新工科背景下《大氣污染控制工程》課程教學改革實踐

荊國華，申華臻，周作明，吳孝敏，蘇清發

（1.華僑大學化工學院，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）

工科教育對國家發展意義重大，2016年我國工程教育專業認證體系實現國際實質等效，為實現國際接軌，工科專業獲得良好的升級改造機遇。2017年，一場關于高校工程教育發展的戰略研討會在復旦大學召開，深入探討了新形勢下高校如何培養新型工程技術人才，達成了“新工科”建設共識，對高校培養工程科技人才的實踐能力、創新能力及國際競爭力提出了更高的要求。“新工科”涉及新理念、新結構、新模式、新質量、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中，潛移默化地對學生的思想意識、行為舉止產生影響，實現立德樹人，培養高素質的工程技術人才。

《大氣污染控制工程》是環境工程專業的核心課程，重點介紹大氣污染控制的基本理論、技術方法等，提升學生分析解決大氣污染問題的能力，培養學生大氣污染控制工程設計、科技創新及技術管理等方面的能力。2018年，國務院發布了“打贏藍天保衛戰三年行動計劃”，對“大氣污染控制工程”課程教學提出了更新更高的要求。為適應國家新要求、時代新需要，結合用人單位、行業、學生等多方需求及學校、專業辦學定位，修訂了課程的教學目標，從學科導向轉向產業需求導向、從專業分割轉向跨界融合。結合反饋意見與教學經驗踐行新工科教育理念，課程培養目標以學生的需求為中心，課程內容選取以培養學生解決復雜工程問題能力和創新能力為中心，課堂教學形式組織以確保學生學好學會為中心，課程考核以評價學生解決復雜工程問題能力和創新能力為中心，在推行國際實質等效的工程教育專業認證基礎上開展多維度的課程教學改革與實踐。

1 課程教學內容調整

課程選用國家級規劃教材《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]。對該教材內容融會貫通的基礎上，實施了模塊化教學組織形式，彰顯以學生為中心、成果導向、持續改進的工程教育理念，引入“課程思政”元素，融合生態文明建設的“五位一體”發展觀，使學生形成正確的環保及綠色發展的觀念，并將大氣污染控制的各項行為提升至更好地建設美麗中國理念中。調整后的課程內容分五個模塊，按照知識模塊安排課程學習進度。

模塊一為大氣污染概述（對應教材第一、十二章），此模塊注重培養學生形成對大氣污染控制工程課程知識體系的整體輪廓，并引入生態文明觀，促使學生形成正確的可持續發展理念。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（生態文明建設，責任感，誠信，創新）；④環境空氣質量控制標準（法治）。

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

模塊三為大氣污染物在環境中的擴散和歸趨（對應教材第三、四章），此模塊要求學生利用大氣污染氣象學方面的知識，預判大氣污染物的轉化與歸趨，能夠估算大氣污染物濃度情況和大氣質量水平，掌握大氣污染與全球氣候動態。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、倫敦煙霧事件、洛杉磯光化學煙霧事件、巴黎協定（人類命運共同體，友善）。

模塊四為大氣污染物控制理論基礎和技術裝備（對應教材第五至十一章），此模塊要求學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、工藝流程的學習，具備大氣污染控制方案的提出、凈化系統的設計計算以及技術創新能力。在這部分主要融入以下思政元素：①除塵原理與技術，脫硫原理與技術，脫硝原理與技術，VOCs控制原理與技術，機動車尾氣減排原理與技術（創新意識）；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的講授過程中融入學術誠信、創新意識等內容，培養辯證思維模式，更好地幫助學生樹立正確的科學觀（誠信，創新，正確的科學觀）；④讓學生思考自己能為國家大氣污染控制做什么，從而引導學生樹立責任意識（愛國，責任）。

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

2 課程教學模式改革

課程教學組織上，按照“夯實理論基礎，拓展實踐與創新能力，引入課程思政，提升工程素養”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、問題導向、案例分析、前沿研討、綜合訓練等多種教學形式，結合信息化、網絡化、智能化等教學手段，提高教學效果。

經過改革，課程教學組織轉變為以學生為中心，特別注重學生實踐能力與創新能力的培養，學生根據課程教學目標主動學習。在整個教學過程中，引入信息化、網絡化、智能化技術，促進智慧課堂、翻轉課堂等新型教學方式的運用與推廣，學生變被動學習為自主學習，教師擔任引路人和陪練者的角色。針對大氣污染現象（如酸雨、光化學煙霧、霧霾等），先讓學生通過已掌握的專業知識進行分析，借助資料調研，提出可行的解決途徑，并對各種途徑進行原理分析、設備計算、工藝優化和工程設計，最終形成完整的課程知識體系，實現能力提升（如圖1所示）。課程邀請了企業專家加入教師團隊，充分利用校企合作平臺提升學生的實踐能力，夯實學生專業素養、工程倫理和職業道德。任課教師還依托科研項目引導學生不斷提高專業創新能力，促進學生的課程學習興趣。

圖1 “二氧化硫”污染控制教學組織模式示例

3 課程質量評價改革

評價能否科學準確反映課程目標達成情況，對課程教學持續改進意義重大[3]。當前實行的全過程考核方式，課程成績涵蓋的6個方面及權重為：課堂出勤≤5%，習題作業≤10%，設計作業≥15%，分析討論≥15%，期末筆試≤50%，期中筆試≤10%。相較于改革前，增加了習題作業、設計作業與分析討論3個方面，將分析討論、課后作業等教學全過程納入了教學質量評價環節。在作業與分析討論中強化了工程案例、分析創新等元素，如污染成因分析、治理方案優選、工程案例設計等。通過工程案例提升學生實踐能力，通過分析解決大氣污染問題培養學生創新能力。結合全過程評價結果，撰寫課程教學質量報告，分析每一項教學目標的達成度，找出短板，持續改進，不斷完善課程建設。本課程教學目標設置見表1。

表1 通過《大氣污染控制工程》學習，學生應具備的能力

4 改革效果

通過課程教學改革，學生反應良好，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），借助課程教學質量報告，不斷改進，課程教學目標達成度有所改善。如2016級學生《大氣污染控制工程》課程教學目標4達成度偏低（圖2a），反映學生設計/開發解決方案能力培養不夠，在隨后的課程教學中通過優化教學內容，增加了方案設計能力培養的教學內容，創新教學方法，增加師生合作完成的研討式教學，加強大氣污染問題及解決途徑分析，同時改進作業類型，增加工程實例方面的作業比例。通過上述措施，2017級學生該課程教學目標4的達成度得到了提升（見圖2b）。

圖2 《大氣污染控制工程》課程教學目標4達成度分析圖