基于OBE理念的“大气污染控制工程”课程教学改革探索

宁夏 郭琳 李广科

摘要“大气污染控制工程”是高等院校环境工程学科的主干课程之一，在专业人才培养体系中起着重要的支撑作用。针对课程知识面广、综合性高、交叉性强和内容更新快等特点，文章基于工程教育认证OBE理念，从完善教材内容建设、创新教学方式方法、强化实践能力培养以及优化考核评价体系等方面进行探索与实践，培养面向新工科建设背景下具有扎实理论基础、良好创新思维和较强工程实践能力的环境类专业人才。

关键词 大气污染控制工程；教学改革；产出导向；工程实践能力

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.15.043

1课程教学改革背景及必要性

当前，我国大气环境形势依然十分严峻，煤烟型烟雾与机动车尾气共存的复合型污染问题日益凸显，其污染控制已成为国家大气环境保护战略的重大需求[1]。“大气污染控制工程”主要面向环境工程专业本科三年级的学生开设，内容涵盖了重要气态污染物，包括大气颗粒物、硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机物以及城市机动车尾气等的迁移转化规律、污染控制原理与技术以及相关设计计算等方面，是一门理论与实践并重的课程[2]。

山西大学（以下简称“我校”）环境工程专业于1999年开始招收环境工程专业本科生，2017年被评为省级重点建设专业，2021年入选国家级一流本科专业建设点，目前已着力开展工程教育专业认证工作。在新工科建设背景下，基于学习产出和持续改进的OBE（Outcome Based Educa- tion）工程认证教育理念，将“以学生为中心、成果导向、持续改进”三个核心要素贯穿于人才培养体系中，以培养创新型、应用型环境类人才作为我校环境工程专业建设目标。面对新形势下大气污染控制工程课程的新要求和挑战，如何让学生更好地掌握大气污染控制及其治理等方面的知识、工艺和设备，并能将创新思维与创新方法融入污染控制系统设计，突出创新型、应用型人才培养的目的，是目前“大气污染控制工程”课程教学改革中亟须解决的关键问题[3]。由此，本文针对传统课堂教学和实验实践薄弱环节，从完善教材内容建设、创新教学方式方法、强化实践能力培养，以及优化考核评价体系等方面进行教学改革探索与实践。

2课程教学改革实践与探索

2.1完善教材内容建设，优选教学资源和平台

我校环境工程专业选用的教材为清华大学郝吉明院士团队编写的《大气污染控制工程》，该教材权威性强、内容全面、结构合理、适用性广，参考学时为80―100，目前我校2021版培养方案中该课程理论教学为48学时，基于课时偏少但内容繁多的教学现状，必须结合课程特色进行内容的取舍和优化。此外，尽管教材再版时已经对部分内容进行了更新和补充，但前沿研究热点、新理论与新技术，以及行业特色创新等内容，仍需在授课过程中及时增补。

为此，我们一方面对教材内容进行凝练，突出重点难点内容，侧重知识的实用性，注重多课程融合。在进行教学设计时，将本课程与邻近学科的相关内容进行有机融合，有效拓展学生的知识面和思维能力，提高其运用多学科知识分析、解决实际大气污染问题的能力。例如，在讲解第十章挥发性有机污染物控制时，通过个别提问和课堂讨论的方式引导学生联系“固体废弃物处理与处置”课中的垃圾焚烧厂废气处理与处置方法，以及“环境工程原理”课程中的气态污染物控制技术，达到知识点在实际环境工程应用中的融会贯通。另一方面，积极开展文献调研和科研热点问题研究，针对当前大气污染热点话题如大气细颗粒物（PM2.5）、臭氧、碳达峰和碳中以及气候变化等开设專题，将最新的研究成果与科技创新补充到教学内容中，优化教学资源。例如，通过大气污染多元经验模式分解框架解析PM2.5的分布特征，证明PM2.5在日尺度上与陆风有关，在年尺度上与冬季季风有关。此外，课程组在多年教学工作的基础上，凝练并强化了颗粒物在重力、离心力及静电力作用下沉降速度模型的共性问题，并将此项成果成功发表于《力学研究》期刊[4]。基于教材，高于教材，教师要贯彻“科教融合”理念，注重基础知识与科技创新的衔接与教师要融合，突出课堂教学的新颖性和前瞻性。

课程组立足高度信息化背景，采用智慧式教学方式，充分利用中国大学MOOC、学堂在线、超星尔雅、智慧树等线上教学平台，将最新的教学资源引进并融入课堂，及时更新教学内容，系统构建以当前实际环境案例为主线的“理论讲授―思维训练―实践检验”（2∶1∶1）的教学内容，体现课程内容的前沿性和时代性，注重学生适应当前专业领域人才需求的综合能力的培养。例如，选用同样由郝吉明院士团队开发的国家精品在线开放课程，围绕课程目标分解各章节知识点，辅以视频讲解，巩固课堂内容。同时，利用“雨课堂”APP连接课前―课上―课后的每一个环节，通过随堂测试、课后作业等方式及时了解学生对知识的掌握情况，让课堂互动永不下线。此外，针对我校环境工程专业的培养目标和定位，课程教学团队在长江雨课堂平台自建网络课程，课前上传课程资料，包括课件库、课程要点、试卷库等；课堂中通过随堂测试及时了解学生对知识的掌握情况；课后发布作业和讨论题，辅助学生随时进行线上预习、复习，提升教学效果。

2.2创新混合式教学方法，强化工程案例教学

传统教学习惯以教师为主导，重知识讲授轻实践训练，学生在课堂所学内容不能灵活运用，缺乏综合分析及解决复杂环境问题的能力。因此，在原有课堂教学基础上，课程组提出“问题驱动―理实一体―自主实践”的教学模式，构建以学生为课堂主体，教师为辅的高阶课堂模式。

课堂教学中，充分体现“学生为主体，教师为主导”的教学思想，采用互动和讨论的形式，提高学生学习的积极性和主动性。在OBE成果导向的教学模式和课程思政的教育要求下，要“以学生为中心”进行教学活动，采用“MOOC线上资源学习+雨课堂+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。例如，在讲授“大气污染物的形成与危害”这部分内容时，加入课程思政元素，以视频的方式让学生直观感受世界十大大气环境污染事件所带来的危害与影响，强调“金山银山固然重要，但绿水青山是人民幸福生活的重要内容，是金钱不能代替的”，做到“知识传授”与“价值引领”并重[5]。在讲解高斯模型时，课本上直接给出结论，不利于学生理解和掌握，因此教师可以利用大学高等数学的基本知识，进行多学科知识的有效融合，由点源到线源、由线源到面源、由面源到体源，详细补充大气污染源扩散高斯模型的建立过程。

设立开放课堂、交流课堂，由教师选择典型的工程案例，学生分组查阅资料、交流讨论，并进行课堂讲评，突破传统课堂重知识轻实践的不足，充分激发学生将理论知识与工程实践融会贯通的能力。通过“经典案例剖析―提出问题―分组讨论―设计方案―实践验证”，逐步提升学生的深度思考、创新意识与团队协作精神，培养其解决复杂大气污染问题的综合能力和高级思维。

2.3加强实践教学环节，注重工程素质培养

实践实验教学是大气污染控制课程的关键环节，也是支撑环境工程专业本科生工程实践和创新设计能力的重要途径[6]。为满足工程认证的要求，环境工程专业人才培养方案于2018年进行了修订，将大气污染控制工程实验独立为一门课程，并由原来的4个实验项目增加至8个。基于目前已建设的基础实验课程，增大综合型、设计型实验项目的教学占比，例如，在吸收法、吸附法净化气体中二氧化碳的实验项目中，首先引导学生进行实验方案设计（确定废气的浓度、吸收液及吸附剂类型等），随后自主搭建吸收、吸附装置，计算吸收、吸附速率，完成个人实验设计与操作，培养学生的综合设计能力和实验操作技能，提升其工程素养。开发创新性实践教学手段，如实行本科生“学业导师制”，积极安排学生参与教师的科研课题，实现科研反哺教学，在此过程中，学生的创新意识和工程实践能力进一步得到发掘。

强化实践环节培养，新增了为期2周的大气污染控制工程课程设计环节，将课堂上的部分重点内容作为课程设计题目，借助认知实习和专业生产实习，学生在实际工程现场更好地了解和学习实际生产工艺，并获得设计原始数据、设备和装置结构等第一手材料。在理论学习后，引导学生进行污染控制系统设计，如四大除尘器、烟气脱硫装置等，通过工艺方案设计、处理流程及主要构筑物图纸绘算、项目工程概算编制，提高学生理论联系实际的分析设计能力与创新思维。

加强产学研用深度融合，通过产教融合、校企合作开展科学研究、技术攻关、人才培养[7]。建立校外实习、实训基地，如山西瑞光热电有限责任公司、山西河坡发电有限责任公司、大唐太原第二热电厂、洛阳东方实训管理中心等，由实践经验丰富的工程技术人员引导学生了解烟气除尘、脱硫和脱硝工艺流程和设备，实现理论知识与工程实践的密切对接。推行本科生校企双导师培养模式，在毕业设计（论文）环节，邀请校外技术专家参与指导，结合实践案例有针对性地对工艺流程、处理设备、设计计算等关键问题进行剖析，逐步深化学生对一线行业企业“实际复杂大气污染控制问题”的理解，及时了解行业最新发展动态，提高工程意识及综合运用所学知识解决实际问题的能力。

2.4优化考核评价体系

突出学生综合能力培养，贯彻“创新人才”培养理念，重视学习的全过程，将教学评价从结果考核向过程考核转变。传统的结果考核无法客观反映学生的真实水平。通过改变期末考试单一考核模式，增加讨论式教学、翻转课堂、随堂测验等教学环节，定期给出特定题目供学生去思考和总结，经生讲生评、生讲师评，提高对学生知识能力水平的综合评判，将能力培养、知识传授和素质教育融为一体。

建立线上线下混合式教学考核体系，根据学生在各教学环节的参与表现和期末考试成绩进行综合评定，完善全程能力考核评价方式方法，实现由单一考核向知识能力并重转变，探索能力考核、分类评价的新模式。首先，提高過程性考核占比，由教师打分、师生互评、生生互评三方面组成过程性评价的综合结果。其次，针对重点难点内容，以提问的方式进行课堂互动，根据学生的实时反馈解析和回溯教学内容，同时通过雨课堂上传学习记录表，进行学生互评。最后，课程结束后利用问卷星平台进行问卷调查，根据教与学的动态变化进行持续改进。

3结语

大气环境污染问题具有综合性和复杂性，社会的快速发展对具有创新精神和实践能力的高素质“新工科”人才提出新的挑战。面对新形势和新要求，我校基于OBE成果导向的教学模式和课程思政的教育要求积极进行教学改革探索，凝练深化教材内容、创新混合式教学方法、强化产学研用实践教学培养、完善教学考核体系，逐步实现以自主思考、开放学习为主线，以工程素质和创新能力培养为目标的教学模式，拓展实践教学和课程设计的深度和广度。实践表明，多元化教学改革实现了以研促教、以教促学、教学相长，“大气污染控制工程”课程改革已获批2022年山西省高等学校教学改革创新项目，并入选山西省一流课程建设项目，对于培养面向新工科建设背景下的具有扎实大气污染治理技术基础理论、创新思维和工程实践能力的创新型、应用型专业人才具有重要意义。

*通讯作者：李广科

基金项目：山西省高等学校教学改革创新项目（J20220073）。

参考文献

[1]贺克斌，杨复沫，段凤魁，等.大气颗粒物与区域复合污染[M].北京：科学出版社，2011.

[2]郝吉明，马广大，王书肖.大气污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，2021.

[3]叶招莲，马帅帅，屠远，等.基于OBE理念的“大气污染控制工程”课程混合式教学改革与设计[J].江苏理工学院学报，2020，26（6）： 84-89.

[4]师帅，武凤娇，宁夏，等.流体中颗粒物在外力作用下运动速度模型的探讨[J].力学研究，2013（3）：31-34.

[5]魏建文，何泽瑜，耿琳琳，等.可持续发展理念下的《大气污染控制工程》课程改革[J].教育教学论坛， 2016（47）：103-105.

[6]肖细元.《大气污染控制工程》课程教学的思考与方法创新[J].西南师范大学学报（自然科学版），2014，39（2）：163-167.

[7]孙秀君.基于政产学研合作的“大气污染控制工程”教学改革研究[J].广东化工，2014，41（15）：284，293.