工科課程CEKAD五步漸進(jìn)式教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐

王美艷 任芝軍 張長平

摘 ?要：大氣污染控制工程是面向環(huán)境工程專業(yè)本科三年級(jí)學(xué)生的專業(yè)必修課，課程任務(wù)為培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)、分析和解決大氣污染復(fù)雜工程問題的能力。在傳統(tǒng)課堂中，此類課程遇到課程高階目標(biāo)難以達(dá)成等問題。在新工科背景下，課程依據(jù)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的特點(diǎn)，結(jié)合一流課程及課程思政示范課的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新性提出并實(shí)踐“案例引入-情感激發(fā)-知識(shí)夯實(shí)-能力提升-素質(zhì)培養(yǎng)”（Case introduction - Emotion stimulation - Knowledge consolidation - Ability improvement - Diathesis cultivation， CEKAD）五步漸進(jìn)式教學(xué)模式，結(jié)合講授法、案例教學(xué)法、對(duì)分課堂法、互動(dòng)式討論式教學(xué)法、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法，實(shí)現(xiàn)課程知識(shí)、能力和素養(yǎng)目標(biāo)。經(jīng)實(shí)踐，教學(xué)過程中學(xué)生獲得感強(qiáng)、課程目標(biāo)達(dá)成度普遍提升。研究結(jié)果有助于環(huán)境類專業(yè)教師更好地開展新工科背景下的教學(xué)創(chuàng)新改革，提升育人效果。

關(guān)鍵詞：新工科;教學(xué)創(chuàng)新;環(huán)境類專業(yè)課程;五步漸進(jìn)式教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2021）S1-0007-06

Abstract： Air Pollution Control Engineering is a professional compulsory course for third year undergraduate students majoring in environmental engineering. The course task is to cultivate students' ability to understand， analyze and solve complex engineering problems of air pollution. In the traditional classroom， such courses encounter problems such as difficulty in achieving high-level objectives. Under the background of emerging engineering education， according to the characteristics of students' cognitive development， combined with the construction experience of First-class Courses and Course Ideological and Political Demonstration Courses， the course creatively puts forward and practices five step progressive teaching mode - Case introduction - Emotion stimulation - Knowledge consolidation - Ability improvement - Diathesis cultivation（CEKAD）. Combining traditional teaching， case teaching， split classroom， interactive teaching， discussion， project driven and other teaching methods， the objectives of curriculum knowledge， ability and literacy can be achieved. The practice results show that students have a strong sense of acquisition and the degree of achievement of curriculum objectives is generally improved in the teaching process. The research results will help environmental teachers better carry out teaching innovation reform under the background of emerging engineering education and improve the effect of education.

Keywords： emerging engineering education; teaching innovation; environmental professional courses; five step progressive teaching mode

一、教學(xué)創(chuàng)新問題的提出

（一）課程概況

從學(xué)生發(fā)展的角度進(jìn)行課程分析：大氣污染控制工程課程是環(huán)境工程專業(yè)大三學(xué)生的專業(yè)必修課，共56學(xué)時(shí)，3.5學(xué)分。在環(huán)境工程專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)中，大氣污染控制工程在先修課程物理化學(xué)、環(huán)境化學(xué)和流體力學(xué)的基礎(chǔ)上，與水污染控制工程、固體廢物處理與處置并稱三大核心主干課，在培養(yǎng)學(xué)生污染控制工程設(shè)計(jì)能力方面起著重要作用。

從學(xué)生認(rèn)知的角度進(jìn)行學(xué)情分析：在知識(shí)層面，通過先修課程學(xué)生具備一定的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備，但欠缺專業(yè)理論知識(shí);在能力層面，學(xué)生具備一定的理論分析和邏輯推導(dǎo)能力，但欠缺工程分析和設(shè)計(jì)能力;在情感層面，學(xué)生對(duì)于理清大氣污染成因及解決大氣污染問題有一定的知識(shí)渴求，但也存在畏難情緒。

（二）課程與教學(xué)改革的重點(diǎn)問題

課程緊密結(jié)合大氣污染控制工程實(shí)踐和學(xué)科發(fā)展前沿，全面闡述大氣污染控制的技術(shù)原理和工藝設(shè)計(jì)，著力培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)、分析和解決大氣污染復(fù)雜工程問題的能力。然而，“分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造”即“針對(duì)大氣環(huán)境復(fù)雜問題深度分析、對(duì)大氣污染控制技術(shù)及設(shè)備綜合評(píng)價(jià)、大氣污染工程問題解決方案及工藝流程設(shè)計(jì)”的高階目標(biāo)在傳統(tǒng)的課堂中難以達(dá)成和評(píng)價(jià)。

二、教學(xué)創(chuàng)新方法及過程

為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)高階目標(biāo)的達(dá)成，本課程對(duì)標(biāo)工程教育認(rèn)證理念，力求實(shí)現(xiàn)“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)”，在多方面進(jìn)行了創(chuàng)新實(shí)踐。

（一）優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)

結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)方案和培養(yǎng)目標(biāo)，凝練本課程對(duì)學(xué)生的知識(shí)、能力和素養(yǎng)要求，優(yōu)化課程教學(xué)目標(biāo)，將原來并列式課程目標(biāo)，優(yōu)化為進(jìn)階式的課程目標(biāo)，在目標(biāo)的描述中更為具體可考量，從認(rèn)識(shí)大氣污染問題，到分析污染控制復(fù)雜工程問題，再到設(shè)計(jì)計(jì)算和研究，體現(xiàn)了高階性，并融入了創(chuàng)新意識(shí)和專業(yè)志向等思政目標(biāo)。同時(shí)，以學(xué)生畢業(yè)成果為導(dǎo)向，確定了課程目標(biāo)和畢業(yè)要求觀測點(diǎn)（指標(biāo)點(diǎn)）的支撐矩陣（見圖1）。

（二）創(chuàng)新教學(xué)方法

基于新工科建設(shè)背景，課程創(chuàng)新性地提出并實(shí)踐 “案例引入-情感激發(fā)-知識(shí)夯實(shí)-能力提升-素質(zhì)培養(yǎng)”（Case introduction - Emotion stimulation - Knowledge consolidation - Ability improvement - Diathesis cultivation， CEKAD）五步漸進(jìn)式教學(xué)模式，結(jié)合講授法、案例教學(xué)法、對(duì)分課堂法、互動(dòng)式討論式教學(xué)法、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法，實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力和素養(yǎng)目標(biāo)（見圖2）。

1. 案例引入

針對(duì)工業(yè)脫硫、脫硝、除塵的具體工藝，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際以工程案例（如學(xué)生實(shí)習(xí)基地）的現(xiàn)場錄像、圖片或?qū)嶋H的工程問題引入，創(chuàng)設(shè)有效教學(xué)情境，培養(yǎng)學(xué)生工程思維，引導(dǎo)學(xué)生思考，提升課程內(nèi)容的深度和廣度。

2. 情感激發(fā)

課程在實(shí)現(xiàn)知識(shí)能力目標(biāo)基礎(chǔ)上，提煉德育目標(biāo)，通過課程思政完成學(xué)生情感激發(fā)[1]。以生態(tài)文明思想在祖國大地的生動(dòng)實(shí)踐為課程思政主線，將科技報(bào)國、家國情懷、工匠精神、工程倫理等思政元素有機(jī)融入課堂[2-3]。在課程思政的實(shí)施方面，拿數(shù)據(jù)說話、以時(shí)政渲染、用視頻回顧，針對(duì)工科學(xué)生思維嚴(yán)謹(jǐn)、對(duì)數(shù)據(jù)敏感的特點(diǎn)，采用權(quán)威數(shù)據(jù)、生動(dòng)實(shí)例，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的情緒狀態(tài)、營造積極的課堂氣氛，以較強(qiáng)的思政感染力，增強(qiáng)知識(shí)內(nèi)容的說服力，提升課程的溫度。

大氣污染物排放的權(quán)威數(shù)據(jù)可直觀地反映我國的污染控制成效，增強(qiáng)學(xué)生大氣污染治理的決心和信心（見圖3）。

政策是技術(shù)的風(fēng)向標(biāo)，因此與大氣污染相關(guān)的時(shí)政可激發(fā)學(xué)生對(duì)于技術(shù)發(fā)展趨勢的深入思考，引導(dǎo)學(xué)生樹立專業(yè)志向、增強(qiáng)制度自信。

簡短的視頻可以帶來更加生動(dòng)、直觀的思政效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

3. 知識(shí)夯實(shí)

教師講授時(shí)，結(jié)合原理圖、動(dòng)態(tài)PPT和虛擬仿真視頻等，針對(duì)典型技術(shù)精講，從化學(xué)原理到工藝流程、核心設(shè)備、工程問題及解決方案、工業(yè)應(yīng)用，在內(nèi)容上體現(xiàn)創(chuàng)新性。

4. 能力提升

組織學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)和組內(nèi)討論，以具體任務(wù)驅(qū)動(dòng)知識(shí)梳理和問題挖掘，組內(nèi)答疑完成同伴教學(xué)，提升自主學(xué)習(xí)、問題分析和研究設(shè)計(jì)的能力，達(dá)成高階目標(biāo)。

5. 素質(zhì)培養(yǎng)

組織學(xué)生展示工程問題解決方案，教師在評(píng)價(jià)與答疑的過程中激發(fā)深度思考，引導(dǎo)課外拓展活動(dòng)，滲透專業(yè)思想，培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì)。學(xué)生展示和持續(xù)學(xué)習(xí)的過程帶來挑戰(zhàn)度。

CEKAD五步漸進(jìn)式教學(xué)模式，對(duì)標(biāo)“金課”兩性一度標(biāo)準(zhǔn)，也讓課程豐富了深度、廣度和溫度。

（三）重構(gòu)課程體系

原課程包括八個(gè)教學(xué)模塊，一部分面向理論基礎(chǔ)，包含燃燒污染物形成、顆粒態(tài)和氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)，另一部分面向工程應(yīng)用，針對(duì)具體污染物如硫氧化物、氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)物和機(jī)動(dòng)車污染等提出解決方案。在創(chuàng)新實(shí)踐中，新增教學(xué)模塊九“典型大氣污染問題及控制”，剖析霧霾、臭氧污染、氣候變化和室內(nèi)微環(huán)境空氣污染的具體成因及控制手段。在課程體系的設(shè)置上緊跟學(xué)科前沿，展現(xiàn)我國基本完成酸雨污染治理、持續(xù)深入PM2.5污染治理、盡快遏制臭氧上升趨勢、持續(xù)推動(dòng)氣候變化與污染協(xié)同應(yīng)對(duì)的治理趨勢。

（四）重整教學(xué)內(nèi)容

在九個(gè)教學(xué)模塊中，增設(shè)實(shí)際工程和科研案例，如：熱電廠、鋼鐵廠、石灰窯、垃圾焚燒爐的除塵、脫硫、脫硝裝置，化纖廠車間VOCs在線監(jiān)測，汽車三效催化器，綠色煤電的碳減排方案等，通過案例分析挖掘理論深度，聯(lián)系工程實(shí)踐，促進(jìn)學(xué)以致用。

（五）拓展教學(xué)資源

在經(jīng)典教材的基礎(chǔ)上，引用國家精品在線課程、生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署報(bào)告、政府網(wǎng)站、權(quán)威公眾號(hào)、紀(jì)錄片、課外讀物，動(dòng)態(tài)更新資源，豐富教學(xué)內(nèi)涵，同時(shí)結(jié)合知識(shí)點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生閱讀前沿文獻(xiàn)（見圖4）。

（六）改革教學(xué)評(píng)價(jià)

1. 學(xué)生課程考核

沿用終結(jié)性與過程性評(píng)價(jià)相結(jié)合的成績?cè)u(píng)定方式[4-5]，但增加過程性考核比例，以教師打分、系統(tǒng)評(píng)分、學(xué)生互評(píng)的形式給出客觀的過程性評(píng)價(jià)[6-7]。以學(xué)生的實(shí)際學(xué)情和學(xué)習(xí)目標(biāo)為中心，設(shè)計(jì)主要問題在課堂實(shí)時(shí)發(fā)布，并結(jié)合學(xué)生回答情況進(jìn)行互動(dòng)和解析，給學(xué)生量化評(píng)價(jià)。對(duì)分課堂中，討論結(jié)束后學(xué)生可通過雨課堂上傳學(xué)習(xí)記錄表、可進(jìn)行互評(píng)。

2. 教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)

學(xué)生調(diào)查：利用問卷星平臺(tái)，課后學(xué)生掃二維碼進(jìn)行問卷調(diào)查（見圖5），反映教與學(xué)的動(dòng)態(tài)變化，利于持續(xù)改進(jìn)：（1）根據(jù)本節(jié)課知識(shí)、能力和情感目標(biāo)，學(xué)生自評(píng)學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度。（2）根據(jù)本節(jié)課上課情況，學(xué)生對(duì)教師的授課情況進(jìn)行評(píng)價(jià)并提出建議。

社會(huì)調(diào)研：將包含教學(xué)大綱、課件、教學(xué)設(shè)計(jì)方案的課程包發(fā)送給相關(guān)國內(nèi)外院校、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)單位專家，廣泛征求意見建議，獲得產(chǎn)學(xué)研一體化的持續(xù)改進(jìn)依據(jù)（見圖6）。

三、教學(xué)創(chuàng)新效果及分析

（一）學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)（包括德育目標(biāo)的達(dá)成）

通過案例教學(xué)、對(duì)分課堂、互動(dòng)討論、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)等教學(xué)方法[8]，學(xué)生課上實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立學(xué)習(xí)、深度討論、踴躍發(fā)言，從學(xué)生討論后針對(duì)工程案例的分析來看，在短時(shí)間內(nèi)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力和大氣污染控制工藝設(shè)計(jì)能力得到較好的體現(xiàn)。

根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度的自評(píng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)合學(xué)生上課時(shí)回答提問以及互動(dòng)的情況、課后作業(yè)的提交情況，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。如圖7，學(xué)生的知識(shí)能力目標(biāo)和情感目標(biāo)自評(píng)達(dá)成度較高。

學(xué)生的主觀感受中，“科技”“發(fā)展”等詞出現(xiàn)的頻率很高，且學(xué)生們表現(xiàn)出對(duì)于大氣科技大會(huì)的濃厚興趣，說明學(xué)生的科技報(bào)國、家國情懷、職業(yè)精神情感目標(biāo)的達(dá)成度較好，如圖8。

學(xué)生們課后活動(dòng)積極踴躍，自發(fā)組織大氣科技大會(huì)的觀看，反響熱烈。學(xué)生具備了較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)和能力，由課程組教師指導(dǎo)的學(xué)生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、節(jié)能減排大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”及環(huán)境類學(xué)科競賽中表現(xiàn)突出，獲得了優(yōu)異成績。

依據(jù)多元化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分別計(jì)算2017級(jí)與2018級(jí)每名學(xué)生各課程目標(biāo)達(dá)成度，生成散點(diǎn)圖，如圖9，可見2018級(jí)學(xué)生達(dá)成度較2017級(jí)整體提升，且達(dá)成度低于期望值（0.7）的學(xué)生數(shù)量明顯減少。

將2017級(jí)（2019年）與2018級(jí)（2020年）各課程目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，如圖10。通過課程建設(shè)，課程目標(biāo)達(dá)成度整體提高，且體現(xiàn)高階目標(biāo)的課程目標(biāo)由0.83提高到0.89，說明著力于解決課程難點(diǎn)的教學(xué)改革成效顯著，課堂教學(xué)效果提升明顯。

（二）教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)

如圖11，學(xué)生對(duì)課堂效果的評(píng)價(jià)滿意度高。

四、結(jié)束語

在新工科教育背景下，課程進(jìn)行了多項(xiàng)改革創(chuàng)新，促進(jìn)了課程知識(shí)、能力和素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成，研究結(jié)果有助于環(huán)境類專業(yè)教師更好地開展新工科背景下的教學(xué)創(chuàng)新改革，提升育人效果。

（一）反映學(xué)科前沿的教學(xué)內(nèi)容改革，聚焦知識(shí)傳授

中國大氣污染控制技術(shù)發(fā)展日新月異，大氣污染治理進(jìn)程不斷加速，基于此，課程結(jié)合新理論、新技術(shù)、新形勢，充實(shí)了碳減排、細(xì)顆粒物與臭氧復(fù)合污染控制等知識(shí)模塊，教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)科學(xué)性和時(shí)代性。

（二）利于持續(xù)改進(jìn)的多元評(píng)價(jià)模式，加強(qiáng)能力培養(yǎng)

以結(jié)合終結(jié)性和過程性的課程考核、持續(xù)地反映教學(xué)動(dòng)態(tài)變化的隨堂問卷調(diào)查，建成多元化的評(píng)價(jià)模式。結(jié)合專業(yè)頂層設(shè)計(jì)和CEKAD漸進(jìn)教學(xué)模式，以學(xué)生畢業(yè)后真正能帶走的能力為導(dǎo)向，將評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)計(jì)由單純的課程目標(biāo)達(dá)成上升到畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成，打造高效課堂，增強(qiáng)學(xué)生的獲得感。

（三）結(jié)合工科特色的課程思政融入，注重價(jià)值塑造

以“立德樹人”為己任，以習(xí)近平生態(tài)文明思想在祖國大地的生動(dòng)實(shí)踐為主線，將思政有機(jī)融入課堂。引入國內(nèi)外大氣污染排放、控制技術(shù)、防治政策現(xiàn)狀與趨勢的大數(shù)據(jù)，使課程思政做到“有理有據(jù)”，使學(xué)生正確認(rèn)識(shí)世界和中國發(fā)展大勢。以大氣污染控制科技發(fā)展生動(dòng)的案例，培養(yǎng)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷，以大氣污染治理先行者的事跡，培養(yǎng)精益求精的大國工匠精神，以大氣污染控制技術(shù)在工程實(shí)踐中的具體問題，強(qiáng)化工程倫理教育。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭少青，衛(wèi)賢賢，馮國紅，等.環(huán)境類專業(yè)教師進(jìn)行課程思政的路徑探索[J].高教學(xué)刊，2020（24）：167-169.

[2]王美艷，黃超，張長平，等.《大氣污染控制工程》課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)的探索與實(shí)踐[J].決策探索（下），2021（1）：77-78.

[3]王美艷，張長平，任芝軍，等.“黨建+課程思政”模式下工科專業(yè)“三全育人”體系的構(gòu)建[J].決策探索（中），2021（2）：41-42.

[4]姜云霞，葛馨，王雙.基于“金課”理念的課程教學(xué)組織方法研究[J].高教學(xué)刊，2021（11）：157-160.

[5]張紅，劉瑞卿，魏海英，等.以生為本的“環(huán)境學(xué)概論”課程教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].教育理論與實(shí)踐，2021，41（30）：55-58.

[6]楊清.學(xué)校課堂教學(xué)評(píng)價(jià)：價(jià)值的判斷、挖掘與提升[J].教育科學(xué)研究，2021（11）：61-65.

[7]楊開城，盧韻.一種教學(xué)評(píng)價(jià)新思路：用教學(xué)過程證明教學(xué)自身[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2021，33（6）：49-54.

[8]平愛紅，孟兆新.關(guān)于工科課程教學(xué)方法改革的建議[J].成人教育，2008（7）：88-89.