“雙碳”目標(biāo)下環(huán)境類研究生高等大氣污染控制工程課程教學(xué)改革實(shí)踐與探索

劉潔，劉盛余，劉建英，徐成華，劉雨露

（成都信息工程大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，成都 610225）

2020 年9 月22 日，中國在聯(lián)合國大會上提出，二氧化碳排放力爭于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”。此即為“雙碳”目標(biāo)。2021 年3 月，習(xí)近平總書記在中央財(cái)經(jīng)委員會第九次會議上強(qiáng)調(diào)要把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局。由此，我國生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)入了以降碳為重點(diǎn)戰(zhàn)略方向、推動減污降碳協(xié)同增效、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型和實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善由量變到質(zhì)變的關(guān)鍵時(shí)期。實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是一個巨大的系統(tǒng)性工程，需要全民族達(dá)成共識，需要政府、企業(yè)和個人各方主體相互配合協(xié)作。環(huán)境類研究生是踐行這個宏偉目標(biāo)的生力軍，應(yīng)具有新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)理念，能系統(tǒng)地解決復(fù)雜的環(huán)境問題，以較高的專業(yè)素養(yǎng)推動國家和區(qū)域發(fā)展。

一、“雙碳”目標(biāo)對課程的深度改造

高等大氣污染控制工程在環(huán)境類研究生的課程體系中占有重要地位，是本科生大氣污染控制工程類課程的拓展和拔高。通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握儀器、設(shè)備、方法、技術(shù)和工藝的基本知識，以大氣污染物—控制技術(shù)—工藝流程與設(shè)計(jì)—運(yùn)行管理為主線，了解工程實(shí)際需要，進(jìn)而培養(yǎng)分析問題能力、溝通表達(dá)能力和管理能力等工程綜合素質(zhì)。但是，這樣的課程育人要求與“雙碳”目標(biāo)的行業(yè)發(fā)展形勢還存在較大差距。

從研究內(nèi)容上看，“雙碳”目標(biāo)給大氣污染控制領(lǐng)域提出了諸多新命題，這其中包含但不限于：（1）以碳監(jiān)測為切入點(diǎn)，將現(xiàn)代化信息技術(shù)全面結(jié)合到大氣污染控制領(lǐng)域中來。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)是政府決策和依法行政的重要依據(jù)。碳監(jiān)測是碳減排和碳中和的立足點(diǎn)。通過物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、遙感、地理信息系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析和人工智能等技術(shù)手段進(jìn)行碳監(jiān)測可有效保證數(shù)據(jù)的真實(shí)安全，可為監(jiān)管部門分類管控、精準(zhǔn)執(zhí)法和企業(yè)自律守法提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐，也可為碳核算和碳交易提供技術(shù)平臺。（2）傳統(tǒng)的大氣污染物處理處置系統(tǒng)大多布局在末端，即“先污染再處理”。而隨著減量低碳的推進(jìn)，人們對點(diǎn)源污染問題的關(guān)注將轉(zhuǎn)向區(qū)域性大氣污染，各界也將致力于通過多尺度跨部門多污染物的區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控合作治理模式與管理技術(shù)體系實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量整體持續(xù)改善。（3）冶金、建材、石油及化工四個傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)能源密集，碳排放高。因此，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵在于依靠基于新設(shè)計(jì)、新設(shè)備和新材料的低能耗、低排放新興“清潔化”技術(shù)（如煤炭等化石能源清潔高效開發(fā)利用技術(shù)）推動這些行業(yè)的節(jié)能低碳轉(zhuǎn)型。（4）能源技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的主要驅(qū)動力，如碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)，氫燃料電池技術(shù)，區(qū)域、行業(yè)非CO溫室氣體減排技術(shù)等。

從培養(yǎng)能力上看，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)尤其要求研究生具備：（1）創(chuàng)新能力。我國工業(yè)結(jié)構(gòu)偏重、能源結(jié)構(gòu)偏碳、能源利用效率偏低，傳統(tǒng)大氣污染物和溫室氣體同步排放且含量水平高。這要求我們必須在綠色低碳轉(zhuǎn)型的全過程和各領(lǐng)域全面創(chuàng)新（科技、產(chǎn)品和制度等）。（2）實(shí)踐與應(yīng)用能力。傳統(tǒng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)以末端污染物治理為主，面對“雙碳”目標(biāo)具備較高的實(shí)踐與應(yīng)用能力才能迎來發(fā)展機(jī)遇，撬動市場。（3）廣闊的、前瞻性的國際視野。積極關(guān)注國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)和理念，通過國際循環(huán)提升國內(nèi)大循環(huán)的效率和水平，可實(shí)現(xiàn)國內(nèi)國際互促共進(jìn)。

二、教學(xué)目標(biāo)

高等大氣污染控制工程課程向環(huán)境類研究生開放，應(yīng)充分應(yīng)對大氣污染控制工程學(xué)科發(fā)展的趨勢和踐行“雙碳”目標(biāo)對人才的需求，根據(jù)院校特色清晰定位人才培養(yǎng)目標(biāo)，豐富人才培養(yǎng)模式，充分激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐興趣和創(chuàng)新思維，達(dá)到實(shí)踐教育和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目的。本文積極探索高等大氣污染控制工程課程教學(xué)改革，合理設(shè)計(jì)課程內(nèi)容，豐富課程教學(xué)方法和手段，注重學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的提升，培養(yǎng)符合國家需要和區(qū)域發(fā)展，具有新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)理念，具有創(chuàng)新意識和寬廣國際視野，能解決復(fù)雜大氣污染問題的高級工程技術(shù)人才。

三、課程教學(xué)改革實(shí)踐與分析

成都信息工程大學(xué)高等大氣污染控制工程課程是針對環(huán)境類研究生開設(shè)的一門32 學(xué)時(shí)的學(xué)位課。對照“雙碳”目標(biāo)，基于現(xiàn)階段大氣污染控制工程學(xué)科快速發(fā)展、研究生工程實(shí)踐能力欠缺等背景，課程教學(xué)改革從以下四個方面展開。

（一）圍繞創(chuàng)新型人才培養(yǎng)整合設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容

大氣污染控制工程學(xué)科不斷發(fā)展，新知識、新技術(shù)層出不窮。讓學(xué)生緊密跟蹤當(dāng)前學(xué)術(shù)和技術(shù)發(fā)展趨勢，及時(shí)掌握學(xué)科發(fā)展前沿知識和信息，是提高學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑，也是提升學(xué)生工程實(shí)踐能力的基礎(chǔ)。

當(dāng)前我國大氣污染形式嚴(yán)峻，以PM、O為特征污染物的區(qū)域性大氣環(huán)境問題日益突出，大氣污染也呈現(xiàn)出多污染源多污染物疊加、城市與區(qū)域污染復(fù)合。污染與氣候變化交叉等顯著特征。課程教學(xué)以解決大氣復(fù)合污染的多維環(huán)境問題為核心，內(nèi)容上覆蓋大氣污染物的來源、形成過程、傳輸擴(kuò)散、控制技術(shù)和對氣候的影響等，新版大綱設(shè)置的課程教學(xué)內(nèi)容見表1，設(shè)置為“九大專題”。教學(xué)內(nèi)容中補(bǔ)充重點(diǎn)行業(yè)大氣污染物超低排放技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生建立“由末端控制轉(zhuǎn)變?yōu)橐郧鍧嵣a(chǎn)為中心的全過程控制”大氣污染控制技術(shù)理念。教學(xué)內(nèi)容也立足我國國情，緊跟國際技術(shù)革命新趨勢，結(jié)合成都信息工程大學(xué)環(huán)境遙感的專業(yè)特色和教師團(tuán)隊(duì)的研究工作，新增煤炭清潔高效利用技術(shù)、碳排放遙感監(jiān)測技術(shù)和二氧化碳捕集與資源化技術(shù)等內(nèi)容。

表1 課程教學(xué)內(nèi)容

（二）改革教學(xué)方法，加強(qiáng)“專題式”教學(xué)

高等大氣污染控制工程具有環(huán)境、地學(xué)、能源、交通和化工等多個學(xué)科深度交叉的特點(diǎn)，體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)、工程實(shí)踐及管理政策緊密融合的特色。課程主要針對大氣污染來源成因、基本特征和影響、污染控制法規(guī)體系及污染控制基本原理展開，在此基礎(chǔ)上既講述典型污染物的形成機(jī)理和演變特征，又針對主要污染物和典型污染源的控制技術(shù)與工程實(shí)踐進(jìn)行具體介紹和實(shí)際案例分析，具有較強(qiáng)的科學(xué)性、系統(tǒng)性和前瞻性。課程適合采用“專題式”教學(xué)模式，突出課題蘊(yùn)含的污染發(fā)展特征、理論—方法—工程的系統(tǒng)性和技術(shù)的更新迭代等思辨性質(zhì)的內(nèi)容。九大專題覆蓋了課程教學(xué)內(nèi)容，又能培養(yǎng)研究生進(jìn)行大氣污染控制科學(xué)研究和技術(shù)管理的系統(tǒng)思維能力，為學(xué)生從事相關(guān)工作打下基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與能力的同向同行。

研究生的課堂教學(xué)要更加靈活和豐富。適宜采用的教學(xué)方法有：（1）案例研究。以涂料行業(yè)產(chǎn)排的VOCs 為例，涂料行業(yè)是VOCs 廢氣的主要來源，一直以來受到密切關(guān)注。但涂料行業(yè)VOCs 廢氣治理存在成本高、施工難、底數(shù)不清等問題。目前國家各部委已經(jīng)出臺多項(xiàng)政策法規(guī)對涂料行業(yè)VOCs 進(jìn)行管控，且與涂料協(xié)會及各大型涂料企業(yè)研究制定更嚴(yán)格、更符合行業(yè)實(shí)際情況的政策法規(guī)。在闡述“VOCs 廢氣的凈化與利用”專題時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生就不同控制技術(shù)進(jìn)行資料調(diào)研和小組間辯論，明晰每種控制技術(shù)的適用工況，并在限定因素下選擇優(yōu)化出經(jīng)濟(jì)的、符合發(fā)展需要的解決方案。（2）重要文獻(xiàn)學(xué)習(xí)。學(xué)術(shù)研究“新手”可通過文獻(xiàn)學(xué)習(xí)掌握歷史、方法和視野三個方面的基礎(chǔ)。在專題教學(xué)過程中引入重要文獻(xiàn)也幫助于學(xué)生建立寬闊和創(chuàng)新的視野。

（三）強(qiáng)化工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，引入課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

本文所討論的工程實(shí)踐能力主要是指學(xué)生將所掌握的科學(xué)理論知識運(yùn)用于大氣污染控制領(lǐng)域的研發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)等技術(shù)工程活動中表現(xiàn)出的解決實(shí)際問題的能力，主要包括對跨學(xué)科知識的學(xué)習(xí)意識和學(xué)習(xí)能力、專業(yè)知識轉(zhuǎn)化和應(yīng)用能力、工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐動手能力及交流協(xié)調(diào)能力等。工程實(shí)踐能力是評估研究生培養(yǎng)質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。

將課程設(shè)計(jì)作為一個教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，可通過工程設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)備選型、流程設(shè)計(jì)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和繪圖等訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想與方法、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的工作作風(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識和技能解決實(shí)際問題的能力和獨(dú)立工作能力，培養(yǎng)學(xué)生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語言表達(dá)能力及與他人合作能力，鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的理論知識與專業(yè)技能。成都信息工程大學(xué)的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)從以下四個步驟實(shí)施：（1）選題。課程設(shè)計(jì)的題目來源于生產(chǎn)和生活實(shí)際，如實(shí)際生產(chǎn)中的燃煤發(fā)電廠、采暖鍋爐房等。（2）編寫工程設(shè)計(jì)任務(wù)書。科學(xué)的工程設(shè)計(jì)任務(wù)書能夠指導(dǎo)學(xué)生有理有據(jù)地完成課程設(shè)計(jì)工作。（3）教師指導(dǎo)。設(shè)計(jì)過程中教師的指導(dǎo)是啟發(fā)式的，引導(dǎo)學(xué)生自己去思考和實(shí)施。（4）點(diǎn)評與總結(jié)。將課堂教學(xué)模式局部轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ添?xiàng)目研討和分析等思辨環(huán)節(jié)，比較性地講解和討論學(xué)生的工程設(shè)計(jì)與實(shí)際工程設(shè)計(jì)的差異，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力。

（四）創(chuàng)新教學(xué)評價(jià)方法，促進(jìn)課程持續(xù)改進(jìn)

教學(xué)改革中降低了常規(guī)出勤與筆試考試的權(quán)重，增加課程設(shè)計(jì)部分的考核權(quán)重，加強(qiáng)對學(xué)生利用所具備的理論知識分析解決實(shí)際工程問題能力的綜合評價(jià)與考量。課程設(shè)計(jì)部分學(xué)生的成果有多元化的體現(xiàn)形式（設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、工程圖紙和PowerPoint 匯報(bào)），通過答辯，教師衡量學(xué)生工程設(shè)計(jì)內(nèi)容的正確性、計(jì)算說明書規(guī)范性、工程圖紙質(zhì)量及學(xué)生的參與度。綜合成績由平時(shí)成績、筆試成績、文獻(xiàn)閱讀報(bào)告和工程實(shí)踐成績綜合加權(quán)得出，全面反映高等大氣污染控制工程的實(shí)際教學(xué)效果。

對照“雙碳”目標(biāo)的要求，成都信息工程大學(xué)通過創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計(jì)教學(xué)新模式、探索實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和改革教學(xué)評價(jià)方法系統(tǒng)地優(yōu)化了環(huán)境類研究生高等大氣污染控制工程專業(yè)核心課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)對環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展趨勢的能力?！?060 計(jì)劃”需要付出艱苦努力，但這是我國基于推動構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的責(zé)任擔(dān)當(dāng)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求作出的重大戰(zhàn)略決策，環(huán)境類研究生當(dāng)以扎實(shí)的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力投入其中。