大气污染控制工程教学改革方法

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摘要：随着社会的发展和东北老工业基地的振兴，未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。为培养新型科技人才，在新工科背景下尝试将成果导向（OBE）理念应用于教学改革中。OBE教学理念是将传统的简单知识教授转换为培养学生获取知识的能力，注重学习成果产出和学生能力的提升。从教学思维与理念、教学内容、实践方法、考核形式等方面对“大气污染控制工程”课程的教学改革进行初探，以期提高学生学习能力和实践能力。

关键词：新工科；OBE理念；“大气污染控制工程”；教学改革

1背景

OBE理念已被国外不少国家视为高等教育改革的基础和教育理念。OBE即“成果导向”，指教学课程设计和教学实施的目标是学生接受教育所能得到的最大学习成果，即学生经过某一阶段教学后可以获得的最大能力[1-6]。它主要注重的是能力的培养，而非掌握简单的理论知识，以提升学生的综合能力作为评价教学成果的依据。基于OBE理念的高校教学改革，有助于培养学生的综合素养和工程实践能力，是十分重要且必要的。随着社会的发展，未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。“新工科”建设提出以来，高等教育新工科教育改革备受教育部重视。高等教育改革中的重要目标是建立满足新工科建设需求的高校工程实践教育体系与平台，通过教育改革，提高学生的综合能力和工程实践能力，这很大程度上反映于高等教育相关课程教学中。结合OBE理念，如何在新工科背景下发展基于OBE理念教育的课程教学改革，探求工科课程的教学模式，是工科课程改革面临的重要问题之一。随着经济发展、城市化进程加快，大气污染问题已成为重要的环境问题，并呈现出复合污染态势。而大气污染控制是环境污染治理的重要组成部分和方向。“大气污染控制工程”是高校环境工程、环境科学专业学生必修的课程，该课程知识量大且难以掌握。该课程在以往的教学中偏重于对理论与书本上专业知识的掌握，难以满足新工科建设的大背景下对工科科技人才发展形势的需求。面向社会主义生态文明建设的国家战略，聚焦东北老工业基地振兴和产业转型过程中出现的生态环境问题，为培育符合新工科背景下社会发展需求的科技人才，需对该课程进行教学改革，以探寻更为科学有效的教学方法。

2课程教学改革

2.1改进教学思维

教学思维方式是教师在教学过程中将一定的思想内容和思考方法运用于教学过程中的思维模式。它可以以教学目标来体现，即教学向所需方向进行，并通过实施教学活动，达到预期成果。传统的高校课程教学目标更注重学生对课程理论知识的学习和掌握。而基于OBE理念的教学目标与以往的教学目标有所不同，其更侧重于对学生综合能力的培养与提高，而不是简单地传授理论知识。在新工科背景下，尤其人们对环境空气质量要求越来越高的情况下，更需要大气污染治理专业人才尤其是具有工程实践能力的科技人才。为此在教学改革过程中，以提高学生综合能力和工程素养为目标，基于教学内容、教学方法和考核评价方式等环节，遵循以能力教学为本，理论结合实践，从而培养学生发现、分析及解决环境工程实际问题、设计/开发解决方案、使用现代工具等能力。

2.2优化教学内容

“大气污染控制工程”这门课程内容涵盖了大气污染及其控制理论、控制技术、标准等多方面，甚至涉及人文、经济等方面，是一门较为综合性的专业课程。课程教学内容庞杂，知识点多，难度相对较大，并且要求有一定的数学、物理与化学的基础，对学生来说较为生涩难懂，而且课程时数少，更加增加了学生的学习难度。以往的教学内容中以理论基础知识为主，实践教学较少。学生掌握理论知识较好，但学生独立思考、分析、解决环境工程实际问题能力不足，不能较好地将理论结合实际、活学活用、分析及解决环境实际工程问题。总体来说，学生的工程实践及创新能力不足。因此基于教学理念及需求，在规定的有限学时内，需合理设计及优化教学内容，增强教学吸引力，提高教学质量及效果。教材选择方面，优选权威教材。“大气污染控制工程”这门课程教材目前出版的版本较多，基本的理论知识较为全面，也较为系统，但各自的侧重点略有不同，并不是所有教材都可满足新工科背景教学需求。基于教学目标需求，本教学改革选择由郝吉明院士等人编著、高等教育出版社出版的国家级规划教材《大气污染控制工程》（第三版）为主教材。但由于社会、经济的发展及科技的进步，新的大气环境问题及先进的大气污染控制技术、防治措施和相关的标准、规范、政策也发生了变化，而该教材出版于2010年，有些内容略有欠缺，未及时更新，并不能及时展现当下的大气污染问题、研究动态及学科前沿。因此需要更新部分教材内容，如《环境空气质量标准》内容、大气污染防治的政策和措施、区域大气污染防治等。基于教材讲授外，还可以向学生推荐一些大气污染控制相关的优秀参考资料，同时辅助本校自编“大气污染控制工程”课程实验教材。教学结构方面，采用模块化教学，将各模块有机整合。基于教改需求，重新编制课程教学大纲，将模块化理念融入教学大纲中，将本课程进行模块化分割，采用模块化教学。将课程分为7个模块，分别为大气污染基础知识模块、燃烧计算模块、气象与大气污染扩散浓度估算模块、颗粒物控制模块、氮氧化物控制模块、硫氧化物控制模块、VOCs控制模块。针对不同模块难度及学生学习能力，进行弹性授课。并根据不同模块的特点，扩展知识点和案例，并将各模块间进行有机联系，培养学生控制大气污染的宏观思维和解决实际问题的全面能力。如在VOCs污染物的控制模块中，可以结合实际，扩展目前VOCs的污染特点、点源的VOCs先进的处理技术、VOCs与NOx控制的相互联系、二次污染物的产生及危害、区域VOCs如何治理、相关政策和措施等知识。教学内容方面，丰富教学内容，加强工程实践。选定权威教材和优秀辅助资料，夯实并丰富7大教学模块的内容，并适当增加当前大气污染控制面临的主要问题，如雾霾、臭氧污染、VOCs污染等，以及国外目前对大气污染治理的相关进展。基于理论教学，结合大气污染控制工程实验、大气污染控制课程设计、工程案例、工程认知实习等，丰富实践教学内容，培养学生的实践能力。目前辽宁大学环境学院环境工程专业正在进行工程教育认证，可以充分利用学校环境工程专业工程教育认证的契机，加强工程实践与设计等教学内容导向，加强基于理论知识学习的工程实践与设计能力，并加强对大气污染控制新技术、新工艺的了解，启发学生分析大气污染问题、解决方案的工程思维，提高学生综合素养。

2.3改进教学方法

课程教学方法及手段是实现教学理念的有力保障。在科技高速发展和“互联网+”的时代，单一的面对面灌输式课堂教学已难以满足学生对教学方式的需求，形式单一、内容生涩，对学生不能产生足够的吸引力，难以调动学生学习的主动性和自主性。科学、有效地将互联网融入于教学，丰富教学方式，是高等教学改革的有力手段和必然趋势[7-14]。首先，构建新的教学方式。基于疫情及教学改革的需要，将单一的线下教学转变为线上与线下混合教学。充分利用网络资源，通过课程视频、慕课、学堂在线等多种资源和方式，使学生在课堂内尽可能地理解和掌握课程知识，特别是重点、难点。同时丰富教学方法，将课堂讲授法、举例法、切入法、启发法、互动讨论法等充分融入到课程教学中。如可以选设当前较为重要的大气环境问题作为讨论题目，抛砖引玉，由学生自主查询资料并进行思考、分析，充分发挥自主性来提出解决措施或方案，加强课堂对学生的凝聚力以及学生在课堂学习过程中的参与度。充分利用网络资源及信息化工具，例如仿真模拟、视频等形式，提升学习兴趣，加深学生对大气污染控制技术和工艺、工况的理解和掌握，引导学生能发挥主观能动性，实现师生互动交流，提升教学效果。其次，优选教学工具。充分利用网络智慧教学工具，如雨课堂，为课前、课中、课后教学过程提供数据化、智能化的信息支持。通过发布教学信息及要求，让学生及时了解和掌握课程的知识信息，也有助于教师收集学生的学习反馈。腾讯会议也是一个较优的教学工具。在线上教学过程中，特别是讨论课中，教师和学生及时进行交流讨论，并分享各自的讨论材料、视频演示等，使教学方式更为丰富、有吸引力，也使学生的学习反馈更及时有效。最后，构建互动平台。充分利用互联网资源，构建师生关于课程知识和相关专业信息的交流共享互动平台，如班级微信群，便于教师和学生对课程相关的信息、知识难点、教学过程中的意见和建议等进行交流。在微信群里师生可以分享大气污染控制工程案例、环境保护相关网站、学科发展趋势及热点问题、相关竞赛等，甚至还可以分享就业形势和需求等，更好地完成教学目标，取得一定的教学效果，培养学生的综合素质，以适应新工科背景下的社会需求。

2.4建立多元化考核评价体系

考核评价体系是验收学生学习效果的有力手段和依据。以往的考核方式主要为期末笔试，且客观理论知识占相当大的权重，这虽然能考查学生对理论知识的掌握情况，但不能考查学生对实际大气污染环境问题的分析及解决能力，不利于培养学生的综合素养和能力。因此基于教学目标及成果导向，改变这种单一的笔试考试，并降低笔试考试中客观题权重以及提高试题中主观题的占比，同时增加对学生实践工程能力的测试，构建多元化评价考核体系。将课程出勤、学习情况、课堂交流互动、实践及设计、期末考试等多组成、多权重都纳入总成绩评价考核体系中。出勤、学习情况、课堂交流与互动、实践及设计归为平时成绩，约占30%，其中出勤、学习情况、在线交流与互动约占12%，平时作业、实践及设计约占18%。而期末考试为期末成绩，约占70%，并且期末考试试题内容增加分析、解决大气污染实际问题的主观题比例。从多方面、多角度更加客观、公正地评价考核学生的学习成果，也有利于培养学生的综合能力。

3结束语

在新工科大背景下，生态文明建设更需要具有工程实践能力和综合素养的环保科技人才，这就对高等教育中环境工程专业人才培养提出了更高的要求。原有的单一高等教学模式和理念已经不能满足社会实际发展的需求，而基于OBE理念的高等教育模式，要求更重视对学生工程实践能力和综合素养的训练与提高，它是高等教育教学改革的必然趋势。因此在“大气污染控制工程”课程的教学建设和教学实践中，必须从课程教学理念、教学内容与教学模式、考核评价体系方面紧随学科发展形式和社会实际需求，积极探索与改革创新，不断提高教学质量。本文构建了基于新工科背景下的环境工程专业课程教学体系，期望为新工科背景下高等教育的教学改革提供参考和一定依据。

作者：吴丹 程志辉 于海波 李霞 包红旭 王俭 吴洁婷 单位：辽宁大学环境学院