基于工程教育认证的“大气污染控制工程”课程教学改革

＊李彦鹏 张力元 商连

（长安大学 水利与环境学院 陕西 710054）

2016年6月，中国正式加入《华盛顿协议》，成为国际本科工程学位互认协议的会员[1]。以此为契机，中国工程认证协会逐步开始了在全国范围内的高校本科专业认证工作。而环境工程专业早在2007年，就成立了专业认证委员会，制定并完善了环境工程专业规范与要求，开展了国内各高校环境工程专业的认证工作[2]。长安大学环境工程专业于2018年通过国家“工程教育认证”。该专业30年来始终担负着为国家尤其是西部地区，及公路交通、国土资源、城乡建设等行业培养高级环保复合型人才的使命。作为长安大学环境工程专业的标杆课程，《大气污染控制工程》在专业建设中始终占有重要地位，其课程内容是环境工程知识体系的重要组成部分。因此，该课程的教学质量，直接关系到环境工程专业学生的理论知识水平和工程技能。本文基于长安大学“大气污染控制工程”教学团队20余年的教学实践，结合长安大学环境工程专业工程认证的具体工作，从确定课程改革思路、优化教学内容、创新教学方法、改革考核方式等方面深入探讨“大气污染控制工程”课程教学改革的做法，旨在促进高校工程认证背景下的环境类课程的教学改革和人才培养。

1.工程认证背景下“大气污染控制工程”课程教学主要问题

《大气污染控制工程》是一门交叉性和应用性很强的主干专业课。为了培养学生国际化视野，从2001年开始，我们一直采用原版英文教材“Air Pollution Control Engineering (Second edition)，Noel de Nevers编著”[3]授课。2008年该课程入选陕西省双语教学示范课程。但是，多年的教学发现，“老师觉得难教，学生觉得难学”是这门课程主要和亟待解决的问题。通过学情分析，我们认为原因主要有以下三个方面。

(1)课程体系缺乏系统性，内容繁杂

国内《大气污染控制工程》授课教师普遍认为，相比于众多中文该课程教材，英文原版教材“Air Pollution Control Engineering（Noel de Nevers编著）”在内容阐述的新颖性、生动性以及案例的实效性等方面具有优势，但是在知识体系的完备性和系统性方面与国内普遍采用的 《大气污染控制工程》教材相比有所欠缺[4-5]。比如，其知识体系不是所遵循“基本概念—基本原理—技术方法-设备设计”逻辑结构[6]，而是将基本原理插入控制技术方法（如气态污染物控制就分别插入VOCs/SO2/NOx等章节）中阐述，显得零散而缺乏系统性，这就是同学们感觉大气这门课“体系庞杂、内容繁多、理论性强”的主要原因。

(2)教学模式陈旧，缺乏兴趣

以学生为中心是工程认证的核心理念。因此，“大气污染控制工程”课程的改进，一方面要充分调动学生的学习兴趣及参与的自主性，另一方面需要理论紧密结合实践，充分锻炼并提高学生的知识应用能力。然而，目前实验环节教学课时普遍偏少，且现有实验又多是验证性实验，综合性、创新性实验不足，无法满足专业工程认证中学生工程能力培养的要求。此外，“填鸭式”课堂教学模式在国内大学课堂上已是主要，甚至是单一的教学模式，学生普遍感觉枯燥，难以调动学生学习的积极性，学习效果并不理想。

(3)考核与评价方式不合理

对于工程认证中“毕业要求”需要达成的指标点，比如“指标点10.1：能够就复杂的环境工程问题与业界同行及社会公众，利用报告、设计图纸、答辩等形式进行有效沟通和交流”“指标点10.2：具备一定的国际视野，并能就环境工程领域科学发展问题进行沟通和交流”，目前我们的课程考核方式仅采用平时作业+期末考试的模式，无法满足工程认证所要求的达成度分析以及科学评价的需要。

2.课程教学改革路线

以学生为中心、成果导向和持续改进是工程教育认证的核心思想[7]。这就要求我们教学改革的目标也必须遵循“以能力和素质培养为本”的理念，并贯穿于教学全过程。为此，我们首先塑造了“大气污染控制工程”课程的改革路线。第一步，基于工程认证要求，着重从知识、能力和素养三方面重新规划课程的教学目标。第二步，以此教学目标，采用主线化的策略重新梳理并整合教学内容。第三步，根据教学目标和教学内容组织教学活动，主要包括优化教学资源、精选教学环境和创新教学方法等。最后一步，教学目标达成度的检验，并用于课程持续改进。

3.工程认证背景下“大气污染控制工程”教学改革内容

(1)按照知识、能力和素养三个维度培养主旨，修订课程教学目标

长安大学《大气污染控制工程》课程不仅是教育部工程认证委员会确定的环境工程专业的核心课程，也是落实长安大学培养“基础实、口径宽、能力强、素质高，富有创新精神和实践能力”的高素质人才和践行“学科建设带动专业建设，教学与科研有机结合，强化工程应用能力培养”专业办学思路的关键环节，更是长安大学环境类专业的优势特色课程。因此，立足于长安大学办学定位和专业特色，结合工程认证的OBE理念和课程思政要求，我们在2015版重新修订的课程教学目标中，希望通过本课程的学习，培养学生解决我国空气污染实际问题的能力、激发学生的创新意识、塑造职业素养和家国情怀。

(2)围绕“空气污染物的前世今生”主线，调整课程教学内容

前述学情分析已知，单纯英文教材的使用造成了学生知识碎片化、系统性不强的问题。因此，本着“以学生培养为本”理念，依据课程新目标，我们采用“英文原版教材（第三版）+国家规划教材《大气污染控制工程（郝吉明等编）》”为新的课程教材资料，互为补充，以求兼顾知识系统性、内容生动性和实例丰富性。

确定了教材之后，按照事物认知规律，突破传统以课本章节为顺序，而设计了围绕“污染物的前世今生”这条主线展开教学内容，形成“污染物的排放（前世）---污染物的环境行为与控制（今生）---污染物的影响（未来）”知识链，并根据课时变化和持续改进理念进行弹性化动态调整。举例来说，在我们专业认证前实施的2010版教学大纲中，该课程的总学时74学时（期中讲课学时66，实验学时8）。基于教育部加强本科通识课程及迎接专业认证的要求，2015版教学大纲修订时，总学时减少到64学时（讲课学时56，实验学时8）。为了在课时大幅减少的条件下最大限度的满足教学目标，我们就采用“主线贯穿、有机整合”的办法，精炼教学内容。我们发现2010版教学大纲中有课堂讲授的4学时“大气污染物的监测”、6学时的“沉降速度与曳力、气态污染物的吸收、吸附理论”分别与环境工程专业先期开设的《环境监测》和《环境工程原理》两门课程相关章节重复，因此在2015版教学大纲上，这两部分授课内容就删除了。此外，教学内容的整合还体现在“与时俱进”上。近年来，大气污染控制技术不断进步，大气污染控制的法规和理论也在不断发展。而我们目前的中英教材，都持续使用了10年以上，在许多核心知识点的研究现状与趋势发展上没有能够及时更新。因此，此次改革中，我们紧密围绕当前大气环境及其污染控制的热点与前沿，以专题讨论的形式授课，如雾与霾的区别、城市机动车污染控制、臭氧污染与治理新技术等。

(3)结合工程认证的OBE理念，改革课程教学方法

确定合适的教材，选取恰当的教学内容，还需要配合适合的教学方法才能事半功倍，寓学于乐，让学生真正理解并深刻掌握，乃至运用知识的能力。为此，我们大力改革教学方法和教学手段，积极探索并逐步形成了“以学生为主体，教师为导体”指导思想下形式多样的教学方法。

①启发讨论式教学。根据课程知识点，通过网络、图片、视频、在线课堂等教学资源或平台，进行“课前问题引入+学生查找资料+课堂互动讨论+知识点讲解+引申问题讨论”形式的教学活动。

例如，讲授“空气污染对能见度的影响”内容前，利用课程平台布置任务：搜寻雾霾及其影响的图片资料，以考察学生的文献查阅和自主学习能力；授课开始，大家就课前任务进行讨论，以考察学生表达能力；教师归纳总结雾霾定义及影响等知识点，引入“能见度”概念与理论；最后，根据讲授理论，再提出实际大气问题，比如“为什么乌云比白云更容易下雨？”等，同学们分组讨论，互相打分，实现学生交流、团队合作、批判性思维等能力同步提升。

目前本课程大约70%的内容采用该教学方式。实践证明该教学方式充分调动了学生的学习积极性和主动能动性，全程紧抓学生注意力和参与度，使得学生在讨论交流中既掌握了大气污染控制课程的基本知识点，又培养了表达交流、思辨能力和知识应用能力。

②项目式教学。基于教学知识点，依托团队的科研项目，通过师生共同实施研究项目进行教学活动，即为项目式教学或称研究式教学[8]。以“机动车污染”这一章节内容为例，依托我们“大气污染机理与防治”团队所承担的国家重点研发项目“关中城市群移动源大气污染物排放清单与减排策略研究（2017YFC0212206）”，教师布置“西安市汽油车、柴油车等不同车型排放特征”“城市隧道和开放路边大气污染物浓度监测和分析”“西安市机动车污染控制对策及减排效益研究”等多个题目，学生自行组建研究小组，自主选题开展研究。教师在课堂上或QQ平台上不定时选取经典或关键的问题进行讨论和讲解，学生通过查找资料、野外监测、数据分析、PPT汇报交流，最后提交研究报告，教师对其研究方法、结果与结论等内容进行点评与打分，作为课程成绩的一部分。目前本课程大约10%的内容采用该教学方式。该教学方式极大地促进了学生的团队合作意识、知识应用能力和科学表达能力的提高。

③案例式教学。工程学科的一个重要培养环节就是实践教学。针对该环节目前教学普遍不足的问题，收集、整理并设计实际工程案例，使学生在真实大气污染工程场景下学习掌握知识点的教学方式，即为案例式教学[9]。在讲到湿法除尘设备和工艺时，首先形象地给学生演示了暴雨捕捉空气中颗粒污染物的实例，并由此衍生出其中所蕴含的洗涤器除尘效率的计算思想及公式；然后，给学生展示实习时拍摄的各种洗涤塔的实物照片，回顾各种洗涤除尘设备的结构；在此基础上，请与我们有合作的西安多家环保公司选派工程技术人员，为学生进行相关工程案例与设计过程讲解，进而引导学生从注重知识学习变为注重能力学习，提升了学生的工程理念意识。目前该教学方式占本课程教学的比例大约为20%。通过这种教学方法，学生的发现、分析和解决问题的能力普遍得到了提升。

④强化持续改进理念，改革课程考核与评价指标。持续改进是工程教育认证的重要内容，其依据主要来自于课程考核和达成评价。因此，针对2010版教学大纲的考核单一化问题，我们采取了如下改革：一是调整平时成绩和期末成绩占比，期末成绩最多占60%；二是改进考核内容，在平时成绩中增加课堂讨论、实验技能与项目汇报等元素；期末考试中也增加20%-30%的能考核应用理论分析和解决实际大气污染问题能力的题目。最后，在计算总评成绩以后，根据制定的课程目标指标点，分项计算各指标点的评价值，从而得到“大气污染控制工程”的达成度评价报告。

4.结论

笔者所在教学团队基于工程教育以学生为中心、成果导向和持续改进的理念，对“大气污染控制工程”这门课程的理论教学部分进行了改革，取得了良好的教学效果。目前，该课程已培养了近300多名具有较强工作能力的本科生，得到了社会的广泛认可，展示了良好的业务能力和竞争优势。同时，我们也得到了业内专家的好评。2018年该课程入选“陕西省创新创业教育课程”；2019年，以该课程为代表的长安大学环境工程专业获批“国家一流专业”建设点。但是也应看到，该课程还存在现代信息技术与教学深度融合不够、学生实训环节不足、课程思政建设滞后等问题。后续改进中，一方面应该进一步集中在基于成果导向的教学内容、教学方式的全局优化，加大理论联系实际部分的讨论与实训环节，丰富实践教学内容的深度和广度，充分利用“互联 网+”等现代信息技术及各种网上教学平台，以期实现学生运用所学知识解决实际大气污染问题的能力，达到工程教育人才培养目标。另一方面，应该结合环境类专业得天独厚的生态文明理念，深挖课程思政元素，研究行之有效的“大气污染控制工程课程思政”实施方案，以期实现“思政”与“专业”的“基因式”融合，增强学生的德育素质和社会责任意识。