學研究的最新成果編入教材，引領本領域研究前沿，豐富了課程內容。例如，課程組梳理了大氣顆粒物來源解析研究的國內外最新研究進展，編著了英文教材Recent Development of Receptor Model for Ambient Particulate Matter Source Apportionment，系統全面地介紹了大氣顆粒物源解析技術的基礎理論和發展歷程，對源解析技術的方法學及其應用案例進行了詳細闡述，并對復合受體模型、來向解析等一些較新的大氣顆粒物來源解析技術和最新國內外研究進展進行梳理，為學生建立完整的大氣顆粒物源解析理論與實踐知識體系，該書作為授課教材之一，使學生更清晰地了解當前領域科學研究的最新成果，開拓學生眼界，提升學生科學素養。

大氣污染復雜多變，存在多污染物共存、新舊污染問題交織、傳統與新型污染源貢獻多變等問題，大氣污染控制技術亦飛速發展，日新月異，這些都要求大氣污染控制工作者具有敏銳的嗅覺，采用更加科學先進的技術手段進行精準防控，大氣污染控制教學內容需重視實效性與前沿性。為此，課程組每年修訂課程教學內容，立足國內外污染現狀，放眼領域最新研究成果。課程組成員由專業從事大氣污染控制領域研究的教師組成，主持和參與國家級、省部級和地方級科研項目，在本領域頂尖期刊發表高水平學術論文，獲省部級以上多項科研獎勵，具有較強的領域前沿敏銳性和研究經驗。因此，課程內容從傳統污染物的新污染問題、新型污染物的污染特征、新污染源識別、先進采樣與分析技術到前沿污染控制與后處理技術發展，全面覆蓋大氣污染控制領域研究內容，引領前沿，讓學生在課堂上盡可能地接觸本領域前沿理論與技術，努力實現從課堂到工作實踐的“無縫銜接”，滿足未來大氣污染控制工作一線的需求。

三、創新思維培養

創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力，已經成為全社會的共識[6]。習近平總書記也再三強調，“誰牽住了科技創新這個‘牛鼻子’，誰走好了科技創新這步先手棋，誰就能占領先機、贏得優勢”[7]，“加強創新人才教育培養……要把教育擺在更加重要位置，全面提高教育質量，注重培養學生創新意識和創新能力”[8]。這都為創新教育注入了新的動力和提出了更高的要求。為此，課程組將傳統教學方式與多元教學模式相結合。在傳統教學方法的基礎上，補充了最新的教學手段，豐富了課堂的教學內容。例如，在課堂上，通過講解、演示、示范等可視化手段講授大氣污染控制理論與技術涉及的新模型、技術和方法，使學生更直觀地了解其理論內涵、適用范圍和應用效果。在課堂、課后指導學生充分發揮主觀能動性，進一步熟悉和使用課堂講授的模型和軟件，并通過學術研討會的方式，激發學生創新性思維，使學生更深層次地熟練了解和掌握最新的技術手段。鼓勵學生利用課堂講授的理論知識，進行創新性成果轉化，多名研究生已撰寫論文，并以第一作者身份發表在領域內頂尖學術期刊上，例如學生通過課堂學習受體模型源解析技術，將其應用于科研工作中，成果發表于Environment Science & Technology等本領域高水平學術期刊上;多名研究生獲得國家獎學金、南開大學一等獎學金等;研究生多次主持、申請科研項目及課題，多次獲創新項目立項，例如在課程組教師的指導下，研究生獲得多項南開大學“知行南開”研究生創新能力提升計劃項目立項，研究內容包括大氣降塵污染特征及來源解析研究、機動車排放清單的構建等，部分項目獲得優秀項目獎。這些舉措極大地促進了學生的創新思維培養和科研主人翁意識。

四、專業實踐培訓

將教學育人、科研育人、實踐育人相結合，以教學促科研，教學成果提升科研思維，培養科研實踐人才。實踐是方法論的客觀標準，脫離實踐，再好的理論都是空談。因此，課程組在課程講授關于大氣污染控制的理論、技術與方法基礎上，積極鼓勵學生參與國家大氣污染防治工作。例如，鼓勵學生作為“學術帶頭人”申請科研項目，多名學生作為主持人獲學校創新項目立項，學生通過撰寫項目申請書、設計研究方案、組織項目執行、參與項目答辯等過程，將理論知識極大地應用于實踐，且從實踐過程中發現個人理論知識的不足和短板，通過與教師討論和查閱文獻等方式，拓寬和加深了領域相關知識的廣度與深度，部分項目完成后獲得優秀項目獎勵，學生的學習和科研積極性與自信心也得到了有效提升。此外，指導學生參與學院相關研究方向教師的科研課題，例如將空氣污染控制技術應用在京津冀周邊空氣污染來源及成因分析等研究課題上，綜合利用受體模型、排放源清單等源解析技術分析了京津冀及周邊區域的空氣污染來源及對顆粒物的貢獻，及參與山西省晉中市等地區大氣顆粒物來源解析工作，幫助環境管理部門找到了污染成因和主要來源，實踐工作受到了管理部門的肯定;所建立的污染物溯源及預警技術，多次獲得省部級獎項和專利授權;協助監測部門開展京津冀及周邊地區大氣顆粒物組分網手工監測、模型計算工作，所建立的源解析新技術應用在國家大氣重污染攻關防治研究工作上，為我國大氣污染防治貢獻了力量。正所謂紙上談兵不如躬行實踐，研究生參加實踐工作，解決了實際中的大氣污染控制問題，學術能力和實踐能力均得到提高，學生的愛國情懷得到了提升，主人翁意識得到了樹立，科技報國的理念得到了培養，日后將成為國家大氣污染控制領域專業的創新實踐復合型人才。

五、結束語

綜上所述，在新工科建設的背景下，為建設美麗中國，加強生態文明建設，堅決響應國務院深入打好污染防治攻堅戰的號召，培養可應對復雜多變的大氣污染形勢的大氣污染控制專業人才。在學生培養過程中，通過多元化多舉措并行，在提升了學生對專業理論的綜合認知基礎上，從理論創新（發表論文）、技術研發（獲得授權專利）、社會實踐（服務國家）等多角度對學生進行全過程培養。近兩年的復合培養模式探索下，學生綜合素質得到大幅度提升，獲得多項國家級獎學金、主持校級科研項目、發表高水平學術論文、參與國家級項目和政府決策，并在綜合實踐的過程中對所學基礎知識進行實踐、對本領域科學前沿有了更深的了解、創新思維能力得到大幅度提升。這些成果與進步說明具有環境新工科特色的大氣污染防治領域創新和實踐的復合型人才培養體系的有效性，在今后的教學中進行持續維持與不斷改進，必將為國家輸送大氣污染控制領域復合型高素質人才，為實現建設人與自然共生的美麗中國的目標而努力。

參考文獻：

[1]中華人民共和國中央人民政府.國務院關于印發大氣污染防治行動計劃的通知（國發〔2013〕37號） [EB/OL].（2013-9-13）.http：//www.gov.cn/zhengce/content/2013-09/13/content_4561.htm.

[2]柴發合.我國大氣污染治理歷程回顧與展望[J].環境與可持續發展，2020，45（3）：5-15.

[3]賀克斌，吳燁，胡洪營，等，環境學科發展與課程體系建設[J].中國大學教學，2018（6）：10-14.

[4]徐建行.我國新工科建設政策的演變邏輯與優化——基于多源流理論的分析視角[J].中國高校科技，2020（7）：57-61.

[5]郝吉明.依托高水平科技研究 培養高水平專業人才[J].中國大學教學，2019（Z1）：12-15.

[6]習近平談創新（上）[J].黨政論壇（干部文摘），2016（4）：4.

[7]習近平談創新（中）[J].黨政論壇（干部文摘），2016（5）：4.

[8]習近平：在科學家座談會上的講話[EB/OL].（2020-9-11）.https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1677549460006891757&wfr=spider&for=pc.