科教、產教融合理念下大氣污染控制工程課程建設探索

趙竹子 葉招蓮 馬帥帥 顧愛軍

摘要 大氣污染控制工程是高等院校環境工程專業的專業必修課，內容上兼具理科和工科的特點，該課程學習上具有一定的難度及廣度。文章以大氣污染控制工程課程為例，綜合分析了該課程在當前教學中的不足，在“科教融合”“產教融合”理念下重新定義教學改革目標，從教學內容、教學方式、課程考核和評價等三方面出發，提出相應的教學改革舉措，旨在為專業課程教學改革提供新思路，為培養兼具環境工程實踐思維和科研特性的環境專業人才提供保障。

關鍵詞 科教融合；產教融合；大氣污染控制工程；教學目標；教學方法與評價

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.9.037

隨著社會的進步和科技的快速發展，高校人才培養存在的問題凸顯，人才的結構、質量、水平與社會、產業需求不匹配的問題日益明顯，用人單位難以招到綜合素質高的合格人才，大學畢業生找不到合適的工作，學校培養的人才（人才鏈）與社會發展需求（產業鏈）脫節。以環境工程專業為例，智能制造、大數據時代，在線環境檢測儀器和平臺開發等技術人才，集環境監測、監理、環保設施建設運營、污染治理等一體化環保服務的環保管家人才嚴重不足；而環境評價、環境檢測人才局部過剩，這便是所謂的人才供給側結構性矛盾。造成該矛盾的原因包括：①教師重科研、輕教學，科研和教學沒有有效融合，導致學生學習內容陳舊、教學方式落后、學生主動學習積極性不高等；②產業與教學的融合停留在低層次，學生在學校學習的理論和實踐知識（課程學習）無法用于企業生產實踐等。因此，深化科教融合、產教融合是解決該問題的有效途徑。

科教融合的本質是將科研引入教學，將科研精神融入教育教學理念，將科研成果轉化為教育教學內容，在“科研―教學―學習”的過程中進行知識的傳授和傳承，讓學生更多地參與到科研中，提升學生參與科研創新的主動性，科研反哺教學，教學與科研相互促進、相輔相成，從而提高教學質量和人才培養質量。科教融合體現的是學校內部科研與教學的關系，推動科教融合，即鼓勵教師打破陳舊的教學方法，運用科研成果豐富教學內容，學生的求知欲、實踐和創新能力、解決問題的能力通過科研實踐、老師的學術指導得以培養，實現科研融入教學，教學推動科研的目標，解決課堂教學內容和高速的社會發展不匹配的情形，提升科研項目的科研育人功能。產教融合則是產業與教育的合作和一體化，是高校提高人才培養質量的長期戰略，產教融合體現的是學校外部產業與教育的關系，將教育融入地方主導產業，服務地方社會經濟發展，教育鏈、人才鏈與產業鏈、創新鏈有機銜接，對培養出同時具備專業理論知識和企業實踐技術的人才，從而服務于企業的轉型升級和國家經濟結構調整具有重要意義。

綜上，本研究以大氣污染控制工程課程教學改革為切入點，從整體設計的角度對教學資源、教學組織和評價等進行探索，以課程為載體，實現多維度科教、產教融合育人模式，促進環境工程專業學生科研能力、實踐能力的提升。

1大氣污染控制工程課程簡介

1.1課程主要內容

大氣污染控制工程是研究大氣污染的基本原理和廢氣治理技術的工程類課程，其課程目標主要為培養學生運用大氣污染控制理論知識解決大氣污染工程問題的能力。課程內容包括大氣污染控制基礎理論、顆粒污染物控制、氣態污染物控制、燃燒及脫硫脫硝、廢氣凈化系統五大模塊，課程涉及污染物濃度擴散規律，顆粒污染物和SO2、NOX等氣態污染物的各種控制技術的基本理論知識、工作原理、方案設計、設計計算等內容，具有理論性與實踐性、多學科交叉性與前沿性、涉及知識寬泛，兼具理科和工科的特點，這些特點決定了這門課程學習的難度以及廣度。

1.2教學中存在的普遍問題

傳統大氣污染控制工程課程教學已不能適應時代的發展和滿足社會的需求，其局限性主要表現在：①現有教材內容滯后于學科發展：目前，大部分高校選用的是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，即高等教育出版社出版的郝吉明、馬廣大、王書肖主編的《大氣污染控制工程》，該書出版于2010年，明顯滯后于學科發展。目前，我國大氣污染已由煤煙型單一污染向復合型污染轉變，增加了治理難度。針對不同大氣污染物相應的治理技術日新月異，但教材反映的新污染物控制技術仍十分有限，不利于學生掌握前沿知識和新技術。②課程內容多：大氣污染控制工程內容涉及化學、高等數學、環境工程學等多門基礎學科的知識，具有公式多、復雜抽象問題多、知識點多等特點，需要進一步凝練教學內容，改進教學方法。③課本知識和現實實踐脫節：課程教學中相關案例較少，需增加相關教學內容。④考核方式不合理：傳統的大氣污染控制工程課程多采用閉卷考試的方式進行考核，試卷內容圍繞教材或教師課堂講課的內容出題，題型上客觀性試題（如選擇題、判斷題、名詞解釋題）的分值較大，而分析、綜合、論述題相對較少，對學生思考問題、分析和解決問題的能力以及工程實踐能力的考查遠遠不足。

2課程改革目標

針對上述問題，可以發現，目前該課程應解決的主要問題為增加新技術在大氣污染物去除中應用的相關知識、以及增強理論知識與實際實踐的連接等。因此，本課程設置的課程目標為：①學生能運用相關理論，針對復雜工程問題，通過研究文獻及對比分析，合理選擇治理方案，培養學生的分析能力和工程意識；②學生能運用所學的理論設計大氣污染物控制工藝流程，初步解決實際工程問題，培養學生的工程、設計和創新能力；③學生能獨立地通過分析、比較后選用合理的實驗方法，正確使用各種儀器和裝置開展相關實驗，系統分析實驗數據，并得到合理有效的結論，具備科學研究能力、較強的操作技能、分析和解決問題的實踐能力；④通過大氣污染控制的發展趨勢、新技術的學習，培養學生的創新意識、環保意識和社會責任感，提升適應社會發展和行業需求的綜合素質。

為實現以上課程目標，在課程改革探索過程中，需落實課程教學怎么變，探索通過“科教融合”“產教融合”創新實踐教學模式。

3“大氣污染控制工程”課程改革措施及成效

3.1教學內容建設

大氣污染物的多樣性、易變性及其由此導致的大氣環境問題的復雜性，使得“大氣污染控制工程”學科發展也較迅速，為了厘清大氣污染物之間的各類化學反應、生成機制及更高效地去除污染物，新理論、新技術層出不窮，讓學生緊密跟隨當前學術和技術發展趨勢，及時掌握學科發展前沿知識和信息，是提高學生培養質量的重要途徑。針對大氣污染控制工程本科教學的教材內容相對滯后這一問題，本課程在優化教學內容方面有以下措施：

第一，為保證知識點的連續性和全面性，保證學生更好地理解不同章節之間知識點的關系，本課程在原有大氣污染基本概念、燃燒與大氣污染、除塵技術基礎、除塵設備、氣態污染物控制、硫氧化物和氮氧化物的控制、機動車污染控制等章節內容的基礎上，增加了大氣污染氣象學、大氣擴散、VOCs及惡臭污染控制等內容，教學內容更全面。

第二，注重基礎知識的講解。本課程中需要運用大量數學模型和函數運算，以大氣污染物的擴散模型為例，就是基于二維高斯分布概率密度函數建立起來的，用于研究大氣污染物擴散的數學模型，為了讓學生更好地理解，需要對高斯函數的基礎知識進行詳細講解，以便學生理解和掌握模型建立的依據、條件和應用范圍。

第三，重塑案例化教學。在大氣污染控制工程教學過程中，若教學講授的側重點一直都是課本里的理論知識，不和實際工程應用構建聯系使得教學內容非常枯燥，缺乏真實的工程案例將很難激發學生的學習興趣，從而導致學生死記硬背、“紙上談兵”，不懂如何變通運用，影響教育教學和人才培養效果。因此，明確本課程案例庫建立和教學的目的是提高學生的實際操作能力，增強實踐能力；基于此，教師應從搜集到的案例中對兼具真實性、可行性和操作簡易性的案例進行篩選和整理，建立數據庫。以本課程教學過程為例，基于主講教師曾經參與過的廢氣治理項目，從實際案例出發，通過案例中設計的處理氣量及介質濃度，讓學生設計工藝流程，并對設計的合理性進行探討，最終通過和案例使用方案的對比培養學生的分析能力和工程意識。在教學過程中，還需不斷完善案例庫，包括增加新案例、更新舊案例、修訂案例等。

第四，課堂教學內容與科研相結合，通過研究縱向課題，將本學科的最新科研進展直接或間接地引入教學中，將科研成果、前沿研究加入大氣污染控制工程本科教學過程，運用科研成果豐富教學內容，促進理論教學內容的知識更新，保障教學研究內容和理念的先進性、科學性和前瞻性，一定程度上滿足學生旺盛的求知欲和創新需要。例如本課程在教授過程中，結合教研組科研特色和優勢，將光催化降解VOCs機理、低溫等離子體去除惡臭技術、耐硫脫硝催化劑構建技術、疊層結構單原子催化劑制備等相關科研成果引入課程內容，拓寬學生的視野，不再局限于課本內容的學習，讓學生直觀地感受理論知識在現實問題研究中的應用，激發學生興趣，活躍學生思維，提高學生解決問題的能力。

最后，在現有PPT課件中，結合各章節知識特點，加入各類測試題，融入學科發展史、學科知識應用、學科交叉、行業/專業最新成果等元素，將最新科研成果貫穿于教學的全過程，建立網絡課程資源、特色教學課件資源。如在講授氮氧化物污染控制技術——選擇性催化還原法這一章內容中，和學生分享近十幾年來我國電力行業催化劑從依賴國外技術和產品到擁有完全自主知識產權的發展全過程；在今后課程資源建設中，堅持每年動態調整，打造出特色教學課件。此外，每學期還積極邀請廢氣治理行業專家開展講座1―2次，開闊學生視野。

3.2課堂教學與實驗室實踐相結合

基于課程目標②和③，本課程將課堂教學與實踐教學有機結合，兼顧基礎理論知識和實踐手段與方法，突出綜合與設計性實驗體系，注重培養的學生工程能力。具體可通過以下方法增強學生實踐能力，包括布置現場調查任務，即讓學生進行現場調查任務，收集各種工藝流程圖、設備圖、管線圖等，從實際工程案例中進行學習和實踐；還可與實驗室實踐相結合，通過實驗數據的測定，加深對不同工藝構筑物對污染物去除效率的直觀認識；還可通過仿真軟件的操作，了解和掌握大氣污染控制的流程。以本課程為例，本課程基于教育部產學研協同育人項目，與浙江天煌實業有限公司共同開發大氣污染氣體聯合凈化裝置（吸收塔、吸附塔、光催化凈化塔），并將該裝置運用于大氣污染控制工程課內實驗。該實驗裝置具備以下特色：一是不同凈化工藝之間通過法蘭進行連接，學生可以自行組合進行實驗，觀察不同組合下的去除效率，從而鍛煉學生的工藝設計能力；二是該凈化裝置專門設置了手動風閥調節開關，學生通過手動調節風閥改變氣體流速，觀察不同氣體流速下對污染氣體的去除效率，從而鍛煉學生的科學研究能力；三是該裝置處理的氣態污染物為鋼瓶標準氣體，可以根據不同研究目標進行更換，了解相同凈化裝置對不同污染氣體的去除效率，從而鍛煉學生的科學研究能力；最后，在該裝置的流路上，我們特意設置了很多測量孔，學生可在流路的測量孔對風速、氣體濃度、壓力進行測定，多個學生手動、配合完成，既鍛煉了學生的動手操作能力，也鍛煉了學生的團隊合作能力。

綜上，通過以上方法使學生掌握常規大氣污染物監測和去除技術，掌握顆粒物、廢氣治理技術，培養學生的知識運用能力、工藝設計能力，以及發現與解決問題的能力。

3.3教學方式改革

教學全面利用最新的新媒體技術和方法，教學工具運用上注重開拓創新，采用“線上資源學習+泛雅平臺自建網上課程+線下課堂”的混合式教學方式，逐漸將以“教”為中心轉為以“學”為中心。網絡課程資源上，充分利用國家精品課程資源清華大學的“大氣污染控制工程”（https：// www.xuetangx.com/course/THU08251000277/1515893），學生可通過觀看視頻和測試鞏固基礎知識點；此外，本課程自建超星泛雅平臺課程，上傳了與本課程相關的視頻庫、習題試題庫和試卷庫（http：//mooc1.jsut.edu.cn/course/ 89185176.html），通過平臺推送錄播視頻、布置作業和線上答疑，提升學生的學習興趣和效果，還可通過平臺成績實時掌握學生學習情況等；線下教學方面，將翻轉課堂、案例分析、課堂討論、問題導向、網上互動等融入教學過程，引導學生積極參與課堂教學，培養學生對本課程學習的興趣和專注度。

3.4課程考核和評價改革

為盡量減少“一卷定成績”及單一的評價方式，本課程用過程性評價、表現性評價和結果性評價相結合的方式對課程成績進行綜合評定，考核既包括理論知識考核，也包括實驗知識考核。其中，理論考核總成績由平時成績、線上成績、期中考試成績及期末考試成績四部分組成。平時成績包括平時線下作業（6―8次）和綜合作業（2―4道案例和綜合分析題），主要考查學生對大氣污染控制知識的綜合應用能力，以培養學生解決復雜環境工程問題的能力，要求學生能運用所學知識，設計典型大氣污染控制方案，要求方案具有可行性和合理性，能體現所學知識的綜合運用和解決實際復雜環境問題的能力；線上成績由國家精品課程成績（視頻觀看、測試）和自建超星泛雅平臺成績（作業測試、討論）兩部分組成，學生通過電腦端或者微信小程序在學堂在線注冊賬號，課前觀看視頻學習，課后完成章節測試、期中測試等；期末測試中，減少以再現書本知識為主的考試內容，增加能夠激發學生思考、實踐和創新的無標準答案的主觀開放性試題比例，適度增加綜合性、應用性題目，注重考核和培養學生能力，引導學生開展“自主式”“研究式”學習。此外，課程開設的3個大氣污染控制實驗，能加深學生對各種大氣污染控制技術的理解以及鍛煉學生的工藝設計能力。

課程結束后，通過發放調查問卷的方式，獲得學生對于課程的滿意度、教師授課態度的評價，了解學生對課程教學內容、教學方式、作業布置和批改等的評價，利于后續持續改進。

4結語

大氣污染控制工程是一門兼具理論和實踐的課程，是一門不斷發展和更新的學科，學生在學習這門課的過程中，因畏難情緒和知識點相對枯燥而導致學習興趣不高。因此，本文以此課程為例，綜合分析了該課程教學中的瓶頸，在“科教融合”“產教融合”理念下重新定義教學改革目標，通過對課程教學大綱、線上課程教學、課程考評方法、課程達成度評價等方面進行分析，提出了對應的解決方法，為地方應用型本科高校全面推進“科教融合”“產教融合”理念下專業課程教學改革提供思路。總之，工科類的課程改革需要瞄準科教融合、產教融合、產學研合作的本質需求，保證教學內容與時俱進，加強對學生工程實踐素養和實踐能力的培養，這在培養具備環境工程思維兼具科研特性的專業人才方面將具有積極意義。

*通訊作者：葉招蓮

基金項目：2021年江蘇高校“教學研究工作”專項課題-重點項目（2021JSJY008）；教育部協同育人專項（220603309132505）。

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