王美艷 任芝軍 張長平

摘 ?要：大氣污染控制工程是面向環(huán)境工程專業(yè)本科三年級學生的專業(yè)必修課，課程任務(wù)為培養(yǎng)學生認識、分析和解決大氣污染復雜工程問題的能力。在傳統(tǒng)課堂中，此類課程遇到課程高階目標難以達成等問題。在新工科背景下，課程依據(jù)學生認知發(fā)展的特點，結(jié)合一流課程及課程思政示范課的建設(shè)經(jīng)驗，創(chuàng)新性提出并實踐“案例引入-情感激發(fā)-知識夯實-能力提升-素質(zhì)培養(yǎng)”（Case introduction - Emotion stimulation - Knowledge consolidation - Ability improvement - Diathesis cultivation， CEKAD）五步漸進式教學模式，結(jié)合講授法、案例教學法、對分課堂法、互動式討論式教學法、項目驅(qū)動式教學法，實現(xiàn)課程知識、能力和素養(yǎng)目標。經(jīng)實踐，教學過程中學生獲得感強、課程目標達成度普遍提升。研究結(jié)果有助于環(huán)境類專業(yè)教師更好地開展新工科背景下的教學創(chuàng)新改革，提升育人效果。

關(guān)鍵詞：新工科;教學創(chuàng)新;環(huán)境類專業(yè)課程;五步漸進式教學模式

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）S1-0007-06

Abstract： Air Pollution Control Engineering is a professional compulsory course for third year undergraduate students majoring in environmental engineering. The course task is to cultivate students' ability to understand， analyze and solve complex engineering problems of air pollution. In the traditional classroom， such courses encounter problems such as difficulty in achieving high-level objectives. Under the background of emerging engineering education， according to the characteristics of students' cognitive development， combined with the construction experience of First-class Courses and Course Ideological and Political Demonstration Courses， the course creatively puts forward and practices five step progressive teaching mode - Case introduction - Emotion stimulation - Knowledge consolidation - Ability improvement - Diathesis cultivation（CEKAD）. Combining traditional teaching， case teaching， split classroom， interactive teaching， discussion， project driven and other teaching methods， the objectives of curriculum knowledge， ability and literacy can be achieved. The practice results show that students have a strong sense of acquisition and the degree of achievement of curriculum objectives is generally improved in the teaching process. The research results will help environmental teachers better carry out teaching innovation reform under the background of emerging engineering education and improve the effect of education.

Keywords： emerging engineering education; teaching innovation; environmental professional courses; five step progressive teaching mode

一、教學創(chuàng)新問題的提出

（一）課程概況

從學生發(fā)展的角度進行課程分析：大氣污染控制工程課程是環(huán)境工程專業(yè)大三學生的專業(yè)必修課，共56學時，3.5學分。在環(huán)境工程專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)中，大氣污染控制工程在先修課程物理化學、環(huán)境化學和流體力學的基礎(chǔ)上，與水污染控制工程、固體廢物處理與處置并稱三大核心主干課，在培養(yǎng)學生污染控制工程設(shè)計能力方面起著重要作用。

從學生認知的角度進行學情分析：在知識層面，通過先修課程學生具備一定的基礎(chǔ)知識儲備，但欠缺專業(yè)理論知識;在能力層面，學生具備一定的理論分析和邏輯推導能力，但欠缺工程分析和設(shè)計能力;在情感層面，學生對于理清大氣污染成因及解決大氣污染問題有一定的知識渴求，但也存在畏難情緒。

（二）課程與教學改革的重點問題

課程緊密結(jié)合大氣污染控制工程實踐和學科發(fā)展前沿，全面闡述大氣污染控制的技術(shù)原理和工藝設(shè)計，著力培養(yǎng)學生認識、分析和解決大氣污染復雜工程問題的能力。然而，“分析、評價、創(chuàng)造”即“針對大氣環(huán)境復雜問題深度分析、對大氣污染控制技術(shù)及設(shè)備綜合評價、大氣污染工程問題解決方案及工藝流程設(shè)計”的高階目標在傳統(tǒng)的課堂中難以達成和評價。

二、教學創(chuàng)新方法及過程

為激發(fā)學生學習熱情，促進高階目標的達成，本課程對標工程教育認證理念，力求實現(xiàn)“學生中心、成果導向和持續(xù)改進”，在多方面進行了創(chuàng)新實踐。

（一）優(yōu)化教學目標

結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)方案和培養(yǎng)目標，凝練本課程對學生的知識、能力和素養(yǎng)要求，優(yōu)化課程教學目標，將原來并列式課程目標，優(yōu)化為進階式的課程目標，在目標的描述中更為具體可考量，從認識大氣污染問題，到分析污染控制復雜工程問題，再到設(shè)計計算和研究，體現(xiàn)了高階性，并融入了創(chuàng)新意識和專業(yè)志向等思政目標。同時，以學生畢業(yè)成果為導向，確定了課程目標和畢業(yè)要求觀測點（指標點）的支撐矩陣（見圖1）。

（二）創(chuàng)新教學方法

基于新工科建設(shè)背景，課程創(chuàng)新性地提出并實踐 “案例引入-情感激發(fā)-知識夯實-能力提升-素質(zhì)培養(yǎng)”（Case introduction - Emotion stimulation - Knowledge consolidation - Ability improvement - Diathesis cultivation， CEKAD）五步漸進式教學模式，結(jié)合講授法、案例教學法、對分課堂法、互動式討論式教學法、項目驅(qū)動式教學法，實現(xiàn)知識、能力和素養(yǎng)目標（見圖2）。

1. 案例引入

針對工業(yè)脫硫、脫硝、除塵的具體工藝，結(jié)合生產(chǎn)實際以工程案例（如學生實習基地）的現(xiàn)場錄像、圖片或?qū)嶋H的工程問題引入，創(chuàng)設(shè)有效教學情境，培養(yǎng)學生工程思維，引導學生思考，提升課程內(nèi)容的深度和廣度。

2. 情感激發(fā)

課程在實現(xiàn)知識能力目標基礎(chǔ)上，提煉德育目標，通過課程思政完成學生情感激發(fā)[1]。以生態(tài)文明思想在祖國大地的生動實踐為課程思政主線，將科技報國、家國情懷、工匠精神、工程倫理等思政元素有機融入課堂[2-3]。在課程思政的實施方面，拿數(shù)據(jù)說話、以時政渲染、用視頻回顧，針對工科學生思維嚴謹、對數(shù)據(jù)敏感的特點，采用權(quán)威數(shù)據(jù)、生動實例，充分調(diào)動學生的情緒狀態(tài)、營造積極的課堂氣氛，以較強的思政感染力，增強知識內(nèi)容的說服力，提升課程的溫度。

大氣污染物排放的權(quán)威數(shù)據(jù)可直觀地反映我國的污染控制成效，增強學生大氣污染治理的決心和信心（見圖3）。

政策是技術(shù)的風向標，因此與大氣污染相關(guān)的時政可激發(fā)學生對于技術(shù)發(fā)展趨勢的深入思考，引導學生樹立專業(yè)志向、增強制度自信。

簡短的視頻可以帶來更加生動、直觀的思政效果，激發(fā)學生學習熱情。

3. 知識夯實

教師講授時，結(jié)合原理圖、動態(tài)PPT和虛擬仿真視頻等，針對典型技術(shù)精講，從化學原理到工藝流程、核心設(shè)備、工程問題及解決方案、工業(yè)應用，在內(nèi)容上體現(xiàn)創(chuàng)新性。

4. 能力提升

組織學生獨立學習和組內(nèi)討論，以具體任務(wù)驅(qū)動知識梳理和問題挖掘，組內(nèi)答疑完成同伴教學，提升自主學習、問題分析和研究設(shè)計的能力，達成高階目標。

5. 素質(zhì)培養(yǎng)

組織學生展示工程問題解決方案，教師在評價與答疑的過程中激發(fā)深度思考，引導課外拓展活動，滲透專業(yè)思想，培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì)。學生展示和持續(xù)學習的過程帶來挑戰(zhàn)度。

CEKAD五步漸進式教學模式，對標“金課”兩性一度標準，也讓課程豐富了深度、廣度和溫度。

（三）重構(gòu)課程體系

原課程包括八個教學模塊，一部分面向理論基礎(chǔ)，包含燃燒污染物形成、顆粒態(tài)和氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)，另一部分面向工程應用，針對具體污染物如硫氧化物、氮氧化物、揮發(fā)性有機物和機動車污染等提出解決方案。在創(chuàng)新實踐中，新增教學模塊九“典型大氣污染問題及控制”，剖析霧霾、臭氧污染、氣候變化和室內(nèi)微環(huán)境空氣污染的具體成因及控制手段。在課程體系的設(shè)置上緊跟學科前沿，展現(xiàn)我國基本完成酸雨污染治理、持續(xù)深入PM2.5污染治理、盡快遏制臭氧上升趨勢、持續(xù)推動氣候變化與污染協(xié)同應對的治理趨勢。

（四）重整教學內(nèi)容

在九個教學模塊中，增設(shè)實際工程和科研案例，如：熱電廠、鋼鐵廠、石灰窯、垃圾焚燒爐的除塵、脫硫、脫硝裝置，化纖廠車間VOCs在線監(jiān)測，汽車三效催化器，綠色煤電的碳減排方案等，通過案例分析挖掘理論深度，聯(lián)系工程實踐，促進學以致用。

（五）拓展教學資源

在經(jīng)典教材的基礎(chǔ)上，引用國家精品在線課程、生態(tài)環(huán)境狀況公報、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署報告、政府網(wǎng)站、權(quán)威公眾號、紀錄片、課外讀物，動態(tài)更新資源，豐富教學內(nèi)涵，同時結(jié)合知識點引導學生閱讀前沿文獻（見圖4）。

（六）改革教學評價

1. 學生課程考核

沿用終結(jié)性與過程性評價相結(jié)合的成績評定方式[4-5]，但增加過程性考核比例，以教師打分、系統(tǒng)評分、學生互評的形式給出客觀的過程性評價[6-7]。以學生的實際學情和學習目標為中心，設(shè)計主要問題在課堂實時發(fā)布，并結(jié)合學生回答情況進行互動和解析，給學生量化評價。對分課堂中，討論結(jié)束后學生可通過雨課堂上傳學習記錄表、可進行互評。

2. 教學質(zhì)量評價

學生調(diào)查：利用問卷星平臺，課后學生掃二維碼進行問卷調(diào)查（見圖5），反映教與學的動態(tài)變化，利于持續(xù)改進：（1）根據(jù)本節(jié)課知識、能力和情感目標，學生自評學習目標達成度。（2）根據(jù)本節(jié)課上課情況，學生對教師的授課情況進行評價并提出建議。

社會調(diào)研：將包含教學大綱、課件、教學設(shè)計方案的課程包發(fā)送給相關(guān)國內(nèi)外院校、科研機構(gòu)和企業(yè)單位專家，廣泛征求意見建議，獲得產(chǎn)學研一體化的持續(xù)改進依據(jù)（見圖6）。

三、教學創(chuàng)新效果及分析

（一）學習效果評價（包括德育目標的達成）

通過案例教學、對分課堂、互動討論、項目驅(qū)動等教學方法[8]，學生課上實現(xiàn)了獨立學習、深度討論、踴躍發(fā)言，從學生討論后針對工程案例的分析來看，在短時間內(nèi)學生解決實際工程問題的能力和大氣污染控制工藝設(shè)計能力得到較好的體現(xiàn)。

根據(jù)學生學習目標達成度的自評統(tǒng)計結(jié)果，結(jié)合學生上課時回答提問以及互動的情況、課后作業(yè)的提交情況，分析學生的學習效果。如圖7，學生的知識能力目標和情感目標自評達成度較高。

學生的主觀感受中，“科技”“發(fā)展”等詞出現(xiàn)的頻率很高，且學生們表現(xiàn)出對于大氣科技大會的濃厚興趣，說明學生的科技報國、家國情懷、職業(yè)精神情感目標的達成度較好，如圖8。

學生們課后活動積極踴躍，自發(fā)組織大氣科技大會的觀看，反響熱烈。學生具備了較強的創(chuàng)新意識和能力，由課程組教師指導的學生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目、節(jié)能減排大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”及環(huán)境類學科競賽中表現(xiàn)突出，獲得了優(yōu)異成績。

依據(jù)多元化的評價標準，分別計算2017級與2018級每名學生各課程目標達成度，生成散點圖，如圖9，可見2018級學生達成度較2017級整體提升，且達成度低于期望值（0.7）的學生數(shù)量明顯減少。

將2017級（2019年）與2018級（2020年）各課程目標進行對比，如圖10。通過課程建設(shè)，課程目標達成度整體提高，且體現(xiàn)高階目標的課程目標由0.83提高到0.89，說明著力于解決課程難點的教學改革成效顯著，課堂教學效果提升明顯。

（二）教學質(zhì)量評價

如圖11，學生對課堂效果的評價滿意度高。

四、結(jié)束語

在新工科教育背景下，課程進行了多項改革創(chuàng)新，促進了課程知識、能力和素養(yǎng)培養(yǎng)目標的達成，研究結(jié)果有助于環(huán)境類專業(yè)教師更好地開展新工科背景下的教學創(chuàng)新改革，提升育人效果。

（一）反映學科前沿的教學內(nèi)容改革，聚焦知識傳授

中國大氣污染控制技術(shù)發(fā)展日新月異，大氣污染治理進程不斷加速，基于此，課程結(jié)合新理論、新技術(shù)、新形勢，充實了碳減排、細顆粒物與臭氧復合污染控制等知識模塊，教學內(nèi)容體現(xiàn)科學性和時代性。

（二）利于持續(xù)改進的多元評價模式，加強能力培養(yǎng)

以結(jié)合終結(jié)性和過程性的課程考核、持續(xù)地反映教學動態(tài)變化的隨堂問卷調(diào)查，建成多元化的評價模式。結(jié)合專業(yè)頂層設(shè)計和CEKAD漸進教學模式，以學生畢業(yè)后真正能帶走的能力為導向，將評價指標的設(shè)計由單純的課程目標達成上升到畢業(yè)要求指標點的達成，打造高效課堂，增強學生的獲得感。

（三）結(jié)合工科特色的課程思政融入，注重價值塑造

以“立德樹人”為己任，以習近平生態(tài)文明思想在祖國大地的生動實踐為主線，將思政有機融入課堂。引入國內(nèi)外大氣污染排放、控制技術(shù)、防治政策現(xiàn)狀與趨勢的大數(shù)據(jù)，使課程思政做到“有理有據(jù)”，使學生正確認識世界和中國發(fā)展大勢。以大氣污染控制科技發(fā)展生動的案例，培養(yǎng)學生科技報國的家國情懷，以大氣污染治理先行者的事跡，培養(yǎng)精益求精的大國工匠精神，以大氣污染控制技術(shù)在工程實踐中的具體問題，強化工程倫理教育。

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