基于OBE理念的“大氣污染控制工程”課程教學改革探索

寧夏 郭琳 李廣科

摘要“大氣污染控制工程”是高等院校環境工程學科的主干課程之一，在專業人才培養體系中起著重要的支撐作用。針對課程知識面廣、綜合性高、交叉性強和內容更新快等特點，文章基于工程教育認證OBE理念，從完善教材內容建設、創新教學方式方法、強化實踐能力培養以及優化考核評價體系等方面進行探索與實踐，培養面向新工科建設背景下具有扎實理論基礎、良好創新思維和較強工程實踐能力的環境類專業人才。

關鍵詞 大氣污染控制工程；教學改革；產出導向；工程實踐能力

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.15.043

1課程教學改革背景及必要性

當前，我國大氣環境形勢依然十分嚴峻，煤煙型煙霧與機動車尾氣共存的復合型污染問題日益凸顯，其污染控制已成為國家大氣環境保護戰略的重大需求[1]?！按髿馕廴究刂乒こ獭敝饕嫦颦h境工程專業本科三年級的學生開設，內容涵蓋了重要氣態污染物，包括大氣顆粒物、硫氧化物、氮氧化物、揮發性有機物以及城市機動車尾氣等的遷移轉化規律、污染控制原理與技術以及相關設計計算等方面，是一門理論與實踐并重的課程[2]。

山西大學（以下簡稱“我?！保┉h境工程專業于1999年開始招收環境工程專業本科生，2017年被評為省級重點建設專業，2021年入選國家級一流本科專業建設點，目前已著力開展工程教育專業認證工作。在新工科建設背景下，基于學習產出和持續改進的OBE（Outcome Based Educa- tion）工程認證教育理念，將“以學生為中心、成果導向、持續改進”三個核心要素貫穿于人才培養體系中，以培養創新型、應用型環境類人才作為我校環境工程專業建設目標。面對新形勢下大氣污染控制工程課程的新要求和挑戰，如何讓學生更好地掌握大氣污染控制及其治理等方面的知識、工藝和設備，并能將創新思維與創新方法融入污染控制系統設計，突出創新型、應用型人才培養的目的，是目前“大氣污染控制工程”課程教學改革中亟須解決的關鍵問題[3]。由此，本文針對傳統課堂教學和實驗實踐薄弱環節，從完善教材內容建設、創新教學方式方法、強化實踐能力培養，以及優化考核評價體系等方面進行教學改革探索與實踐。

2課程教學改革實踐與探索

2.1完善教材內容建設，優選教學資源和平臺

我校環境工程專業選用的教材為清華大學郝吉明院士團隊編寫的《大氣污染控制工程》，該教材權威性強、內容全面、結構合理、適用性廣，參考學時為80―100，目前我校2021版培養方案中該課程理論教學為48學時，基于課時偏少但內容繁多的教學現狀，必須結合課程特色進行內容的取舍和優化。此外，盡管教材再版時已經對部分內容進行了更新和補充，但前沿研究熱點、新理論與新技術，以及行業特色創新等內容，仍需在授課過程中及時增補。

為此，我們一方面對教材內容進行凝練，突出重點難點內容，側重知識的實用性，注重多課程融合。在進行教學設計時，將本課程與鄰近學科的相關內容進行有機融合，有效拓展學生的知識面和思維能力，提高其運用多學科知識分析、解決實際大氣污染問題的能力。例如，在講解第十章揮發性有機污染物控制時，通過個別提問和課堂討論的方式引導學生聯系“固體廢棄物處理與處置”課中的垃圾焚燒廠廢氣處理與處置方法，以及“環境工程原理”課程中的氣態污染物控制技術，達到知識點在實際環境工程應用中的融會貫通。另一方面，積極開展文獻調研和科研熱點問題研究，針對當前大氣污染熱點話題如大氣細顆粒物（PM2.5）、臭氧、碳達峰和碳中以及氣候變化等開設專題，將最新的研究成果與科技創新補充到教學內容中，優化教學資源。例如，通過大氣污染多元經驗模式分解框架解析PM2.5的分布特征，證明PM2.5在日尺度上與陸風有關，在年尺度上與冬季季風有關。此外，課程組在多年教學工作的基礎上，凝練并強化了顆粒物在重力、離心力及靜電力作用下沉降速度模型的共性問題，并將此項成果成功發表于《力學研究》期刊[4]?；诮滩?，高于教材，教師要貫徹“科教融合”理念，注重基礎知識與科技創新的銜接與教師要融合，突出課堂教學的新穎性和前瞻性。

課程組立足高度信息化背景，采用智慧式教學方式，充分利用中國大學MOOC、學堂在線、超星爾雅、智慧樹等線上教學平臺，將最新的教學資源引進并融入課堂，及時更新教學內容，系統構建以當前實際環境案例為主線的“理論講授―思維訓練―實踐檢驗”（2∶1∶1）的教學內容，體現課程內容的前沿性和時代性，注重學生適應當前專業領域人才需求的綜合能力的培養。例如，選用同樣由郝吉明院士團隊開發的國家精品在線開放課程，圍繞課程目標分解各章節知識點，輔以視頻講解，鞏固課堂內容。同時，利用“雨課堂”APP連接課前―課上―課后的每一個環節，通過隨堂測試、課后作業等方式及時了解學生對知識的掌握情況，讓課堂互動永不下線。此外，針對我校環境工程專業的培養目標和定位，課程教學團隊在長江雨課堂平臺自建網絡課程，課前上傳課程資料，包括課件庫、課程要點、試卷庫等；課堂中通過隨堂測試及時了解學生對知識的掌握情況；課后發布作業和討論題，輔助學生隨時進行線上預習、復習，提升教學效果。

2.2創新混合式教學方法，強化工程案例教學

傳統教學習慣以教師為主導，重知識講授輕實踐訓練，學生在課堂所學內容不能靈活運用，缺乏綜合分析及解決復雜環境問題的能力。因此，在原有課堂教學基礎上，課程組提出“問題驅動―理實一體―自主實踐”的教學模式，構建以學生為課堂主體，教師為輔的高階課堂模式。

課堂教學中，充分體現“學生為主體，教師為主導”的教學思想，采用互動和討論的形式，提高學生學習的積極性和主動性。在OBE成果導向的教學模式和課程思政的教育要求下，要“以學生為中心”進行教學活動，采用“MOOC線上資源學習+雨課堂+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。例如，在講授“大氣污染物的形成與危害”這部分內容時，加入課程思政元素，以視頻的方式讓學生直觀感受世界十大大氣環境污染事件所帶來的危害與影響，強調“金山銀山固然重要，但綠水青山是人民幸福生活的重要內容，是金錢不能代替的”，做到“知識傳授”與“價值引領”并重[5]。在講解高斯模型時，課本上直接給出結論，不利于學生理解和掌握，因此教師可以利用大學高等數學的基本知識，進行多學科知識的有效融合，由點源到線源、由線源到面源、由面源到體源，詳細補充大氣污染源擴散高斯模型的建立過程。

設立開放課堂、交流課堂，由教師選擇典型的工程案例，學生分組查閱資料、交流討論，并進行課堂講評，突破傳統課堂重知識輕實踐的不足，充分激發學生將理論知識與工程實踐融會貫通的能力。通過“經典案例剖析―提出問題―分組討論―設計方案―實踐驗證”，逐步提升學生的深度思考、創新意識與團隊協作精神，培養其解決復雜大氣污染問題的綜合能力和高級思維。

2.3加強實踐教學環節，注重工程素質培養

實踐實驗教學是大氣污染控制課程的關鍵環節，也是支撐環境工程專業本科生工程實踐和創新設計能力的重要途徑[6]。為滿足工程認證的要求，環境工程專業人才培養方案于2018年進行了修訂，將大氣污染控制工程實驗獨立為一門課程，并由原來的4個實驗項目增加至8個。基于目前已建設的基礎實驗課程，增大綜合型、設計型實驗項目的教學占比，例如，在吸收法、吸附法凈化氣體中二氧化碳的實驗項目中，首先引導學生進行實驗方案設計（確定廢氣的濃度、吸收液及吸附劑類型等），隨后自主搭建吸收、吸附裝置，計算吸收、吸附速率，完成個人實驗設計與操作，培養學生的綜合設計能力和實驗操作技能，提升其工程素養。開發創新性實踐教學手段，如實行本科生“學業導師制”，積極安排學生參與教師的科研課題，實現科研反哺教學，在此過程中，學生的創新意識和工程實踐能力進一步得到發掘。

強化實踐環節培養，新增了為期2周的大氣污染控制工程課程設計環節，將課堂上的部分重點內容作為課程設計題目，借助認知實習和專業生產實習，學生在實際工程現場更好地了解和學習實際生產工藝，并獲得設計原始數據、設備和裝置結構等第一手材料。在理論學習后，引導學生進行污染控制系統設計，如四大除塵器、煙氣脫硫裝置等，通過工藝方案設計、處理流程及主要構筑物圖紙繪算、項目工程概算編制，提高學生理論聯系實際的分析設計能力與創新思維。

加強產學研用深度融合，通過產教融合、校企合作開展科學研究、技術攻關、人才培養[7]。建立校外實習、實訓基地，如山西瑞光熱電有限責任公司、山西河坡發電有限責任公司、大唐太原第二熱電廠、洛陽東方實訓管理中心等，由實踐經驗豐富的工程技術人員引導學生了解煙氣除塵、脫硫和脫硝工藝流程和設備，實現理論知識與工程實踐的密切對接。推行本科生校企雙導師培養模式，在畢業設計（論文）環節，邀請校外技術專家參與指導，結合實踐案例有針對性地對工藝流程、處理設備、設計計算等關鍵問題進行剖析，逐步深化學生對一線行業企業“實際復雜大氣污染控制問題”的理解，及時了解行業最新發展動態，提高工程意識及綜合運用所學知識解決實際問題的能力。

2.4優化考核評價體系

突出學生綜合能力培養，貫徹“創新人才”培養理念，重視學習的全過程，將教學評價從結果考核向過程考核轉變。傳統的結果考核無法客觀反映學生的真實水平。通過改變期末考試單一考核模式，增加討論式教學、翻轉課堂、隨堂測驗等教學環節，定期給出特定題目供學生去思考和總結，經生講生評、生講師評，提高對學生知識能力水平的綜合評判，將能力培養、知識傳授和素質教育融為一體。

建立線上線下混合式教學考核體系，根據學生在各教學環節的參與表現和期末考試成績進行綜合評定，完善全程能力考核評價方式方法，實現由單一考核向知識能力并重轉變，探索能力考核、分類評價的新模式。首先，提高過程性考核占比，由教師打分、師生互評、生生互評三方面組成過程性評價的綜合結果。其次，針對重點難點內容，以提問的方式進行課堂互動，根據學生的實時反饋解析和回溯教學內容，同時通過雨課堂上傳學習記錄表，進行學生互評。最后，課程結束后利用問卷星平臺進行問卷調查，根據教與學的動態變化進行持續改進。

3結語

大氣環境污染問題具有綜合性和復雜性，社會的快速發展對具有創新精神和實踐能力的高素質“新工科”人才提出新的挑戰。面對新形勢和新要求，我校基于OBE成果導向的教學模式和課程思政的教育要求積極進行教學改革探索，凝練深化教材內容、創新混合式教學方法、強化產學研用實踐教學培養、完善教學考核體系，逐步實現以自主思考、開放學習為主線，以工程素質和創新能力培養為目標的教學模式，拓展實踐教學和課程設計的深度和廣度。實踐表明，多元化教學改革實現了以研促教、以教促學、教學相長，“大氣污染控制工程”課程改革已獲批2022年山西省高等學校教學改革創新項目，并入選山西省一流課程建設項目，對于培養面向新工科建設背景下的具有扎實大氣污染治理技術基礎理論、創新思維和工程實踐能力的創新型、應用型專業人才具有重要意義。

*通訊作者：李廣科

基金項目：山西省高等學校教學改革創新項目（J20220073）。

參考文獻

[1]賀克斌，楊復沫，段鳳魁，等.大氣顆粒物與區域復合污染[M].北京：科學出版社，2011.

[2]郝吉明，馬廣大，王書肖.大氣污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，2021.

[3]葉招蓮，馬帥帥，屠遠，等.基于OBE理念的“大氣污染控制工程”課程混合式教學改革與設計[J].江蘇理工學院學報，2020，26（6）： 84-89.

[4]師帥，武鳳嬌，寧夏，等.流體中顆粒物在外力作用下運動速度模型的探討[J].力學研究，2013（3）：31-34.

[5]魏建文，何澤瑜，耿琳琳，等.可持續發展理念下的《大氣污染控制工程》課程改革[J].教育教學論壇， 2016（47）：103-105.

[6]肖細元.《大氣污染控制工程》課程教學的思考與方法創新[J].西南師范大學學報（自然科學版），2014，39（2）：163-167.

[7]孫秀君.基于政產學研合作的“大氣污染控制工程”教學改革研究[J].廣東化工，2014，41（15）：284，293.