科教、产教融合理念下大气污染控制工程课程建设探索

赵竹子 叶招莲 马帅帅 顾爱军

摘要 大气污染控制工程是高等院校環境工程专业的专业必修课，内容上兼具理科和工科的特点，该课程学习上具有一定的难度及广度。文章以大气污染控制工程课程为例，综合分析了该课程在当前教学中的不足，在“科教融合”“产教融合”理念下重新定义教学改革目标，从教学内容、教学方式、课程考核和评价等三方面出发，提出相应的教学改革举措，旨在为专业课程教学改革提供新思路，为培养兼具环境工程实践思维和科研特性的环境专业人才提供保障。

关键词 科教融合；产教融合；大气污染控制工程；教学目标；教学方法与评价

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.9.037

随着社会的进步和科技的快速发展，高校人才培养存在的问题凸显，人才的结构、质量、水平与社会、产业需求不匹配的问题日益明显，用人单位难以招到综合素质高的合格人才，大学毕业生找不到合适的工作，学校培养的人才（人才链）与社会发展需求（产业链）脱节。以环境工程专业为例，智能制造、大数据时代，在线环境检测仪器和平台开发等技术人才，集环境监测、监理、环保设施建设运营、污染治理等一体化环保服务的环保管家人才严重不足；而环境评价、环境检测人才局部过剩，这便是所谓的人才供给侧结构性矛盾。造成该矛盾的原因包括：①教师重科研、轻教学，科研和教学没有有效融合，导致学生学习内容陈旧、教学方式落后、学生主动学习积极性不高等；②产业与教学的融合停留在低层次，学生在学校学习的理论和实践知识（课程学习）无法用于企业生产实践等。因此，深化科教融合、产教融合是解决该问题的有效途径。

科教融合的本质是将科研引入教学，将科研精神融入教育教学理念，将科研成果转化为教育教学内容，在“科研―教学―学习”的过程中进行知识的传授和传承，让学生更多地参与到科研中，提升学生参与科研创新的主动性，科研反哺教学，教学与科研相互促进、相辅相成，从而提高教学质量和人才培养质量。科教融合体现的是学校内部科研与教学的关系，推动科教融合，即鼓励教师打破陈旧的教学方法，运用科研成果丰富教学内容，学生的求知欲、实践和创新能力、解决问题的能力通过科研实践、老师的学术指导得以培养，实现科研融入教学，教学推动科研的目标，解决课堂教学内容和高速的社会发展不匹配的情形，提升科研项目的科研育人功能。产教融合则是产业与教育的合作和一体化，是高校提高人才培养质量的长期战略，产教融合体现的是学校外部产业与教育的关系，将教育融入地方主导产业，服务地方社会经济发展，教育链、人才链与产业链、创新链有机衔接，对培养出同时具备专业理论知识和企业实践技术的人才，从而服务于企业的转型升级和国家经济结构调整具有重要意义。

综上，本研究以大气污染控制工程课程教学改革为切入点，从整体设计的角度对教学资源、教学组织和评价等进行探索，以课程为载体，实现多维度科教、产教融合育人模式，促进环境工程专业学生科研能力、实践能力的提升。

1大气污染控制工程课程简介

1.1课程主要内容

大气污染控制工程是研究大气污染的基本原理和废气治理技术的工程类课程，其课程目标主要为培养学生运用大气污染控制理论知识解决大气污染工程问题的能力。课程内容包括大气污染控制基础理论、颗粒污染物控制、气态污染物控制、燃烧及脱硫脱硝、废气净化系统五大模块，课程涉及污染物浓度扩散规律，颗粒污染物和SO2、NOX等气态污染物的各种控制技术的基本理论知识、工作原理、方案设计、设计计算等内容，具有理论性与实践性、多学科交叉性与前沿性、涉及知识宽泛，兼具理科和工科的特点，这些特点决定了这门课程学习的难度以及广度。

1.2教学中存在的普遍问题

传统大气污染控制工程课程教学已不能适应时代的发展和满足社会的需求，其局限性主要表现在：①现有教材内容滞后于学科发展：目前，大部分高校选用的是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，即高等教育出版社出版的郝吉明、马广大、王书肖主编的《大气污染控制工程》，该书出版于2010年，明显滞后于学科发展。目前，我国大气污染已由煤烟型单一污染向复合型污染转变，增加了治理难度。针对不同大气污染物相应的治理技术日新月异，但教材反映的新污染物控制技术仍十分有限，不利于学生掌握前沿知识和新技术。②课程内容多：大气污染控制工程内容涉及化学、高等数学、环境工程学等多门基础学科的知识，具有公式多、复杂抽象问题多、知识点多等特点，需要进一步凝练教学内容，改进教学方法。③课本知识和现实实践脱节：课程教学中相关案例较少，需增加相关教学内容。④考核方式不合理：传统的大气污染控制工程课程多采用闭卷考试的方式进行考核，试卷内容围绕教材或教师课堂讲课的内容出题，题型上客观性试题（如选择题、判断题、名词解释题）的分值较大，而分析、综合、论述题相对较少，对学生思考问题、分析和解决问题的能力以及工程实践能力的考查远远不足。

2课程改革目标

针对上述问题，可以发现，目前该课程应解决的主要问题为增加新技术在大气污染物去除中应用的相关知识、以及增强理论知识与实际实践的连接等。因此，本课程设置的课程目标为：①学生能运用相关理论，针对复杂工程问题，通过研究文献及对比分析，合理选择治理方案，培养学生的分析能力和工程意识；②学生能运用所学的理论设计大气污染物控制工艺流程，初步解决实际工程问题，培养学生的工程、设计和创新能力；③学生能独立地通过分析、比较后选用合理的实验方法，正确使用各种仪器和装置开展相关实验，系统分析实验数据，并得到合理有效的结论，具备科学研究能力、较强的操作技能、分析和解决问题的实践能力；④通过大气污染控制的发展趋势、新技术的学习，培养学生的创新意识、环保意识和社会责任感，提升适应社会发展和行业需求的综合素质。

为实现以上课程目标，在课程改革探索過程中，需落实课程教学怎么变，探索通过“科教融合”“产教融合”创新实践教学模式。

3“大气污染控制工程”课程改革措施及成效

3.1教学内容建设

大气污染物的多样性、易变性及其由此导致的大气环境问题的复杂性，使得“大气污染控制工程”学科发展也较迅速，为了厘清大气污染物之间的各类化学反应、生成机制及更高效地去除污染物，新理论、新技术层出不穷，让学生紧密跟随当前学术和技术发展趋势，及时掌握学科发展前沿知识和信息，是提高学生培养质量的重要途径。针对大气污染控制工程本科教学的教材内容相对滞后这一问题，本课程在优化教学内容方面有以下措施：

第一，为保证知识点的连续性和全面性，保证学生更好地理解不同章节之间知识点的关系，本课程在原有大气污染基本概念、燃烧与大气污染、除尘技术基础、除尘设备、气态污染物控制、硫氧化物和氮氧化物的控制、机动车污染控制等章节内容的基础上，增加了大气污染气象学、大气扩散、VOCs及恶臭污染控制等内容，教学内容更全面。

第二，注重基础知识的讲解。本课程中需要运用大量数学模型和函数运算，以大气污染物的扩散模型为例，就是基于二维高斯分布概率密度函数建立起来的，用于研究大气污染物扩散的数学模型，为了让学生更好地理解，需要对高斯函数的基础知识进行详细讲解，以便学生理解和掌握模型建立的依据、条件和应用范围。

第三，重塑案例化教学。在大气污染控制工程教学过程中，若教学讲授的侧重点一直都是课本里的理论知识，不和实际工程应用构建联系使得教学内容非常枯燥，缺乏真实的工程案例将很难激发学生的学习兴趣，从而导致学生死记硬背、“纸上谈兵”，不懂如何变通运用，影响教育教学和人才培养效果。因此，明确本课程案例库建立和教学的目的是提高学生的实际操作能力，增强实践能力；基于此，教师应从搜集到的案例中对兼具真实性、可行性和操作简易性的案例进行筛选和整理，建立数据库。以本课程教学过程为例，基于主讲教师曾经参与过的废气治理项目，从实际案例出发，通过案例中设计的处理气量及介质浓度，让学生设计工艺流程，并对设计的合理性进行探讨，最终通过和案例使用方案的对比培养学生的分析能力和工程意识。在教学过程中，还需不断完善案例库，包括增加新案例、更新旧案例、修订案例等。

第四，课堂教学内容与科研相结合，通过研究纵向课题，将本学科的最新科研进展直接或间接地引入教学中，将科研成果、前沿研究加入大气污染控制工程本科教学过程，运用科研成果丰富教学内容，促进理论教学内容的知识更新，保障教学研究内容和理念的先进性、科学性和前瞻性，一定程度上满足学生旺盛的求知欲和创新需要。例如本课程在教授过程中，结合教研组科研特色和优势，将光催化降解VOCs机理、低温等离子体去除恶臭技术、耐硫脱硝催化剂构建技术、叠层结构单原子催化剂制备等相关科研成果引入课程内容，拓宽学生的视野，不再局限于课本内容的学习，让学生直观地感受理论知识在现实问题研究中的应用，激发学生兴趣，活跃学生思维，提高学生解决问题的能力。

最后，在现有PPT课件中，结合各章节知识特点，加入各类测试题，融入学科发展史、学科知识应用、学科交叉、行业/专业最新成果等元素，将最新科研成果贯穿于教学的全过程，建立网络课程资源、特色教学课件资源。如在讲授氮氧化物污染控制技术——选择性催化还原法这一章内容中，和学生分享近十几年来我国电力行业催化剂从依赖国外技术和产品到拥有完全自主知识产权的发展全过程；在今后课程资源建设中，坚持每年动态调整，打造出特色教学课件。此外，每学期还积极邀请废气治理行业专家开展讲座1―2次，开阔学生视野。

3.2课堂教学与实验室实践相结合

基于课程目标②和③，本课程将课堂教学与实践教学有机结合，兼顾基础理论知识和实践手段与方法，突出综合与设计性实验体系，注重培养的学生工程能力。具体可通过以下方法增强学生实践能力，包括布置现场调查任务，即让学生进行现场调查任务，收集各种工艺流程图、设备图、管线图等，从实际工程案例中进行学习和实践；还可与实验室实践相结合，通过实验数据的测定，加深对不同工艺构筑物对污染物去除效率的直观认识；还可通过仿真软件的操作，了解和掌握大气污染控制的流程。以本课程为例，本课程基于教育部产学研协同育人项目，与浙江天煌实业有限公司共同开发大气污染气体联合净化装置（吸收塔、吸附塔、光催化净化塔），并将该装置运用于大气污染控制工程课内实验。该实验装置具备以下特色：一是不同净化工艺之间通过法兰进行连接，学生可以自行组合进行实验，观察不同组合下的去除效率，从而锻炼学生的工艺设计能力；二是该净化装置专门设置了手动风阀调节开关，学生通过手动调节风阀改变气体流速，观察不同气体流速下对污染气体的去除效率，从而锻炼学生的科学研究能力；三是该装置处理的气态污染物为钢瓶标准气体，可以根据不同研究目标进行更换，了解相同净化装置对不同污染气体的去除效率，从而锻炼学生的科学研究能力；最后，在该装置的流路上，我们特意设置了很多测量孔，学生可在流路的测量孔对风速、气体浓度、压力进行测定，多个学生手动、配合完成，既锻炼了学生的动手操作能力，也锻炼了学生的团队合作能力。

综上，通过以上方法使学生掌握常规大气污染物监测和去除技术，掌握颗粒物、废气治理技术，培养学生的知识运用能力、工艺设计能力，以及发现与解决问题的能力。

3.3教学方式改革

教学全面利用最新的新媒体技术和方法，教学工具运用上注重开拓创新，采用“线上资源学习+泛雅平台自建网上课程+线下课堂”的混合式教学方式，逐渐将以“教”为中心转为以“学”为中心。网络课程资源上，充分利用国家精品课程资源清华大学的“大气污染控制工程”（https：// www.xuetangx.com/course/THU08251000277/1515893），学生可通过观看视频和测试巩固基础知识点；此外，本课程自建超星泛雅平台课程，上传了与本课程相关的视频库、习题试题库和试卷库（http：//mooc1.jsut.edu.cn/course/ 89185176.html），通过平台推送录播视频、布置作业和线上答疑，提升学生的学习兴趣和效果，还可通过平台成绩实时掌握学生学习情况等；线下教学方面，将翻转课堂、案例分析、课堂讨论、问题导向、网上互动等融入教学过程，引导学生积极参与课堂教学，培养学生对本课程学习的兴趣和专注度。

3.4课程考核和评价改革

为尽量减少“一卷定成绩”及单一的评价方式，本课程用过程性评价、表现性评价和结果性评价相结合的方式对课程成绩进行综合评定，考核既包括理论知识考核，也包括实验知识考核。其中，理论考核总成绩由平时成绩、线上成绩、期中考试成绩及期末考试成绩四部分组成。平时成绩包括平时线下作业（6―8次）和综合作业（2―4道案例和综合分析题），主要考查学生对大气污染控制知识的综合应用能力，以培养学生解决复杂环境工程问题的能力，要求学生能运用所学知识，设计典型大气污染控制方案，要求方案具有可行性和合理性，能体现所学知识的综合运用和解决实际复杂环境问题的能力；线上成绩由国家精品课程成绩（视频观看、测试）和自建超星泛雅平台成绩（作业测试、讨论）两部分组成，学生通过电脑端或者微信小程序在学堂在线注册账号，课前观看视频学习，课后完成章节测试、期中测试等；期末测试中，减少以再现书本知识为主的考试内容，增加能够激发学生思考、实践和创新的无标准答案的主观开放性试题比例，适度增加综合性、应用性题目，注重考核和培养学生能力，引导学生开展“自主式”“研究式”学习。此外，课程开设的3个大气污染控制实验，能加深学生对各种大气污染控制技术的理解以及锻炼学生的工艺设计能力。

课程结束后，通过发放调查问卷的方式，获得学生对于课程的满意度、教师授课态度的评价，了解学生对课程教学内容、教学方式、作业布置和批改等的评价，利于后续持续改进。

4结语

大气污染控制工程是一门兼具理论和实践的课程，是一门不断发展和更新的学科，学生在学习这门课的过程中，因畏难情绪和知识点相对枯燥而导致学习兴趣不高。因此，本文以此课程为例，综合分析了该课程教学中的瓶颈，在“科教融合”“产教融合”理念下重新定义教学改革目标，通过对课程教学大纲、线上课程教学、课程考评方法、课程达成度评价等方面进行分析，提出了对应的解决方法，为地方应用型本科高校全面推进“科教融合”“产教融合”理念下专业课程教学改革提供思路。总之，工科类的课程改革需要瞄准科教融合、产教融合、产学研合作的本质需求，保证教学内容与时俱进，加强对学生工程实践素养和实践能力的培养，这在培养具备环境工程思维兼具科研特性的专业人才方面将具有积极意义。

*通讯作者：叶招莲

基金项目：2021年江苏高校“教学研究工作”专项课题-重点项目（2021JSJY008）；教育部协同育人专项（220603309132505）。

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