科研进展融入《大气污染控制工程》教学初探*

祁志冲，冯彩霞，周艳梅，李德亮

(1 河南大学化学化工学院，河南 开封 475004；2河南省环境污染控制材料国际联合实验室，河南 开封 475004)

《大气污染控制工程》是本科环境工程专业的主要课程之一[1]。该课程涉及的知识面很广， 包含化学、数学、材料科学、物理学等多个学科的内容。现阶段，大部分高校的环境工程专业中针对大气污染控制教学使用的都是2010 年郝吉明、马广大、王书肖主编的《大气污染控制工程》第三版教材。专业课教材本身具有一定滞后性的特点, 教材建设的速度远远跟不上科学研究的进展。随着大气污染控制领域前沿技术的发展和新型的大气环境问题的出现，这种矛盾更加突出[2]。2018年10月教育部颁布了《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》。该文件指出要根据国家战略的需要和科技发展的现状创新教材呈现方式，更新教学内容，努力把新理论和新技术融合到教学中，为学生提供符合社会发展和时代要求的教学内容和课程体系[3]。这就要求任课教师在本科教学要主动引入相关课程中最新的研究进展。基于此，本文就《大气污染控制工程》本科教学内容纳入大气相关的科学研究前沿进展的相关内容进探讨。

1 科学研究前沿进展融入教学的必要性

环境科学已经成为现阶段最活跃和最热门的研究领域之一。同时环境科学也是一门典型的交叉学科，涉及到化学，数学，物理，生态等多个学科内容。任何一个领域的科技进步对环境科学都会产生很大的影响。而且随着科技的发展，它含有的交叉专业领域正在扩大，理论和内容也在不断更新，工程技术更是在不断的提升。在环境科学如此迅速发展的背景下，如何让学生不仅掌握基础理论知识还同时对科学前沿有一定了解，需要任课老师将前沿知识融入到课堂。因此基于《大气污染控制工程》这门课程的重要性，将前沿研究进展融入到本科教学势在必行。

2 科学研究前沿进展的选取原则

现阶段关于大气方面的研究论文每年都会发表很多。但是考虑到课时限制、领域范围、授课对象等多种因素，根据本人的教学经验，认为应从研究领域、期刊来源和与课程内容的相关性等方面来进行选取。

2.1 研究领域

大气科学包含的范围非常广泛，如大气化学，大气物理，气象学等很多方面。针对本门课程，选取的研究领域应该重点放在与气体污染物(如SO2和NOx)和颗粒态污染物(如PM2.5)的相关的新理论和新技术。譬如，在讲述完第八章《硫氧化物污染控制》和第九章《固定源氮氧化物污染物控制》之后，给学生介绍了2016年发表在《Critical Reviews in Environmental Science and Technology》上一篇综述：“Atmospheric new particle formation from sulfuric acid and amines in a Chinese megacity”[4]。通过该综述讲解，让学生了解到废气中高浓度NOx和SO2的一些传统的和新的去除技术(如射频放电技术(radio-frequency discharge))。

2.2 期刊来源

将科学研究前沿进展融入《大气污染控制工程》教学的一个前提就是对前沿研究的阅读和掌握，因此期刊的来源很重要。一个基本的原则就是选取研究论文要来自于具有很高学术影响力的期刊，尤其是顶级期刊。比如《Nature》和《Science》及其子刊，环境领域最具影响力的期刊——《Environmental Science & Technology》，还有就是大气科学领域的《Journal of Climate》、《Atmospheric Environment》和《Climatic Change》等业内比较认可的期刊。基于以上原则，我们重点选取以上期刊上发表的关于大气污染物转化和治理等方向的研究论文作为教学课程中的重要补充。同时选取期刊论文时“高被引论文”和“热点论文”是需要重点关注的。另外一些普通期刊发表的综述类的文章也需要适当的关注。比如，在介绍“臭氧层破坏问题”章节的时候，给学生介绍了Montzka 等人2018年发表在《Nature》上的论文“An unexpected and persistent increase in global emissions of ozone-depleting CFC-11”[5]，让学生了解到2010年之后在北半球尤其是东亚地区氟利昂的排放又产生了增加的趋势，遏制臭氧层空洞的趋势依然很严峻，增强了学生的环境危机意识。

2.3 与课程内容的相关性

笔者认为“与课程内容的相关性”包含两个方面：(1)紧扣课程内容的前沿进展，通过相关进展的讲述使学生对科学问题有了更深层地的理解。比如在讲述“温室效应”章节的时候，介绍了中科院南土所朱春梧教授2018年发表在《Science Advances》上的研究成果“Carbon dioxide (CO2) levels this century will alter the protein, micronutrients, and vitamin content of rice grains with potential health consequences for the poorest rice-dependent countries”[6]，通过简单的介绍让同学们了解到大气中CO2的升高引起了全球气候的变化，进而降低稻米中蛋白质、锌、铁等营养物质含量，从而有引发潜在的“ 隐形饥饿” 危机的风险。(2)选取的研究内容对现有课程内容可以作为一种有效的扩充。通过这方面的进展的补充，让学生对大气污染控制等方面有了更为全面的认识。比如教材中介绍大气污染物是着重介绍了SO2、NOx和VOCs等较为传统的污染物，但是对一些新兴污染物的没有提及。针对这方面的不足，我们授课时选取了2017年发表在《Science of the Total Environment》上一篇综述“Review on characteristics of PAHs in atmosphere, anthropogenic sources and control technologies”[7]，介绍了大气中多环芳烃(PAHs)的来源、特征和危害等方面的内容。扩充了同学们对环境污染物的认识。

3 科学研究前沿进展融入教学的方式

3.1 教师导入

教师是学生学习的指导者，现阶段我国高校的教学仍然是以教师为主体进行讲述。在这种情况下，任课老师需要采用合理方式将科学研究前沿进展比较“巧妙”的融入教学中。比如笔者所在的学校在我国的北方地区，冬季雾霾问题比较严重。但是教材中涉及到的雾霾的知识点很少。2018年3月4日在我国内蒙古-陕西北部-京津冀地区发生一次很严重的沙尘天气。所以笔者在那次课堂上结合相关的数据和图表给学生着重介绍了南开大学冯银厂教授对这次事件的详细解读。让同学们对沙尘产生的原因、来源、运输中的影响因素和影响等方面有了一个全面的了解。

3.2 学生讲解

传统的教学是以教师讲解为主要的方式，这种情况下，学生只能被动接受老师讲述的知识，不利于激发学生的学习主动性。目前，翻转课堂和小班讨论式教学等以学生为主体的教学方法受到了广泛的关注和应用[8]。我们尝试将这种方式运用到《大气污染控制工程》本科教学中。比如学生分为若干小组，任课老师给每个小组安排一个课题(如SO2的最新处理技术；NOx在大气中的迁移转化行为；我国华北地区雾霾产生的来源和影响等)，让学生自己去查询最新的研究进展并制作成课件，在课堂上安排15分钟让学生自己讲述，然后再用5分钟的时间让其他学生提问讨论。这样不仅让每个学生都参与到课堂之中，同时也让他们了解到了科研的最新动态。

3.3 互动式教学

在给学生讲解最新的科研动态时，要经常提出科学问题让学生进行思考和回答。同时也要主动要求学生向老师提出自己的想法，任课老师进行详细的解答。这种互动式的教学方式更能让学生参与到科学问题中来，锻炼了他们的科学思维能力。比如在讲到第五章《颗粒污染物控制技术基础》时，有学生提到大气颗粒物中主要成分这个问题时，笔者就将2018年复旦大学王琳教授课题组发表在《Science》上的研究成果——“Atmospheric New Particle Formation from Sulfuric Acid and Amines in a Chinese Megacity”[9]进行了简单的讲述，让同学知道大气颗粒物的成分很复杂，而且形成过程的机理也是其中的研究难点和热点。

4 科学研究前沿进展融入教学的意义

4.1 对“以科研促教学，以教学带科研”的实践

“以科研促教学，以教学带科研”的理念已经得到很多高校老师的认同。教学与科研是相互促进和相互提高的。笔者认为，其中的“科研”不仅仅包含任课老师自己的研究方向，更多是课程的研究进展。把所任课程中的最新研究进展融入到教学中，本身就能对教学的提高有很大的促进作用。在给学生教授前沿进展的同时，任课老师自己也能获得最新的研究热点，提高自己的科研素养。

4.2 活跃了课堂氛围

相对于教材中枯燥的理论知识和计算公式，科研进展的融入更能吸引学生们的注意力。让学生自己通过查阅文献来了解本领域的研究热点，增强了学生们学习的主动性。同时学生在讲述研究进展的期间，同门们也会积极提出问题进行讨论。

4.3 提高学生的科研兴趣

“考研热”的背后更多的是学生的盲从，很多本科生也是为考研而考研。通过把大气相关领域前沿进展融入到《大气污染控制工程》课程，让学生对科研的内容、形式、过程等有一个初步的认知。在丰富理论课内容的同时，提高了同学们对科研的兴趣。另外对英文文献的阅读和理解也提高学生的专业英语能力。这些都为以后学生进一步深造奠定了一定的基础。

5 结 语

将科学研究前沿进展融入《大气污染控制工程》本科教学具有重要现实意义。一方面使学生了解到更多的学科前沿知识；培养了学生的创新性思维；激发了学生的科研兴趣。另外一方面加强了学生对教材中的理论知识的认知；扩充了他们的知识面。另外需要注意的是这种教学方式给任课老师也带来了较大的挑战，需要一直跟踪研究热点和前沿。加强自己的知识储备，做到把本领域最新的研究成果进行归纳整理，随时回答学生提出的科学问题。同时如何将研究前沿以一种有效的、合理的和轻松的方式融入到教学中也是值得思索的问题。总之，联系研究前沿完善《大气污染控制工程》教学内容，建立一种符合新时代需求的教学方法，提高教学质量，提升教学水平，培养学生学习兴趣，值得深入探索。