大氣污染控制工程教學改革方法

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摘要：隨著社會的發展和東北老工業基地的振興，未來新興產業和新經濟需要的是實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才。為培養新型科技人才，在新工科背景下嘗試將成果導向（OBE）理念應用于教學改革中。OBE教學理念是將傳統的簡單知識教授轉換為培養學生獲取知識的能力，注重學習成果產出和學生能力的提升。從教學思維與理念、教學內容、實踐方法、考核形式等方面對“大氣污染控制工程”課程的教學改革進行初探，以期提高學生學習能力和實踐能力。

關鍵詞：新工科；OBE理念；“大氣污染控制工程”；教學改革

1背景

OBE理念已被國外不少國家視為高等教育改革的基礎和教育理念。OBE即“成果導向”，指教學課程設計和教學實施的目標是學生接受教育所能得到的最大學習成果，即學生經過某一階段教學后可以獲得的最大能力[1-6]。它主要注重的是能力的培養，而非掌握簡單的理論知識，以提升學生的綜合能力作為評價教學成果的依據。基于OBE理念的高校教學改革，有助于培養學生的綜合素養和工程實踐能力，是十分重要且必要的。隨著社會的發展，未來新興產業和新經濟需要的是實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才。“新工科”建設提出以來，高等教育新工科教育改革備受教育部重視。高等教育改革中的重要目標是建立滿足新工科建設需求的高校工程實踐教育體系與平臺，通過教育改革，提高學生的綜合能力和工程實踐能力，這很大程度上反映于高等教育相關課程教學中。結合OBE理念，如何在新工科背景下發展基于OBE理念教育的課程教學改革，探求工科課程的教學模式，是工科課程改革面臨的重要問題之一。隨著經濟發展、城市化進程加快，大氣污染問題已成為重要的環境問題，并呈現出復合污染態勢。而大氣污染控制是環境污染治理的重要組成部分和方向。“大氣污染控制工程”是高校環境工程、環境科學專業學生必修的課程，該課程知識量大且難以掌握。該課程在以往的教學中偏重于對理論與書本上專業知識的掌握，難以滿足新工科建設的大背景下對工科科技人才發展形勢的需求。面向社會主義生態文明建設的國家戰略，聚焦東北老工業基地振興和產業轉型過程中出現的生態環境問題，為培育符合新工科背景下社會發展需求的科技人才，需對該課程進行教學改革，以探尋更為科學有效的教學方法。

2課程教學改革

2.1改進教學思維

教學思維方式是教師在教學過程中將一定的思想內容和思考方法運用于教學過程中的思維模式。它可以以教學目標來體現，即教學向所需方向進行，并通過實施教學活動，達到預期成果。傳統的高校課程教學目標更注重學生對課程理論知識的學習和掌握。而基于OBE理念的教學目標與以往的教學目標有所不同，其更側重于對學生綜合能力的培養與提高，而不是簡單地傳授理論知識。在新工科背景下，尤其人們對環境空氣質量要求越來越高的情況下，更需要大氣污染治理專業人才尤其是具有工程實踐能力的科技人才。為此在教學改革過程中，以提高學生綜合能力和工程素養為目標，基于教學內容、教學方法和考核評價方式等環節，遵循以能力教學為本，理論結合實踐，從而培養學生發現、分析及解決環境工程實際問題、設計/開發解決方案、使用現代工具等能力。

2.2優化教學內容

“大氣污染控制工程”這門課程內容涵蓋了大氣污染及其控制理論、控制技術、標準等多方面，甚至涉及人文、經濟等方面，是一門較為綜合性的專業課程。課程教學內容龐雜，知識點多，難度相對較大，并且要求有一定的數學、物理與化學的基礎，對學生來說較為生澀難懂，而且課程時數少，更加增加了學生的學習難度。以往的教學內容中以理論基礎知識為主，實踐教學較少。學生掌握理論知識較好，但學生獨立思考、分析、解決環境工程實際問題能力不足，不能較好地將理論結合實際、活學活用、分析及解決環境實際工程問題。總體來說，學生的工程實踐及創新能力不足。因此基于教學理念及需求，在規定的有限學時內，需合理設計及優化教學內容，增強教學吸引力，提高教學質量及效果。教材選擇方面，優選權威教材。“大氣污染控制工程”這門課程教材目前出版的版本較多，基本的理論知識較為全面，也較為系統，但各自的側重點略有不同，并不是所有教材都可滿足新工科背景教學需求。基于教學目標需求，本教學改革選擇由郝吉明院士等人編著、高等教育出版社出版的國家級規劃教材《大氣污染控制工程》（第三版）為主教材。但由于社會、經濟的發展及科技的進步，新的大氣環境問題及先進的大氣污染控制技術、防治措施和相關的標準、規范、政策也發生了變化，而該教材出版于2010年，有些內容略有欠缺，未及時更新，并不能及時展現當下的大氣污染問題、研究動態及學科前沿。因此需要更新部分教材內容，如《環境空氣質量標準》內容、大氣污染防治的政策和措施、區域大氣污染防治等。基于教材講授外，還可以向學生推薦一些大氣污染控制相關的優秀參考資料，同時輔助本校自編“大氣污染控制工程”課程實驗教材。教學結構方面，采用模塊化教學，將各模塊有機整合。基于教改需求，重新編制課程教學大綱，將模塊化理念融入教學大綱中，將本課程進行模塊化分割，采用模塊化教學。將課程分為7個模塊，分別為大氣污染基礎知識模塊、燃燒計算模塊、氣象與大氣污染擴散濃度估算模塊、顆粒物控制模塊、氮氧化物控制模塊、硫氧化物控制模塊、VOCs控制模塊。針對不同模塊難度及學生學習能力，進行彈性授課。并根據不同模塊的特點，擴展知識點和案例，并將各模塊間進行有機聯系，培養學生控制大氣污染的宏觀思維和解決實際問題的全面能力。如在VOCs污染物的控制模塊中，可以結合實際，擴展目前VOCs的污染特點、點源的VOCs先進的處理技術、VOCs與NOx控制的相互聯系、二次污染物的產生及危害、區域VOCs如何治理、相關政策和措施等知識。教學內容方面，豐富教學內容，加強工程實踐。選定權威教材和優秀輔助資料，夯實并豐富7大教學模塊的內容，并適當增加當前大氣污染控制面臨的主要問題，如霧霾、臭氧污染、VOCs污染等，以及國外目前對大氣污染治理的相關進展。基于理論教學，結合大氣污染控制工程實驗、大氣污染控制課程設計、工程案例、工程認知實習等，豐富實踐教學內容，培養學生的實踐能力。目前遼寧大學環境學院環境工程專業正在進行工程教育認證，可以充分利用學校環境工程專業工程教育認證的契機，加強工程實踐與設計等教學內容導向，加強基于理論知識學習的工程實踐與設計能力，并加強對大氣污染控制新技術、新工藝的了解，啟發學生分析大氣污染問題、解決方案的工程思維，提高學生綜合素養。

2.3改進教學方法

課程教學方法及手段是實現教學理念的有力保障。在科技高速發展和“互聯網+”的時代，單一的面對面灌輸式課堂教學已難以滿足學生對教學方式的需求，形式單一、內容生澀，對學生不能產生足夠的吸引力，難以調動學生學習的主動性和自主性。科學、有效地將互聯網融入于教學，豐富教學方式，是高等教學改革的有力手段和必然趨勢[7-14]。首先，構建新的教學方式。基于疫情及教學改革的需要，將單一的線下教學轉變為線上與線下混合教學。充分利用網絡資源，通過課程視頻、慕課、學堂在線等多種資源和方式，使學生在課堂內盡可能地理解和掌握課程知識，特別是重點、難點。同時豐富教學方法，將課堂講授法、舉例法、切入法、啟發法、互動討論法等充分融入到課程教學中。如可以選設當前較為重要的大氣環境問題作為討論題目，拋磚引玉，由學生自主查詢資料并進行思考、分析，充分發揮自主性來提出解決措施或方案，加強課堂對學生的凝聚力以及學生在課堂學習過程中的參與度。充分利用網絡資源及信息化工具，例如仿真模擬、視頻等形式，提升學習興趣，加深學生對大氣污染控制技術和工藝、工況的理解和掌握，引導學生能發揮主觀能動性，實現師生互動交流，提升教學效果。其次，優選教學工具。充分利用網絡智慧教學工具，如雨課堂，為課前、課中、課后教學過程提供數據化、智能化的信息支持。通過發布教學信息及要求，讓學生及時了解和掌握課程的知識信息，也有助于教師收集學生的學習反饋。騰訊會議也是一個較優的教學工具。在線上教學過程中，特別是討論課中，教師和學生及時進行交流討論，并分享各自的討論材料、視頻演示等，使教學方式更為豐富、有吸引力，也使學生的學習反饋更及時有效。最后，構建互動平臺。充分利用互聯網資源，構建師生關于課程知識和相關專業信息的交流共享互動平臺，如班級微信群，便于教師和學生對課程相關的信息、知識難點、教學過程中的意見和建議等進行交流。在微信群里師生可以分享大氣污染控制工程案例、環境保護相關網站、學科發展趨勢及熱點問題、相關競賽等，甚至還可以分享就業形勢和需求等，更好地完成教學目標，取得一定的教學效果，培養學生的綜合素質，以適應新工科背景下的社會需求。

2.4建立多元化考核評價體系

考核評價體系是驗收學生學習效果的有力手段和依據。以往的考核方式主要為期末筆試，且客觀理論知識占相當大的權重，這雖然能考查學生對理論知識的掌握情況，但不能考查學生對實際大氣污染環境問題的分析及解決能力，不利于培養學生的綜合素養和能力。因此基于教學目標及成果導向，改變這種單一的筆試考試，并降低筆試考試中客觀題權重以及提高試題中主觀題的占比，同時增加對學生實踐工程能力的測試，構建多元化評價考核體系。將課程出勤、學習情況、課堂交流互動、實踐及設計、期末考試等多組成、多權重都納入總成績評價考核體系中。出勤、學習情況、課堂交流與互動、實踐及設計歸為平時成績，約占30%，其中出勤、學習情況、在線交流與互動約占12%，平時作業、實踐及設計約占18%。而期末考試為期末成績，約占70%，并且期末考試試題內容增加分析、解決大氣污染實際問題的主觀題比例。從多方面、多角度更加客觀、公正地評價考核學生的學習成果，也有利于培養學生的綜合能力。

3結束語

在新工科大背景下，生態文明建設更需要具有工程實踐能力和綜合素養的環保科技人才，這就對高等教育中環境工程專業人才培養提出了更高的要求。原有的單一高等教學模式和理念已經不能滿足社會實際發展的需求，而基于OBE理念的高等教育模式，要求更重視對學生工程實踐能力和綜合素養的訓練與提高，它是高等教育教學改革的必然趨勢。因此在“大氣污染控制工程”課程的教學建設和教學實踐中，必須從課程教學理念、教學內容與教學模式、考核評價體系方面緊隨學科發展形式和社會實際需求，積極探索與改革創新，不斷提高教學質量。本文構建了基于新工科背景下的環境工程專業課程教學體系，期望為新工科背景下高等教育的教學改革提供參考和一定依據。

作者：吳丹 程志輝 于海波 李霞 包紅旭 王儉 吳潔婷 單位：遼寧大學環境學院