環境工程專業復合型人才的培養

王國英 陳學福 賈曉寧 于銀水 李瀾 史高峰

摘要：針對環境工程專業人才的培養與社會需求的特點，結合《大氣污染控制工程》課堂教學、學生學習中出現的問題，以及當前大氣污染的現實狀況，在深入分析環境工程專業學生的特點和對當前大氣污染問題的思考與認識的前提下，將教學實踐中發現的問題與環境工程專業復合型人才培養方面進行探討。論文闡述了如何進行教師資源的分配、如何轉變授課方式、如何設計教學內容等方面，為學生創造實踐的機會，培養鍛煉學生結合所學課程綜合分析實際問題的思維，提高解決綜合問題的能力。

關鍵詞：課程實踐與反思；環境工程專業復合型人才；大氣污染控制工程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）24-0121-03

高等學校是培養人才的搖籃，發揮人才培養、科學研究、服務社會的綜合功能，既是對知識的傳承與創造，也是在滿足社會發展的需要。尤其對工科專業的創造型、復合型人才的培養更是社會的迫切需求，也是高等學校人才培養的目標。創造型、復合型人才的培養是對人的能力有高度專業的素養要求，需要專門的培養和嚴格的專業訓練，如環境工程專業是實踐性很強的專業，但又是涉及面非常廣的領域，例如大氣污染控制工程、水污染控制工程、固體廢棄物處理處置和資源化等，因此對環境領域的人才培養是高標準的，經常形容環境工程領域需要雜家，單獨依靠環境工程領域的知識已遠遠不夠，已不能解決所面對的復雜環境污染的綜合問題。所以，對環境工程專業復合型人才的培養需要從教學實踐中予以高度重視，其實這一過程的提高需要漫長的過程，更是迫切地需要提升教師的能力水平到更高的標準。“雙一流”建設對人才的標準和學科專業的發展提出了新的要求。任何環境污染問題都需要從環境工程技術從源頭、工藝改進和末端治理等環節等根本上予以解決，清潔生產的思想要貫穿環境工程的每個環節。這就需要我們在人才培養時首先要考慮綜合能力和思維理念的達成。本科4年的學習，甚至是研究階段的學習，對環境工程專業的學生而言，學到了豐富的理論知識，但并沒有深刻地領悟到解決實際問題的思維方式和實際工作開展時需要的綜合方面的知識運用能力。《大氣污染控制工程》課程是環境工程專業中一門重要的專業課程，也是環境工程專業學生接觸到的與實踐結合緊密的課程之一。這門課程的目的是要教會學生在理解大氣結構、污染過程和末端治理的單元過程和原理等知識的同時，能夠運用大氣污染控制工程技術解決實際問題。本人以此課程為分析對象，結合筆者的教學經驗，探討如何在當前的學生思維結構、知識背景、興趣方向多樣性的情況下，踏實、有效地開展《大氣污染控制工程》的課程教學，并真正讓學生做到學以致用。本文從教學內容設計、教材及參考資料選取、授課方式應用和考核評估及反饋評教等方面，對《大氣污染控制工程》課程教學活動的教師所起到的重要作用進行剖析，以期通過教學過程的優化、教師能力的發揮實現《大氣污染控制工程》課程教學效果的提升。

一、教學內容設計

提到大氣污染，百姓很容易想到熟知的名詞——霧霾、臭氧、光化學煙霧，從倫敦和洛杉磯的光學煙霧到京津冀的霧霾，其實氣象預報中添加空氣質量指數報告，更使得眾多人對大氣污染有更充分的了解，對相關知識都是耳熟能詳。但對一名環境工程專業的本科生、研究生來說，如何系統深入地掌握一門專業知識，將來能夠走進這一專業領域，從事專業的大氣污染治理工作，發現新問題、提出新理論、創造新知識、開創新方法、解決新問題。我深感一門專業課程教學內容的設計、教學過程的啟蒙要肩負起這一使命，雖然這一過程需要較長時間才能體現（工程教育認證中評價學生的培養質量是依據畢業后五年時間，在本專業領域中所取得的業績成果），即使一門專業課程的教學僅僅能起到入門作用，但教學內容和教學過程中要予以明確體現，教師在教學過程中要啟迪學生系統深入地掌握專業知識，從事專業領域工作，并使其具有“發現新問題、提出新理論、創造新知識、開創新方法、解決新問題”的這一思想意識。

在多年的教學工作中，我曾經遇到了一位學生提出他一直以來疑惑的問題（也許是其他學生也存在的疑問），大氣環境那么大，在那么大的空間里，大氣污染控制是如何開展的？從課程名稱《大氣污染控制工程》字面直接理解會是問題的疑惑所在，這也對專業教師提出了新要求，一定要首先將工程實踐背景、科學研究基礎、課本理論知識、工廠工程應用實踐的每個環節系統地講授給學生，簡潔明了、高度概括地讓學生的頭腦中具有系統清晰的主線，這樣學生會對專業的理解、課程內容的學習、知識的掌握具有清晰的思路。

其實，說道大氣污染控制是如何開展的？不僅僅是教學一個方面，涉及的是更為復雜的產業結構、能源結構以及百姓的生活方式等諸多方面，提及大氣污染，經常會遭到百姓的抱怨。在這樣的大背景下，如何做好《大氣污染控制工程》這門課程的專業教學工作，如何進行教學內容設計，著實具有挑戰性。我也在這一領域從事科學研究和產業化技術開發，在這一領域中積累了科研成果，在局部的大氣污染控制中進行了技術應用，取得了顯著的實際效果，在教學內容的設計中會少量添加這部分內容，目的是向學生傳達實際的技術應用是小部分課本知識的應用，更多的是基于基本的既有的理論知識擴展與新的探索。《大氣污染控制工程》課程中目前所講到的知識只涉及末端治理，即“三廢：廢氣、廢水、固廢”中的廢氣治理方面，還僅僅是在工廠具體生產線的末端進行除塵、脫硫、脫硝等單元操作層面的控制。而上述知識內容講授同時，必須強調工藝過程的革新、清潔生產的技術、綠色產品的應用等方面，以及產業結構、能源結構和百姓的生活方式轉變等方面，才能從根本上解決目前所面對的棘手的大氣污染問題。目前的大氣污染控制仍然是末端治理部分，是對大氣環境治理的一部分，從根本上轉變必須要進行徹底的清潔生產工藝的逐步改造和提升。而任何的環境治理技術都不是百分百的凈化，只是達到了相關標準的現階段要求。對有限大氣的環境容量以及大氣環境自凈化能力有限的前提下，只要有污染物排放，就會對局部大氣污染的加劇起到助推作用，對二次污染的形成埋下了潛在因素。因此，在《大氣污染控制工程》課程的教學中，教學內容設計時需在強化上述知識的同時更要強化培養解決復雜大氣污染問題的綜合性思維和復合型能力。節能減排、清潔生產的理念更需要傳授，亦是做好大氣污染控制工程教學的必備內容。做好這方面的專業教學和科普知識也是對大眾關于霧霾頻發、大氣污染治理無效說法的釋疑。

二、教材及參考資料選取

在《大氣污染控制工程》課程的教學中可用的教材有十余種，可參考的中英文資料豐富，但對學生來講，剛剛接觸一個陌生領域的新知識、新概念還是顯得有些茫然，對于眾多可用的資料也沒有足夠的時間和精力去挖掘，對于教材和資料中內容統一的部分沒有去理順。在工程學科的專業知識較抽象的課程教學中，即使指定教材和參考資料，也不意味著可以照本宣科，也不能將教材和資料甩手給學生自學，甚至占用課堂大量時間追求所謂的新式教學方法，那樣只會削弱學生對基本知識的欠缺，對學科領域沒有宏觀整體的認識掌握，將來在這一學科領域的深入發展會受到限制，“基礎不牢、地動山搖”。至少在《大氣污染控制工程》這類專業性較強的專業課程中需要加強專業基礎知識的課堂講授。《大氣污染控制工程》在課程學時安排中包括64學時的課堂授課，同時安排有課程設計，相當于國外部分高校PBL（Problem based learning）教學中的項目設計部分，還有實驗課程作為支撐。本人在教學過程中先后使用過多種教材和輔助資料，包括國內教材資料和國外教材資料，大部分國外教材注重實例和深入的理論模型，其中包含大量完整的案例，學習者可以通過演習案例或理論模型加深對學習內容的理解，但國外教材在理論性和條理性方面不適合中國學生的學習習慣和教學大綱的順次要求，需要教師指導學生選擇性運用。國內教材以郝吉明院士編著的《大氣污染控制工程》為代表，理論嚴謹、條理性強，適合中國學生的學習思維和理解習慣。同時采用國內外同行的教材進行學習，是對知識深入掌握的最好補充，可以從多種不同角度和不同層面去深入理解知識的核心，可以拓展對知識的運用能力。通過多年的教學實踐發現為每個專題（例如除塵、脫硫、脫銷等）輔助以實際應用的資料是對教學內容最有益的補充，雖然教材在不斷改版補充新內容，但教材的知識更新速度需要一定的周期，存在一定的滯后。因此，對專題輔助資料的補充是對教材內容最好的擴展，與當前實際問題的解決可以密切相關，可提高學生的興趣和對知識的深入掌握，如目前的超低排放技術、煙氣脫白技術，都是針對新問題應用大氣污染控制工程知識開發出的新技術，將來也可以作為教材中相關知識的案例進行補充。

三、授課方式應用

甄選合適的教材，設計恰當的教學內容，還要有適合的教學方法才能事半功倍，讓學生學得清楚，掌握得充分，真正地教會學生理解并深刻掌握，乃至運用知識的能力。在實際教學中，對老師而言有一個教的方法的問題，對于同樣的教材、同樣的知識點，不同教學方法所取得的效果是不同的，教學方法的選用是強調學生掌握知識，而不是記憶知識、應對考試、取得“優秀”的考分。目前高校內的教師，從學校到學校的培養模式直至博士或博士后占有較大比例，知識儲備是充分的，實踐經驗卻是欠缺的，從理論到理論的教，公式來龍去脈的推導并把教材的內容完整地傳授給學生。但對于工科專業學生來講，這遠遠不夠，如果教學過程沒有接觸一線的背景知識支撐，學生對知識的掌握也僅是浮在表面。學生們經常抱怨不知道自己所學的專業是做什么的，不知道將來干什么，學了這門課程后怎樣開展這一領域的工作，這是我們目前教學中面臨的嚴重問題。

四、考核評估及反饋評教

教學效果的好壞需要檢驗，考試是檢驗學習成果的重要手段，《大氣污染控制工程》課程的考試一直以來以閉卷為主，但是《大氣污染控制工程》實際上是一門工程實踐性很強的課程。評估教學的過程和學生的學習效果不能僅僅通過考試分數就全面衡量，更重要的是能使用《大氣污染控制工程》理論和實踐知識解決實際問題，否則學生就會考試過后，知識也隨時間推移逐漸淡忘。筆者在教學過程中一貫堅持講述每個大氣污染控制的單元（如除塵單元、脫硫單元、脫銷單元等）操作中，向學生展示工廠應用的實例，要求學生結合實例掌握各個單元的知識點，考試中和平常的作業中專門安排項目設計，使學生真正地懂得每個單元工藝的原理和具體的運行過程，在進入工廠的認識實習和生產實習階段強化學生所學知識，將教學過程學習的各個單元與工廠實際運行的裝置之間進行匹配，借助于知識的掌握和課堂的實例講述，學生們很快就會辨識每臺設備、每條管路對應的單元工藝工段。這一過程的完成是無法僅憑考試達到的，實際的應用考驗也激發了學生的學習興趣與熱愛，這點對環境工程領域大氣污染防控工程師來講是尤為重要的。

總之，在筆者多年的教學實踐中體會最深的就是培養學生對知識的融入，而非記憶與考試。我們需要結合工程實踐展示課程體系的全貌，借助工程應用實例，解釋重要知識點所對應的工程應用原理與實際運行過程。培養學生解決問題的能力遠比教會他們書本內容更重要，這種對知識的融入、能力的提高會讓學生終身受益。教師的工程背景的鍛煉提高對教學工作具有實際意義，教與學之間的雙向評估、雙向反饋機制會極大地促進教學工作取得良好的效果。

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