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环境工程专业复合型人才的培养

2019-07-23 15:23 点击:
——《大气污染控制工程》课程实践与反思
高等学校是培养人才的摇篮,发挥人才培养、科学研究、服务社会的综合功能,既是对知识的传承与创造,也是在满足社会发展的需要。尤其对工科专业的创造型、复合型人才的培养更是社会的迫切需求,也是高等学校人才培养的
目标。创造型、复合型人才的培养是对人的能力有高度专业的素养要求,需要专门的培养和严格的专业训练,如环境工程专业是实践性很强的专业,但又是涉及面非常广的领域,例如大气污染控制工程、水污染控制工程、固体废弃物处理处置和资源化等,因此对环境领域的人才培养是高标准的,经常形容环境工程领域需要杂家,单独依靠环境工程领域的知识已远远不够,已不能解决所面对的复杂环境污染的综合问题。所以,对环境工程专业复合型人才的培养需要从教学实践中予以高度重视,其实这一过程的提高需要漫长的过程,更是迫切地需要提升教师的能力水平到更高的标准。“双一流”建设对人才的标准和学科专业的发展提出了新的要求。任何环境污染问题都需要从环境工程技术从源头、工艺改进和末端治理等环节等根本上予以解决,清洁生产的思想要贯穿环境工程的每个环节。这就需要我们在人才培养时首先要考虑综合能力和思维理念的达成。本科4年的学习,甚至是研究阶段的学习,对环境工程专业的学生而言,学到了丰富的理论知识,但并没有深刻地领悟到解决实际问题的思维方式和实际工作开展时需要的综合方面的知识运用能力。《大气污染控制工程》课程是环境工程专业中一门重要的专业课程,也是环境工程专业学生接触到的与实践结合紧密的课程之一。这门课程的目的是要教会学生在理解大气结构、污染过程和末端治理的单元过程和原理等知识的同时,能够运用大气污染控制工程技术解决实际问题。本人以此课程为分析对象,结合笔者的教学经验,探讨如何在当前的学生思维结构、知识背景、兴趣方向多样性的情况下,踏实、有效地开展《大气污染控制工程》的课程教学,并真正让学生做到学以致用。本文从教学内容设计、教材及参考资料选取、授课方式应用和考核评估及反馈评教等方面,对《大气污染控制工程》课程教学活动的教师所起到的重要作用进行剖析,以期通过教学过程的优化、教师能力的发挥实现《大气污染控制工程》课程教学效果的提升。
一、教学内容设计
提到大气污染,百姓很容易想到熟知的名词———雾霾、臭氧、光化学烟雾,从伦敦和洛杉矶的光学烟雾到京津冀的雾霾,其实气象预报中添加空气质量指数报告,更使得众多人对大气污染有更充分的了解,对相关知识都是耳熟能详。但对一名环境工程专业的本科生、研究生来说,如何系统深入地掌握一门专业知识,将来能够走进这一专业领域,从事专业的大气污染治理工作,发现新问题、提出新理论、创造新知识、开创新方法、解决新问题。我深感一门专业课程教学内容的设计、教学过程的启蒙要肩负起这一使命,虽然这一过程需要较长时间才能体现(工程教育认证中评价学生的培养质量是依据毕业后五年时间,在本专业领域中所取得的业绩成果),即使一门专业课程的教学仅仅能起到入门作用,但教学内容和教学过程中要予以明确体现,教师在教学过程中要启迪学生系统深入地掌握专业知识,从事专业领域工作,并使其具有“发现新问题、提出新理论、创造新知识、开创新方法、解决新问题”的这一思想意识。
在多年的教学工作中,我曾经遇到了一位学生提出他一直以来疑惑的问题(也许是其他学生也存在的疑问),大气环境那么大,在那么大的空间里,大气污染控制是如何开展的?从课程名称《大气污染控制工程》字面直接理解会是问题的疑惑所在,这也对专业教师提出了新要求,一定要首先将工程实践背景、科学研究基础、课本理论知识、工厂工程应用实践的每个环节系统地讲授给学生,简洁明了、高度概括地让学生的头脑中具有系统清晰的主线,这样学生会对专业的理解、课程内容的学习、知识的掌握具有清晰的思路。
其实,说道大气污染控制是如何开展的?不仅仅是教学一个方面,涉及的是更为复杂的产业结构、能源结构以及百姓的生活方式等诸多方面,提及大气污染,经常会遭到百姓的抱怨。在这样的大背景下,如何做好《大气污染控制工程》这门课程的专业教学工作,如何进行教学内容设计,着实具有挑战性。我也在这一领域从事科学研究和产业化技术开发,在这一领域中积累了科研成果,在局部的大气污染控制中进行了技术应用,取得了显著的实际效果,在教学内容的设计中会少量添加这部分内容,目的是向学生传达实际的技术应用是小部分课本知识的应用,更多的是基于基本的既有的理论知识扩展与新的探索。《大气污染控制工程》课程中目前所讲到的知识只涉及末端治理,即“三废:废气、废水、固废”中的废气治理方面,还仅仅是在工厂具体生产线的末端进行除尘、脱硫、脱硝等单元操作层面的控制。而上述知识内容讲授同时,必须强调工艺过程的革新、清洁生产的技术、绿色产品的应用等方面,以及产业结构、能源结构和百姓的生活方式转变等方面,才能从根本上解决目前所面对的棘手的大气污染问题。目前的大气污染控制仍然是末端治理部分,是对大气环境治理的一部分,从根本上转变必须要进行彻底的清洁生产工艺的逐步改造和提升。而任何的环境治理技术都不是百分百的净化,只是达到了相关标准的现阶段要求。对有限大气的环境容量以及大气环境自净化能力有限的前提下,只要有污染物排放,就会对局部大气污染的加剧起到助推作用,对二次污染的形成埋下了潜在因素。因此,在《大气污染控制工程》课程的教学中,教学内容设计时需在强化上述知识的同时更要强化培养解决复杂大气污染问题的综合性思维和复合型能力。节能减排、清洁生产的理念更需要传授,亦是做好大气污染控制工程教学的必备内容。做好这方面的专业教学和科普知识也是对大众关于雾霾频发、大气污染治理无效说法的释疑。
二、教材及参考资料选取
在《大气污染控制工程》课程的教学中可用的教材有十余种,可参考的中英文资料丰富,但对学生来讲,刚刚接触一个陌生领域的新知识、新概念还是显得有些茫然,对于众多可用的资料也没有足够的时间和精力去挖掘,对于教材和资料中内容统一的部分没有去理顺。在工程学科的专业知识较抽象的课程教学中,即使指定教材和参考资料,也不意味着可以照本宣科,也不能将教材和资料甩手给学生自学,甚至占用课堂大量时间追求所谓的新式教学方法,那样只会削弱学生对基本知识的欠缺,对学科领域没有宏观整体的认识掌握,将来在这一学科领域的深入发展会受到限制,“基础不牢、地动山摇”。至少在《大气污染控制工程》这类专业性较强的专业课程中需要加强专业基础知识的课堂讲授。《大气污染控制工程》在课程学时安排中包括64学时的课堂授课,同时安排有课程设计,相当于国外部分高校PBL(Problembasedlearning)教学中的项目设计部分,还有实验课程作为支撑。本人在教学过程中先后使用过多种教材和辅助资料,包括国内教材资料和国外教材资料,大部分国外教材注重实例和深入的理论模型,其中包含大量完整的案例,学习者可以通过演习案例或理论模型加深对学习内容的理解,但国外教材在理论性和条理性方面不适合中国学生的学习习惯和教学大纲的顺次要求,需要教师指导学生选择性运用。国内教材以郝吉明院士编著的《大气污染控制工程》为代表,理论严谨、条理性强,适合中国学生的学习思维和理解习惯。同时采用国内外同行的教材进行学习,是对知识深入掌握的最好补充,可以从多种不同角度和不同层面去深入理解知识的核心,可以拓展对知识的运用能力。通过多年的教学实践发现为每个专题(例如除尘、脱硫、脱销等)辅助以实际应用的资料是对教学内容最有益的补充,虽然教材在不断改版补充新内容,但教材的知识更新速度需要一定的周期,存在一定的滞后。因此,对专题辅助资料的补充是对教材内容最好的扩展,与当前实际问题的解决可以密切相关,可提高学生的兴趣和对知识的深入掌握,如目前的超低排放技术、烟气脱白技术,都是针对新问题应用大气污染控制工程知识开发出的新技术,将来也可以作为教材中相关知识的案例进行补充。
三、授课方式应用
甄选合适的教材,设计恰当的教学内容,还要有适合的教学方法才能事半功倍,让学生学得清楚,掌握得充分,真正地教会学生理解并深刻掌握,乃至运用知识的能力。在实际教学中,对老师而言有一个教的方法的问题,对于同样的教材、同样的知识点,不同教学方法所取得的效果是不同的,教学方法的选用是强调学生掌握知识,而不是记忆知识、应对考试、取得“优秀”的考分。目前高校内的教师,从学校到学校的培养模式直至博士或博士后占有较大比例,知识储备是充分的,实践经验却是欠缺的,从理论到理论的教,公式来龙去脉的推导并把教材的内容完整地传授给学生。但对于工科专业学生来讲,这远远不够,如果教学过程没有接触一线的背景知识支撑,学生对知识的掌握也仅是浮在表面。学生们经常抱怨不知道自己所学的专业是做什么的,不知道将来干什么,学了这门课程后怎样开展这一领域的工作,这是我们目前教学中面临的严重问题。
四、考核评估及反馈评教
教学效果的好坏需要检验,考试是检验学习成果的重要手段,《大气污染控制工程》课程的考试一直以来以闭卷为主,但是《大气污染控制工程》实际上是一门工程实践性很强的课程。评估教学的过程和学生的学习效果不能仅仅通过考试分数就全面衡量,更重要的是能使用《大气污染控制工程》理论和实践知识解决实际问题,否则学生就会考试过后,知识也随时间推移逐渐淡忘。笔者在教学过程中一贯坚持讲述每个大气污染控制的单元(如除尘单元、脱硫单元、脱销单元等)操作中,向学生展示工厂应用的实例,要求学生结合实例掌握各个单元的知识点,考试中和平常的作业中专门安排项目设计,使学生真正地懂得每个单元工艺的原理和具体的运行过程,在进入工厂的认识实习和生产实习阶段强化学生所学知识,将教学过程学习的各个单元与工厂实际运行的装置之间进行匹配,借助于知识的掌握和课堂的实例讲述,学生们很快就会辨识每台设备、每条管路对应的单元工艺工段。这一过程的完成是无法仅凭考试达到的,实际的应用考验也激发了学生的学习兴趣与热爱,这点对环境工程领域大气污染防控工程师来讲是尤为重要的。
总之,在笔者多年的教学实践中体会最深的就是培养学生对知识的融入,而非记忆与考试。我们需要结合工程实践展示课程体系的全貌,借助工程应用实例,解释重要知识点所对应的工程应用原理与实际运行过程。培养学生解决问题的能力远比教会他们书本内容更重要,这种对知识的融入、能力的提高会让学生终身受益。教师的工程背景的锻炼提高对教学工作具有实际意义,教与学之间的双向评估、双向反馈机制会极大地促进教学工作取得良好的效果。