摘"要：為適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)模式的要求，結(jié)合我校的辦學(xué)特色，將PBL模式應(yīng)用于“大氣污染控制工程”課程教學(xué)的過程中。通過驅(qū)動性問題提出、知識能力建構(gòu)、解決方案形成和成果展示等環(huán)節(jié)的實(shí)施，有效調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，使學(xué)生在收獲專業(yè)知識的同時，自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)合作和實(shí)踐創(chuàng)新能力也得到了很大提升，體現(xiàn)了“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教育理念，對于學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)、工程教學(xué)質(zhì)量提升具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：新工科；PBL教學(xué)法；大氣污染控制；教學(xué)改革

隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革不斷深入，工程科技進(jìn)步和創(chuàng)新成為推動人類社會發(fā)展的重要引擎，也為工程教育創(chuàng)新變革帶來了重大機(jī)遇。“以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才”的新工科建設(shè)，為高等工程教育的改革探索提供了一個全新視角和“中國方案”［1］。

洛陽理工學(xué)院是一所省屬全日制普通本科院校，學(xué)校長期堅(jiān)守建材特色，為國家建材行業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展輸送了20余萬名高級專門人才，被譽(yù)為建材行業(yè)人才培養(yǎng)的搖籃?！按髿馕廴究刂乒こ獭笔俏倚－h(huán)境工程專業(yè)的一門主干課程，主要講授大氣污染的來源、影響、傳輸擴(kuò)散和控制技術(shù)，具有知識覆蓋面廣、內(nèi)容抽象和實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，學(xué)生學(xué)習(xí)具有一定難度，再加上傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，難以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，學(xué)習(xí)效果不佳。PBL（Problem"Based"Learning）教學(xué)法以建立終身學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)，通過創(chuàng)設(shè)開放性的問題情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在小組討論、互相合作和教師講授的過程中，收獲了大量的專業(yè)知識，同時也使其自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)合作和實(shí)踐創(chuàng)新能力得到了極大提升，這對于研究新工科建設(shè)的范式轉(zhuǎn)型、動能轉(zhuǎn)換和推進(jìn)新工科教育的可持續(xù)發(fā)展，具有重要的意義［2］。本文在新工科背景下，將PBL模式引入“大氣污染控制工程”課程教學(xué)中，從內(nèi)容整合、過程組織和效果評價三個方面，分別介紹該方法的具體實(shí)施情況，以期為培養(yǎng)更具實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才提供新的思路。

1"教學(xué)內(nèi)容整合

“大氣污染控制工程”課程重點(diǎn)介紹大氣污染控制的基本原理、工藝過程、技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢，以及我國在大氣污染治理方面的一些創(chuàng)新貢獻(xiàn)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法以教材為基礎(chǔ)，分章節(jié)介紹課程內(nèi)容，雖然知識脈絡(luò)清晰，但是對于學(xué)生解決問題能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)比較欠缺，難以適應(yīng)新工科的大背景以及教育國際化的發(fā)展形勢［34］?；诖?，本課程嘗試突破傳統(tǒng)以章節(jié)為序的教學(xué)模式，以PBL項(xiàng)目式教學(xué)法為依托，通過整合把學(xué)習(xí)內(nèi)容置于真實(shí)的、有意義的問題情境中，讓學(xué)生通過自主探究和合作，學(xué)習(xí)隱含于“問題”背后的科學(xué)知識，從而形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。以揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）污染控制為例，課程圍繞“固定床吸附器設(shè)計(jì)”展開討論，將《氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)》《吸附法控制VOCs污染》以及《大氣污染及其影響》三個章節(jié)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)整合。

再以“1000t/d新型干法水泥爐窯煙氣超低排放改造設(shè)計(jì)”為例，該項(xiàng)目為一條1000t/d熟料生產(chǎn)線，采用新型干法爐窯生產(chǎn)工藝，分解窯配置5級旋風(fēng)筒，實(shí)際產(chǎn)能為1200t/d。改造前環(huán)保設(shè)施情況：脫硝采用SNCR技術(shù)，在窯尾預(yù)熱器C4～C5之間噴入氨水；脫硫采用消石灰干法脫硫，在窯尾預(yù)熱器C1煙氣出口前噴入消石灰脫硫劑；項(xiàng)目未設(shè)置余熱鍋爐，C1出口高溫?zé)煔饨?jīng)高溫風(fēng)機(jī)分兩路煙氣，一路去增濕塔，另一路去生料磨、旋風(fēng)分離器；兩路出口煙氣匯合進(jìn)入布袋除塵器，除塵后經(jīng)引風(fēng)機(jī)由煙囪排入大氣中。改造前突出的問題：一是NOx排放無法滿足50mg/Nm3的要求；二是氨水用量大，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差；三是氨逃逸超標(biāo)。通過引入真實(shí)項(xiàng)目，將“燃燒與大氣污染”“除塵技術(shù)”和“氮氧化物污染控制”等內(nèi)容整合后，通過播放清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授李俊華在“第四屆中國水泥超潔凈排放技術(shù)交流大會”上以《水泥行業(yè)超低排放技術(shù)應(yīng)用及面臨挑戰(zhàn)》為題的報(bào)告視頻，與學(xué)生就水泥企業(yè)如何發(fā)力“雙碳”目標(biāo)展開討論，吸引學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考“水泥生產(chǎn)的產(chǎn)污環(huán)節(jié)及主要污染物有哪些”“水泥行業(yè)煙氣治理現(xiàn)狀如何，存在哪些問題”“水泥窯煙氣超低排放技術(shù)有哪些”等問題，進(jìn)而提出驅(qū)動性問題“如果你是一名環(huán)保工程師，你會如何打好“組合拳”，確保干法水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾煙氣（煙塵、氮氧化物）超低排放。通過將吸附理論和氣態(tài)污染物凈化技術(shù)、燃燒理論和除塵脫硝技術(shù)相結(jié)合，分別運(yùn)用到空氣凈化器設(shè)計(jì)、水泥行業(yè)廢氣處理的實(shí)踐中，使學(xué)生能夠認(rèn)識到科學(xué)精神的時代意義和生態(tài)文明、可持續(xù)發(fā)展的價值，進(jìn)一步強(qiáng)化環(huán)保人的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。

2"教學(xué)過程組織

為了解決學(xué)生高階能力不足的問題，課程在教學(xué)當(dāng)中引入真實(shí)的問題、真實(shí)的反饋和真實(shí)的情感。具體策略是：通過驅(qū)動問題提出、知識能力建構(gòu)、解決方案形成和成果展示等環(huán)節(jié)，學(xué)生的高階能力自然生成。仍以吸附法凈化氣態(tài)污染物為例，驅(qū)動性問題提出后由學(xué)生針對問題進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，確定要解決的主要問題。教師根據(jù)學(xué)生情況進(jìn)行分組，分配小組內(nèi)角色及任務(wù)，制作小組合作量規(guī)。借助互聯(lián)網(wǎng)平臺，學(xué)生運(yùn)用K（what"I"know）—W（what"I"want"to"know）—L（what"I"learned）表對技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行梳理，并以小組為單位分享和交流，教師同步指導(dǎo)和完善。構(gòu)建希洛夫方程是固定床吸附器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，通過自學(xué)、小組討論和教師同步指導(dǎo)等方式，啟發(fā)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并運(yùn)用線性擬合的數(shù)據(jù)處理方法，建立希洛夫方程。在此基礎(chǔ)上，以小組為單位分享和交流，討論如何運(yùn)用希洛夫近似計(jì)算法，進(jìn)行固定床吸附器的設(shè)計(jì)。然后，由教師啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用知識遷移的方法，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)手冊，結(jié)合用戶需求，確定空氣凈化器的設(shè)計(jì)原則和主要參數(shù)。具體內(nèi)容有：（1）操作條件選定（如溫度、壓力和風(fēng)速等）；（2）主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（包括柱高、設(shè)計(jì)和吸附劑用量等）；（3）附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（包括風(fēng)機(jī)、電機(jī)和風(fēng)道等）。

對于“1000t/d新型干法水泥爐窯煙氣超低排放改造設(shè)計(jì)”來說，設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，主要包括：（1）煙氣超低排放改造系統(tǒng)技術(shù)路線的分析確定；（2）設(shè)備的比較和選擇，包括設(shè)備類型、型號、規(guī)格，以及主要運(yùn)行參數(shù)；（3）管路布置及計(jì)算，包括各裝置的位置及各管段的管徑、長度、煙囪高度和出口內(nèi)徑以及系統(tǒng)總阻力；（4）風(fēng)機(jī)及電機(jī)的選擇設(shè)計(jì)，主要通過根據(jù)系統(tǒng)總阻力和總處理量，煙氣溫度、系統(tǒng)總阻力等計(jì)算選擇風(fēng)機(jī)種類、型號及電動機(jī)種類、型號和功率。最后，通過分工合作，完成設(shè)計(jì)計(jì)算書（包括方案的確定、設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)備選擇和相關(guān)設(shè)計(jì)簡圖等內(nèi)容）、CAD繪圖和成果展示等環(huán)節(jié)。對于圖紙的要求主要包括：（1）水泥爐窯煙氣超低排放改造工程平面布置圖1張。圖紙應(yīng)按照比例繪制，標(biāo)出設(shè)備、管件編號，并附明細(xì)表，標(biāo)題欄中應(yīng)注明各部件編號、圖號；根據(jù)各部件圖詳細(xì)情況對各部件進(jìn)行拆分，并畫出相應(yīng)零件圖；標(biāo)準(zhǔn)件（如螺栓、螺母和墊圈等）和外購件（如風(fēng)機(jī)、電機(jī)等配套設(shè)備）均需要在總裝配圖上注明；（2）除塵系統(tǒng)平面、剖面布置圖2～3張。圖中設(shè)備管件應(yīng)標(biāo)注編號，并與系統(tǒng)圖一一對應(yīng)，剖面圖應(yīng)按比例繪制；（3）繪制設(shè)備零件圖紙。設(shè)計(jì)說明書要力求文字通順、簡明扼要，圖表清楚整齊，內(nèi)容正確完整。同時，設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)能較好地表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，圖面布局合理、正確清晰、符合制圖標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)定。最終成果包括封面、目錄、前言、正文、小結(jié)及參考文獻(xiàn)等部分，并依次按設(shè)計(jì)任務(wù)書、設(shè)計(jì)說明書、附表和附圖的順序裝訂成冊。

成果展示是PBL教學(xué)過程最為精彩的環(huán)節(jié)之一，匯報(bào)順序采取隨機(jī)抽取的方法，匯報(bào)人由學(xué)生自行確定，匯報(bào)完畢后分別進(jìn)行點(diǎn)評。通過成果展示，學(xué)生的個性與特長得以彰顯，溝通與表達(dá)能力也得到了顯著提升。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，PBL教學(xué)法對學(xué)生和教師都提出了更高的要求，例如，教師需要細(xì)化教學(xué)過程，對可能遭遇的冷場，提前做好預(yù)判，通過設(shè)計(jì)正確引導(dǎo)和適時“發(fā)問”激發(fā)學(xué)生的討論熱情，快速破冰，使角色扮演漸入佳境；學(xué)生除了需要對PBL教學(xué)模式有良好的認(rèn)同感之外，還需要充分查閱資料，從而更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)知識到實(shí)際應(yīng)用的平穩(wěn)過渡。我們通過超星學(xué)習(xí)通線上教學(xué)平臺，提前將有關(guān)內(nèi)容以視頻、文獻(xiàn)資料等形式向?qū)W生開放，供學(xué)生課外學(xué)習(xí)，為其進(jìn)一步學(xué)習(xí)新知識奠定基礎(chǔ)。對于不同程度的學(xué)生，秉承“組內(nèi)異質(zhì)，組間同質(zhì)”原則，采取組內(nèi)幫扶和組間競爭措施，督促學(xué)生在利用課余時間完成資料的收集工作。在這個過程中，及時開通學(xué)生與教師交流的通道，便于及時解決疑問，使學(xué)習(xí)順利過渡到下一環(huán)節(jié)。

3"教學(xué)效果評價

構(gòu)建科學(xué)的PBL評價體系，是“大氣污染控制工程”課程教學(xué)改革中關(guān)鍵一環(huán)。本課程以形成性評價為主，終結(jié)性評價為輔，采取學(xué)生自評、小組互評和教師點(diǎn)評相結(jié)合的評價形式，主要從知識信息管理（20%）、學(xué)習(xí)意愿和態(tài)度（10%）、問題分析與解決（40%）、團(tuán)隊(duì)合作（20%）和表達(dá)與溝通（10%）五個維度進(jìn)行綜合評價，從而強(qiáng)化學(xué)生的思辨能力，具體評價量表見表1。

課程教學(xué)效果參考田金徽等人［5］的評價方法，以問卷調(diào)查作為主觀指標(biāo)，考試成績作為客觀指標(biāo)，數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，具體如表2和表3所示。通過問卷調(diào)查（120份），了解學(xué)生對PBL教學(xué)模式和傳統(tǒng)教學(xué)模式的接受情況，教師可通過調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而制定改進(jìn)措施。從問卷調(diào)查結(jié)果看，大部分同學(xué)認(rèn)為PBL教學(xué)模式更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)情趣（90%）、活躍課堂氣氛（88%）。通過該方法實(shí)施，學(xué)生認(rèn)為自己的實(shí)踐能力（94%）、語言表達(dá)能力（85%）和團(tuán)隊(duì)合作能力（94%）得到了明顯提高。但從提高自學(xué)能力方面看，傳統(tǒng)教學(xué)法與PBL教學(xué)法差異并不顯著。究其原因，可能跟部分學(xué)生由于學(xué)習(xí)慣性和學(xué)習(xí)惰性而造成對PBL教學(xué)法接受程度不高有關(guān)。

4"結(jié)論

隨著工業(yè)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，我國的大氣污染日益呈現(xiàn)多元化、復(fù)雜化態(tài)勢。培養(yǎng)“具有更強(qiáng)實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才”是新工科建設(shè)的核心，也是“大氣污染控制工程”課程改革的方向。本文從教學(xué)內(nèi)容整合、過程組織和效果評價三個方面，介紹了新工科背景下基于PBL的“大氣污染控制工程”課程改革具體實(shí)施情況。綜合問卷調(diào)查和考試成績可知，絕大多數(shù)學(xué)生對該教學(xué)方式是非常認(rèn)可的，認(rèn)為其對于知識技能、綜合能力的提升大有裨益。然而，由于PBL教學(xué)法對學(xué)生和教師都提出了更高的要求，如何在今后的實(shí)施過程中保持持續(xù)的熱情，將是我們今后要應(yīng)對的挑戰(zhàn)。例如，學(xué)生需要花費(fèi)大量的課余時間去查閱資料，對于自主學(xué)習(xí)能力較差的學(xué)生來說，將是一個不小的挑戰(zhàn)，如何在今后的實(shí)施過程中保持持續(xù)的熱情，將是我們今后要應(yīng)對的難題。而對于教師來說，需要花費(fèi)更多的時間去設(shè)計(jì)教學(xué)過程，去設(shè)想可能出現(xiàn)的沉悶課堂氣氛，以及去思考如何輕松化解等，如何兼顧科研和教學(xué)，讓兩者相互促進(jìn)，也是個不小的挑戰(zhàn)。如何讓PBL模式更好地服務(wù)教學(xué)，使教師和學(xué)生都從中獲益，需要教師和學(xué)生的共同努力。

參考文獻(xiàn)：

［1］韓秀麗，汪金花，李鳴鐸，等.新工科需求下PBL教學(xué)深度學(xué)習(xí)的模式研究［J］.華北理工大學(xué)學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2022，22（2）：8792.

［2］李娜，劉穎，李晶.基于PBL的《通信系統(tǒng)虛擬仿真技術(shù)》課程改革［J］.教育現(xiàn)代化，2017（45）：9597.

［3］王麗平，楊珊，羅琨，等.大氣污染控制工程案例式研討教學(xué)探討［J］.山東化工，2019，48（11）：118119.

［4］張楊帆.大氣污染控制工程案例教學(xué)效果的調(diào)查研究［J］.化工高等教育，2011（3）：8285.

［5］田金徽，劉愛萍，申希平，等.PBL教學(xué)法在循證醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用效果評價［J］.中國循證醫(yī)學(xué)雜志，2011，11（1）：3943.

基金項(xiàng)目：中國高等教育學(xué)會2023年度高等教育科學(xué)研究規(guī)劃課題（23LK0401）；河南省化學(xué)類課程思政特色化教學(xué)研究示范中心建設(shè)項(xiàng)目；洛陽理工學(xué)院一流專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目微課程（1304014181）

作者簡介：劉瓊（1981—"），女，漢族，河南開封人，博士研究生，講師，研究方向：從事大氣污染控制教學(xué)與科研工作。