新工科背景下《大气污染控制工程》课程教学改革实践

荆国华，申华臻，周作明，吴孝敏，苏清发

（1.华侨大学化工学院，福建厦门 361021；2.福建龙净脱硫脱硝工程有限公司，福建厦门 361015）

工科教育对国家发展意义重大，2016年我国工程教育专业认证体系实现国际实质等效，为实现国际接轨，工科专业获得良好的升级改造机遇。2017年，一场关于高校工程教育发展的战略研讨会在复旦大学召开，深入探讨了新形势下高校如何培养新型工程技术人才，达成了“新工科”建设共识，对高校培养工程科技人才的实践能力、创新能力及国际竞争力提出了更高的要求。“新工科”涉及新理念、新结构、新模式、新质量、新体系等方面。同时国家要求将思想政治教育元素融入课程教学中，潜移默化地对学生的思想意识、行为举止产生影响，实现立德树人，培养高素质的工程技术人才。

《大气污染控制工程》是环境工程专业的核心课程，重点介绍大气污染控制的基本理论、技术方法等，提升学生分析解决大气污染问题的能力，培养学生大气污染控制工程设计、科技创新及技术管理等方面的能力。2018年，国务院发布了“打赢蓝天保卫战三年行动计划”，对“大气污染控制工程”课程教学提出了更新更高的要求。为适应国家新要求、时代新需要，结合用人单位、行业、学生等多方需求及学校、专业办学定位，修订了课程的教学目标，从学科导向转向产业需求导向、从专业分割转向跨界融合。结合反馈意见与教学经验践行新工科教育理念，课程培养目标以学生的需求为中心，课程内容选取以培养学生解决复杂工程问题能力和创新能力为中心，课堂教学形式组织以确保学生学好学会为中心，课程考核以评价学生解决复杂工程问题能力和创新能力为中心，在推行国际实质等效的工程教育专业认证基础上开展多维度的课程教学改革与实践。

1 课程教学内容调整

课程选用国家级规划教材《大气污染控制工程（第三版）》（郝吉明等主编，高等教育出版社）[1]，2021年该教材修订至第四版[2]。对该教材内容融会贯通的基础上，实施了模块化教学组织形式，彰显以学生为中心、成果导向、持续改进的工程教育理念，引入“课程思政”元素，融合生态文明建设的“五位一体”发展观，使学生形成正确的环保及绿色发展的观念，并将大气污染控制的各项行为提升至更好地建设美丽中国理念中。调整后的课程内容分五个模块，按照知识模块安排课程学习进度。

模块一为大气污染概述（对应教材第一、十二章），此模块注重培养学生形成对大气污染控制工程课程知识体系的整体轮廓，并引入生态文明观，促使学生形成正确的可持续发展理念。在这部分主要融入以下思政元素：①全球性大气污染问题（人类命运共同体，友善）；②中国城市大气污染概况（国情，爱国）；③大气污染综合防治含义与措施（生态文明建设，责任感，诚信，创新）；④环境空气质量控制标准（法治）。

模块二为大气污染来源和成因分析（对应教材第二章），此模块要求学生懂得分析大气污染物的形成过程，讨论科学有效减少大气污染物的途径，并通过查阅文献，了解相关的新动态、新成果，启发大气污染控制技术的创新。在这部分主要融入以下思政元素：①我国能源结构的发展趋势（爱国，生态文明建设）；②推广新能源（爱国，生态文明建设）。

模块三为大气污染物在环境中的扩散和归趋（对应教材第三、四章），此模块要求学生利用大气污染气象学方面的知识，预判大气污染物的转化与归趋，能够估算大气污染物浓度情况和大气质量水平，掌握大气污染与全球气候动态。在这部分主要融入以下思政元素：①大气污染对人体健康的影响（法治，友善）；②大气污染对气候的影响（人类命运共同体，友善）；③温室效应、伦敦烟雾事件、洛杉矶光化学烟雾事件、巴黎协定（人类命运共同体，友善）。

模块四为大气污染物控制理论基础和技术装备（对应教材第五至十一章），此模块要求学生通过对颗粒污染物、硫氧化物、氮氧化物、VOCs等大气污染物的净化原理、净化方法、影响因素、净化装置、工艺流程的学习，具备大气污染控制方案的提出、净化系统的设计计算以及技术创新能力。在这部分主要融入以下思政元素：①除尘原理与技术，脱硫原理与技术，脱硝原理与技术，VOCs控制原理与技术，机动车尾气减排原理与技术（创新意识）；②除尘装置，脱硫装置，脱硝装置，VOCs控制装置，机动车尾气减排（工匠精神）；③具体大气污染控制技术的讲授过程中融入学术诚信、创新意识等内容，培养辩证思维模式，更好地帮助学生树立正确的科学观（诚信，创新，正确的科学观）；④让学生思考自己能为国家大气污染控制做什么，从而引导学生树立责任意识（爱国，责任）。

模块五为大气污染控制工程案例与设计计算（对应教材第十三章），此模块从解决大气污染实际问题的角度充分系统融合课程知识，借助具体工程案例，从设计到运维进行详细讨论，切实把提高学生解决复杂工程的能力这一专业认证的指导思想贯彻到教学的全过程。在这部分主要融入以下思政元素：①集气罩设计（工匠精神，敬业）；②管道系统设计（工匠精神，敬业）；③大气污染控制工程方案提出（团队精神，创新意识，工匠精神，敬业）。

2 课程教学模式改革

课程教学组织上，按照“夯实理论基础，拓展实践与创新能力，引入课程思政，提升工程素养”的原则，深入贯彻面向工程认证的CDIO-OBE工程教育模式，采用理论讲授、问题导向、案例分析、前沿研讨、综合训练等多种教学形式，结合信息化、网络化、智能化等教学手段，提高教学效果。

经过改革，课程教学组织转变为以学生为中心，特别注重学生实践能力与创新能力的培养，学生根据课程教学目标主动学习。在整个教学过程中，引入信息化、网络化、智能化技术，促进智慧课堂、翻转课堂等新型教学方式的运用与推广，学生变被动学习为自主学习，教师担任引路人和陪练者的角色。针对大气污染现象（如酸雨、光化学烟雾、雾霾等），先让学生通过已掌握的专业知识进行分析，借助资料调研，提出可行的解决途径，并对各种途径进行原理分析、设备计算、工艺优化和工程设计，最终形成完整的课程知识体系，实现能力提升（如图1所示）。课程邀请了企业专家加入教师团队，充分利用校企合作平台提升学生的实践能力，夯实学生专业素养、工程伦理和职业道德。任课教师还依托科研项目引导学生不断提高专业创新能力，促进学生的课程学习兴趣。

图1 “二氧化硫”污染控制教学组织模式示例

3 课程质量评价改革

评价能否科学准确反映课程目标达成情况，对课程教学持续改进意义重大[3]。当前实行的全过程考核方式，课程成绩涵盖的6个方面及权重为：课堂出勤≤5%，习题作业≤10%，设计作业≥15%，分析讨论≥15%，期末笔试≤50%，期中笔试≤10%。相较于改革前，增加了习题作业、设计作业与分析讨论3个方面，将分析讨论、课后作业等教学全过程纳入了教学质量评价环节。在作业与分析讨论中强化了工程案例、分析创新等元素，如污染成因分析、治理方案优选、工程案例设计等。通过工程案例提升学生实践能力，通过分析解决大气污染问题培养学生创新能力。结合全过程评价结果，撰写课程教学质量报告，分析每一项教学目标的达成度，找出短板，持续改进，不断完善课程建设。本课程教学目标设置见表1。

表1 通过《大气污染控制工程》学习，学生应具备的能力

4 改革效果

通过课程教学改革，学生反应良好，评教值呈上升趋势（2017年91.7分，2018年92.37分，2019年92.83分，2020年93.38分），借助课程教学质量报告，不断改进，课程教学目标达成度有所改善。如2016级学生《大气污染控制工程》课程教学目标4达成度偏低（图2a），反映学生设计/开发解决方案能力培养不够，在随后的课程教学中通过优化教学内容，增加了方案设计能力培养的教学内容，创新教学方法，增加师生合作完成的研讨式教学，加强大气污染问题及解决途径分析，同时改进作业类型，增加工程实例方面的作业比例。通过上述措施，2017级学生该课程教学目标4的达成度得到了提升（见图2b）。

图2 《大气污染控制工程》课程教学目标4达成度分析图