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

劉潔，劉盛余，劉建英，徐成華，劉雨露

（成都信息工程大學 資源環(huán)境學院，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 年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)“碳中和”。此即為“雙碳”目標。2021 年3 月，習近平總書記在中央財經(jīng)委員會第九次會議上強調(diào)要把碳達峰、碳中和納入生態(tài)文明建設整體布局。由此，我國生態(tài)文明建設進入了以降碳為重點戰(zhàn)略方向、推動減污降碳協(xié)同增效、促進經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型和實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善由量變到質(zhì)變的關(guān)鍵時期。實現(xiàn)“雙碳”目標是一個巨大的系統(tǒng)性工程，需要全民族達成共識，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的生力軍，應具有新時代生態(tài)文明建設理念，能系統(tǒng)地解決復雜的環(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。通過課程學習，學生應掌握儀器、設備、方法、技術(shù)和工藝的基本知識，以大氣污染物—控制技術(shù)—工藝流程與設計—運行管理為主線，了解工程實際需要，進而培養(yǎng)分析問題能力、溝通表達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，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。通過物聯(lián)網(wǎng)、云計算、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)手段進行碳監(jiān)測可有效保證數(shù)據(jù)的真實安全，可為監(jiān)管部門分類管控、精準執(zhí)法和企業(yè)自律守法提供強大的數(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，人們對點源污染問題的關(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，實現(xiàn)“雙碳”目標的關(guān)鍵在于依靠基于新設計、新設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)的進步和創(chuàng)新是實現(xiàn)“雙碳”目標的主要驅(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，實現(xiàn)“雙碳”目標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）實踐與應用能力。傳統(tǒng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)以末端污染物治理為主，面對“雙碳”目標具備較高的實踐與應用能力才能迎來發(fā)展機遇，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，可實現(xiàn)國內(nèi)國際互促共進。

二、教學目標

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

三、課程教學改革實踐與分析

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

（一）圍繞創(chuàng)新型人才培養(yǎng)整合設計教學內(nèi)容

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

當前我國大氣污染形式嚴峻，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)域污染復合。污染與氣候變化交叉等顯著特征。課程教學以解決大氣復合污染的多維環(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、傳輸擴散、控制技術(shù)和對氣候的影響等，新版大綱設置的課程教學內(nèi)容見表1，設置為“九大專題”。教學內(nèi)容中補充重點行業(yè)大氣污染物超低排放技術(shù)，引導學生建立“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環(huán)境遙感的專業(yè)特色和教師團隊的研究工作，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 課程教學內(nèi)容

（二）改革教學方法，加強“專題式”教學

高等大氣污染控制工程具有環(huán)境、地學、能源、交通和化工等多個學科深度交叉的特點，體現(xiàn)了科學技術(shù)、工程實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，在此基礎上既講述典型污染物的形成機理和演變特征，又針對主要污染物和典型污染源的控制技術(shù)與工程實踐進行具體介紹和實際案例分析，具有較強的科學性、系統(tǒng)性和前瞻性。課程適合采用“專題式”教學模式，突出課題蘊含的污染發(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內(nèi)容，又能培養(yǎng)研究生進行大氣污染控制科學研究和技術(shù)管理的系統(tǒng)思維能力，為學生從事相關(guān)工作打下基礎，實現(xiàn)教學與能力的同向同行。

研究生的課堂教學要更加靈活和豐富。適宜采用的教學方法有：（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)出臺多項政策法規(guī)對涂料行業(yè)VOCs 進行管控，且與涂料協(xié)會及各大型涂料企業(yè)研究制定更嚴格、更符合行業(yè)實際情況的政策法規(guī)。在闡述“VOCs 廢氣的凈化與利用”專題時，可引導學生就不同控制技術(shù)進行資料調(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)濟的、符合發(fā)展需要的解決方案。（2）重要文獻學習。學術(shù)研究“新手”可通過文獻學習掌握歷史、方法和視野三個方面的基礎。在專題教學過程中引入重要文獻也幫助于學生建立寬闊和創(chuàng)新的視野。

（三）強化工程實踐能力培養(yǎng)，引入課程設計環(huán)節(jié)

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

將課程設計作為一個教學實踐環(huán)節(jié)，可通過工程設計計算、設備選型、流程設計、技術(shù)經(jīng)濟分析和繪圖等訓練培養(yǎng)學生正確的設計思想與方法、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和良好的工作作風，培養(yǎng)學生運用所學的理論知識和技能解決實際問題的能力和獨立工作能力，培養(yǎng)學生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語言表達能力及與他人合作能力，鞏固、深化和擴展學生的理論知識與專業(yè)技能。成都信息工程大學的課程設計環(huán)節(jié)從以下四個步驟實施：（1）選題。課程設計的題目來源于生產(chǎn)和生活實際，如實際生產(chǎn)中的燃煤發(fā)電廠、采暖鍋爐房等。（2）編寫工程設計任務書。科學的工程設計任務書能夠指導學生有理有據(jù)地完成課程設計工作。（3）教師指導。設計過程中教師的指導是啟發(fā)式的，引導學生自己去思考和實施。（4）點評與總結(jié)。將課堂教學模式局部轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ添椖垦杏懞头治龅人急姝h(huán)節(jié)，比較性地講解和討論學生的工程設計與實際工程設計的差異，培養(yǎng)學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。

（四）創(chuàng)新教學評價方法，促進課程持續(xù)改進

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

對照“雙碳”目標的要求，成都信息工程大學通過創(chuàng)新教學內(nèi)容、設計教學新模式、探索實踐教學環(huán)節(jié)和改革教學評價方法系統(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)學生應對環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展趨勢的能力。“3060 計劃”需要付出艱苦努力，但這是我國基于推動構(gòu)建人類命運共同體的責任擔當和實現(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)境類研究生當以扎實的創(chuàng)新能力和實踐能力投入其中。