基于工程教育認(rèn)證的“大氣污染控制工程”課程教學(xué)改革

＊李彥鵬 張力元 商連

（長安大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院 陜西 710054）

2016年6月，中國正式加入《華盛頓協(xié)議》，成為國際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議的會員[1]。以此為契機(jī)，中國工程認(rèn)證協(xié)會逐步開始了在全國范圍內(nèi)的高校本科專業(yè)認(rèn)證工作。而環(huán)境工程專業(yè)早在2007年，就成立了專業(yè)認(rèn)證委員會，制定并完善了環(huán)境工程專業(yè)規(guī)范與要求，開展了國內(nèi)各高校環(huán)境工程專業(yè)的認(rèn)證工作[2]。長安大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)于2018年通過國家“工程教育認(rèn)證”。該專業(yè)30年來始終擔(dān)負(fù)著為國家尤其是西部地區(qū)，及公路交通、國土資源、城鄉(xiāng)建設(shè)等行業(yè)培養(yǎng)高級環(huán)保復(fù)合型人才的使命。作為長安大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)的標(biāo)桿課程，《大氣污染控制工程》在專業(yè)建設(shè)中始終占有重要地位，其課程內(nèi)容是環(huán)境工程知識體系的重要組成部分。因此，該課程的教學(xué)質(zhì)量，直接關(guān)系到環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的理論知識水平和工程技能。本文基于長安大學(xué)“大氣污染控制工程”教學(xué)團(tuán)隊(duì)20余年的教學(xué)實(shí)踐，結(jié)合長安大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)工程認(rèn)證的具體工作，從確定課程改革思路、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法、改革考核方式等方面深入探討“大氣污染控制工程”課程教學(xué)改革的做法，旨在促進(jìn)高校工程認(rèn)證背景下的環(huán)境類課程的教學(xué)改革和人才培養(yǎng)。

1.工程認(rèn)證背景下“大氣污染控制工程”課程教學(xué)主要問題

《大氣污染控制工程》是一門交叉性和應(yīng)用性很強(qiáng)的主干專業(yè)課。為了培養(yǎng)學(xué)生國際化視野，從2001年開始，我們一直采用原版英文教材“Air Pollution Control Engineering (Second edition)，Noel de Nevers編著”[3]授課。2008年該課程入選陜西省雙語教學(xué)示范課程。但是，多年的教學(xué)發(fā)現(xiàn)，“老師覺得難教，學(xué)生覺得難學(xué)”是這門課程主要和亟待解決的問題。通過學(xué)情分析，我們認(rèn)為原因主要有以下三個方面。

(1)課程體系缺乏系統(tǒng)性，內(nèi)容繁雜

國內(nèi)《大氣污染控制工程》授課教師普遍認(rèn)為，相比于眾多中文該課程教材，英文原版教材“Air Pollution Control Engineering（Noel de Nevers編著）”在內(nèi)容闡述的新穎性、生動性以及案例的實(shí)效性等方面具有優(yōu)勢，但是在知識體系的完備性和系統(tǒng)性方面與國內(nèi)普遍采用的 《大氣污染控制工程》教材相比有所欠缺[4-5]。比如，其知識體系不是所遵循“基本概念—基本原理—技術(shù)方法-設(shè)備設(shè)計(jì)”邏輯結(jié)構(gòu)[6]，而是將基本原理插入控制技術(shù)方法（如氣態(tài)污染物控制就分別插入VOCs/SO2/NOx等章節(jié)）中闡述，顯得零散而缺乏系統(tǒng)性，這就是同學(xué)們感覺大氣這門課“體系龐雜、內(nèi)容繁多、理論性強(qiáng)”的主要原因。

(2)教學(xué)模式陳舊，缺乏興趣

以學(xué)生為中心是工程認(rèn)證的核心理念。因此，“大氣污染控制工程”課程的改進(jìn)，一方面要充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及參與的自主性，另一方面需要理論緊密結(jié)合實(shí)踐，充分鍛煉并提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力。然而，目前實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)教學(xué)課時普遍偏少，且現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)又多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)不足，無法滿足專業(yè)工程認(rèn)證中學(xué)生工程能力培養(yǎng)的要求。此外，“填鴨式”課堂教學(xué)模式在國內(nèi)大學(xué)課堂上已是主要，甚至是單一的教學(xué)模式，學(xué)生普遍感覺枯燥，難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)習(xí)效果并不理想。

(3)考核與評價方式不合理

對于工程認(rèn)證中“畢業(yè)要求”需要達(dá)成的指標(biāo)點(diǎn)，比如“指標(biāo)點(diǎn)10.1：能夠就復(fù)雜的環(huán)境工程問題與業(yè)界同行及社會公眾，利用報告、設(shè)計(jì)圖紙、答辯等形式進(jìn)行有效溝通和交流”“指標(biāo)點(diǎn)10.2：具備一定的國際視野，并能就環(huán)境工程領(lǐng)域科學(xué)發(fā)展問題進(jìn)行溝通和交流”，目前我們的課程考核方式僅采用平時作業(yè)+期末考試的模式，無法滿足工程認(rèn)證所要求的達(dá)成度分析以及科學(xué)評價的需要。

2.課程教學(xué)改革路線

以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)是工程教育認(rèn)證的核心思想[7]。這就要求我們教學(xué)改革的目標(biāo)也必須遵循“以能力和素質(zhì)培養(yǎng)為本”的理念，并貫穿于教學(xué)全過程。為此，我們首先塑造了“大氣污染控制工程”課程的改革路線。第一步，基于工程認(rèn)證要求，著重從知識、能力和素養(yǎng)三方面重新規(guī)劃課程的教學(xué)目標(biāo)。第二步，以此教學(xué)目標(biāo)，采用主線化的策略重新梳理并整合教學(xué)內(nèi)容。第三步，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容組織教學(xué)活動，主要包括優(yōu)化教學(xué)資源、精選教學(xué)環(huán)境和創(chuàng)新教學(xué)方法等。最后一步，教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度的檢驗(yàn)，并用于課程持續(xù)改進(jìn)。

3.工程認(rèn)證背景下“大氣污染控制工程”教學(xué)改革內(nèi)容

(1)按照知識、能力和素養(yǎng)三個維度培養(yǎng)主旨，修訂課程教學(xué)目標(biāo)

長安大學(xué)《大氣污染控制工程》課程不僅是教育部工程認(rèn)證委員會確定的環(huán)境工程專業(yè)的核心課程，也是落實(shí)長安大學(xué)培養(yǎng)“基礎(chǔ)實(shí)、口徑寬、能力強(qiáng)、素質(zhì)高，富有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”的高素質(zhì)人才和踐行“學(xué)科建設(shè)帶動專業(yè)建設(shè)，教學(xué)與科研有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)化工程應(yīng)用能力培養(yǎng)”專業(yè)辦學(xué)思路的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，更是長安大學(xué)環(huán)境類專業(yè)的優(yōu)勢特色課程。因此，立足于長安大學(xué)辦學(xué)定位和專業(yè)特色，結(jié)合工程認(rèn)證的OBE理念和課程思政要求，我們在2015版重新修訂的課程教學(xué)目標(biāo)中，希望通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生解決我國空氣污染實(shí)際問題的能力、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識、塑造職業(yè)素養(yǎng)和家國情懷。

(2)圍繞“空氣污染物的前世今生”主線，調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容

前述學(xué)情分析已知，單純英文教材的使用造成了學(xué)生知識碎片化、系統(tǒng)性不強(qiáng)的問題。因此，本著“以學(xué)生培養(yǎng)為本”理念，依據(jù)課程新目標(biāo)，我們采用“英文原版教材（第三版）+國家規(guī)劃教材《大氣污染控制工程（郝吉明等編）》”為新的課程教材資料，互為補(bǔ)充，以求兼顧知識系統(tǒng)性、內(nèi)容生動性和實(shí)例豐富性。

確定了教材之后，按照事物認(rèn)知規(guī)律，突破傳統(tǒng)以課本章節(jié)為順序，而設(shè)計(jì)了圍繞“污染物的前世今生”這條主線展開教學(xué)內(nèi)容，形成“污染物的排放（前世）---污染物的環(huán)境行為與控制（今生）---污染物的影響（未來）”知識鏈，并根據(jù)課時變化和持續(xù)改進(jìn)理念進(jìn)行彈性化動態(tài)調(diào)整。舉例來說，在我們專業(yè)認(rèn)證前實(shí)施的2010版教學(xué)大綱中，該課程的總學(xué)時74學(xué)時（期中講課學(xué)時66，實(shí)驗(yàn)學(xué)時8）?；诮逃考訌?qiáng)本科通識課程及迎接專業(yè)認(rèn)證的要求，2015版教學(xué)大綱修訂時，總學(xué)時減少到64學(xué)時（講課學(xué)時56，實(shí)驗(yàn)學(xué)時8）。為了在課時大幅減少的條件下最大限度的滿足教學(xué)目標(biāo)，我們就采用“主線貫穿、有機(jī)整合”的辦法，精煉教學(xué)內(nèi)容。我們發(fā)現(xiàn)2010版教學(xué)大綱中有課堂講授的4學(xué)時“大氣污染物的監(jiān)測”、6學(xué)時的“沉降速度與曳力、氣態(tài)污染物的吸收、吸附理論”分別與環(huán)境工程專業(yè)先期開設(shè)的《環(huán)境監(jiān)測》和《環(huán)境工程原理》兩門課程相關(guān)章節(jié)重復(fù)，因此在2015版教學(xué)大綱上，這兩部分授課內(nèi)容就刪除了。此外，教學(xué)內(nèi)容的整合還體現(xiàn)在“與時俱進(jìn)”上。近年來，大氣污染控制技術(shù)不斷進(jìn)步，大氣污染控制的法規(guī)和理論也在不斷發(fā)展。而我們目前的中英教材，都持續(xù)使用了10年以上，在許多核心知識點(diǎn)的研究現(xiàn)狀與趨勢發(fā)展上沒有能夠及時更新。因此，此次改革中，我們緊密圍繞當(dāng)前大氣環(huán)境及其污染控制的熱點(diǎn)與前沿，以專題討論的形式授課，如霧與霾的區(qū)別、城市機(jī)動車污染控制、臭氧污染與治理新技術(shù)等。

(3)結(jié)合工程認(rèn)證的OBE理念，改革課程教學(xué)方法

確定合適的教材，選取恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容，還需要配合適合的教學(xué)方法才能事半功倍，寓學(xué)于樂，讓學(xué)生真正理解并深刻掌握，乃至運(yùn)用知識的能力。為此，我們大力改革教學(xué)方法和教學(xué)手段，積極探索并逐步形成了“以學(xué)生為主體，教師為導(dǎo)體”指導(dǎo)思想下形式多樣的教學(xué)方法。

①啟發(fā)討論式教學(xué)。根據(jù)課程知識點(diǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)、圖片、視頻、在線課堂等教學(xué)資源或平臺，進(jìn)行“課前問題引入+學(xué)生查找資料+課堂互動討論+知識點(diǎn)講解+引申問題討論”形式的教學(xué)活動。

例如，講授“空氣污染對能見度的影響”內(nèi)容前，利用課程平臺布置任務(wù)：搜尋霧霾及其影響的圖片資料，以考察學(xué)生的文獻(xiàn)查閱和自主學(xué)習(xí)能力；授課開始，大家就課前任務(wù)進(jìn)行討論，以考察學(xué)生表達(dá)能力；教師歸納總結(jié)霧霾定義及影響等知識點(diǎn)，引入“能見度”概念與理論；最后，根據(jù)講授理論，再提出實(shí)際大氣問題，比如“為什么烏云比白云更容易下雨？”等，同學(xué)們分組討論，互相打分，實(shí)現(xiàn)學(xué)生交流、團(tuán)隊(duì)合作、批判性思維等能力同步提升。

目前本課程大約70%的內(nèi)容采用該教學(xué)方式。實(shí)踐證明該教學(xué)方式充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動能動性，全程緊抓學(xué)生注意力和參與度，使得學(xué)生在討論交流中既掌握了大氣污染控制課程的基本知識點(diǎn)，又培養(yǎng)了表達(dá)交流、思辨能力和知識應(yīng)用能力。

②項(xiàng)目式教學(xué)?；诮虒W(xué)知識點(diǎn)，依托團(tuán)隊(duì)的科研項(xiàng)目，通過師生共同實(shí)施研究項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)活動，即為項(xiàng)目式教學(xué)或稱研究式教學(xué)[8]。以“機(jī)動車污染”這一章節(jié)內(nèi)容為例，依托我們“大氣污染機(jī)理與防治”團(tuán)隊(duì)所承擔(dān)的國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“關(guān)中城市群移動源大氣污染物排放清單與減排策略研究（2017YFC0212206）”，教師布置“西安市汽油車、柴油車等不同車型排放特征”“城市隧道和開放路邊大氣污染物濃度監(jiān)測和分析”“西安市機(jī)動車污染控制對策及減排效益研究”等多個題目，學(xué)生自行組建研究小組，自主選題開展研究。教師在課堂上或QQ平臺上不定時選取經(jīng)典或關(guān)鍵的問題進(jìn)行討論和講解，學(xué)生通過查找資料、野外監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、PPT匯報交流，最后提交研究報告，教師對其研究方法、結(jié)果與結(jié)論等內(nèi)容進(jìn)行點(diǎn)評與打分，作為課程成績的一部分。目前本課程大約10%的內(nèi)容采用該教學(xué)方式。該教學(xué)方式極大地促進(jìn)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識、知識應(yīng)用能力和科學(xué)表達(dá)能力的提高。

③案例式教學(xué)。工程學(xué)科的一個重要培養(yǎng)環(huán)節(jié)就是實(shí)踐教學(xué)。針對該環(huán)節(jié)目前教學(xué)普遍不足的問題，收集、整理并設(shè)計(jì)實(shí)際工程案例，使學(xué)生在真實(shí)大氣污染工程場景下學(xué)習(xí)掌握知識點(diǎn)的教學(xué)方式，即為案例式教學(xué)[9]。在講到濕法除塵設(shè)備和工藝時，首先形象地給學(xué)生演示了暴雨捕捉空氣中顆粒污染物的實(shí)例，并由此衍生出其中所蘊(yùn)含的洗滌器除塵效率的計(jì)算思想及公式；然后，給學(xué)生展示實(shí)習(xí)時拍攝的各種洗滌塔的實(shí)物照片，回顧各種洗滌除塵設(shè)備的結(jié)構(gòu)；在此基礎(chǔ)上，請與我們有合作的西安多家環(huán)保公司選派工程技術(shù)人員，為學(xué)生進(jìn)行相關(guān)工程案例與設(shè)計(jì)過程講解，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生從注重知識學(xué)習(xí)變?yōu)樽⒅啬芰W(xué)習(xí)，提升了學(xué)生的工程理念意識。目前該教學(xué)方式占本課程教學(xué)的比例大約為20%。通過這種教學(xué)方法，學(xué)生的發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力普遍得到了提升。

④強(qiáng)化持續(xù)改進(jìn)理念，改革課程考核與評價指標(biāo)。持續(xù)改進(jìn)是工程教育認(rèn)證的重要內(nèi)容，其依據(jù)主要來自于課程考核和達(dá)成評價。因此，針對2010版教學(xué)大綱的考核單一化問題，我們采取了如下改革：一是調(diào)整平時成績和期末成績占比，期末成績最多占60%；二是改進(jìn)考核內(nèi)容，在平時成績中增加課堂討論、實(shí)驗(yàn)技能與項(xiàng)目匯報等元素；期末考試中也增加20%-30%的能考核應(yīng)用理論分析和解決實(shí)際大氣污染問題能力的題目。最后，在計(jì)算總評成績以后，根據(jù)制定的課程目標(biāo)指標(biāo)點(diǎn)，分項(xiàng)計(jì)算各指標(biāo)點(diǎn)的評價值，從而得到“大氣污染控制工程”的達(dá)成度評價報告。

4.結(jié)論

筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)基于工程教育以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)的理念，對“大氣污染控制工程”這門課程的理論教學(xué)部分進(jìn)行了改革，取得了良好的教學(xué)效果。目前，該課程已培養(yǎng)了近300多名具有較強(qiáng)工作能力的本科生，得到了社會的廣泛認(rèn)可，展示了良好的業(yè)務(wù)能力和競爭優(yōu)勢。同時，我們也得到了業(yè)內(nèi)專家的好評。2018年該課程入選“陜西省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程”；2019年，以該課程為代表的長安大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)獲批“國家一流專業(yè)”建設(shè)點(diǎn)。但是也應(yīng)看到，該課程還存在現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)深度融合不夠、學(xué)生實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)不足、課程思政建設(shè)滯后等問題。后續(xù)改進(jìn)中，一方面應(yīng)該進(jìn)一步集中在基于成果導(dǎo)向的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式的全局優(yōu)化，加大理論聯(lián)系實(shí)際部分的討論與實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度，充分利用“互聯(lián) 網(wǎng)+”等現(xiàn)代信息技術(shù)及各種網(wǎng)上教學(xué)平臺，以期實(shí)現(xiàn)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際大氣污染問題的能力，達(dá)到工程教育人才培養(yǎng)目標(biāo)。另一方面，應(yīng)該結(jié)合環(huán)境類專業(yè)得天獨(dú)厚的生態(tài)文明理念，深挖課程思政元素，研究行之有效的“大氣污染控制工程課程思政”實(shí)施方案，以期實(shí)現(xiàn)“思政”與“專業(yè)”的“基因式”融合，增強(qiáng)學(xué)生的德育素質(zhì)和社會責(zé)任意識。