摘要: 随着环境问题的日益严重，大气污染控制成为当今社会的重要议题。然而，传统的“大气污染控制工程”课程缺乏对学科前沿交叉的深入探讨，无法满足学生对综合性知识和技能的需求。因此，该研究以学科前沿交叉为导向，对“大气污染控制工程”课程进行教学改革研究。通过引入跨学科内容、创新教学方法和实践环节，旨在提高学生的学习兴趣和能力，培养具有创新思维和综合素养的高级工程人才。
Abstract:
With the increasingly serious environmental problems, air pollution control has become an important issue in today’s society. However, the traditional “Air Pollution Control Engineering” course lacks in-depth exploration of the intersection of disciplinary frontiers, and cannot meet the students’ demands for comprehensive knowledge and skills. As a result, this study is oriented to the teaching reform of “Air Pollution Control Engineering” course by taking the interdisciplinary cross-disciplinary approach. It aims to improve students’ learning interest and ability by introducing interdisciplinary contents, innovative teaching methods and practical links, and to cultivate advanced engineering talents with innovative thinking and comprehensive literacy.
1. 引言
大气污染是指大气中因人类活动而引起的污染物的排放和积累。主要的污染源包括工业排放、交通运输、能源消耗和农业活动等。这些污染物，如颗粒物、二氧化硫、氮氧化物和臭氧等，通过大气传播影响着我们的环境和健康。大气污染不仅使空气质量变差，还对空气中的植物和动物造成毒性影响，增加呼吸系统和心血管疾病的发病率，甚至对人类寿命产生威胁。随着大气污染问题的日趋严重，在当今的时代背景之下，新课程改革要求我们通过优化课程设置和教学方法，更好地培养学生的实践能力和解决问题的能力，提高教育质量，培养具备前沿知识和先进技术的高级应用型人才，以适应行业发展的需求。通过跨学科合作和融合，拓宽学科研究的领域，综合各学科的优势，共同解决大气污染问题。本研究以学科前沿交叉为导向，对“大气污染控制工程”课程进行教学改革研究。
2. 学科前沿交叉的重要性
大气污染仍然是一个全球性挑战，对人类健康、生态系统和气候稳定产生不利影响。随着大气污染的严重性和复杂性不断增加，跨学科方法在大气污染控制工程中的重要性变得越来越重要。大气污染是一个多方面的问题，需要对其来源、传输机制和转化有全面的了解。通过结合环境科学、化学、气象学和工程学的专业知识，跨学科研究可以更深入地了解空气污染物与大气之间复杂的相互作用。这种整体视角增强了我们制定有效、有针对性的控制策略的能力。通过遥感和大气建模技术使我们能够比以往更准确地监测和预测空气污染。将这些技术与大气污染控制工程相结合，实现实时监测、数据分析和预测建模，有利于识别污染热点、了解排放源和评估控制措施的有效性。通过环境工程、材料科学和政策分析，可以设计出新的方法来开发先进的材料、技术和政策，以减轻空气污染。例如，纳米技术和空气净化的结合可以产生能够捕获超细颗粒物的高效过滤器。而通过社会科学可以在减少社区污染所需的行为改变方面提供有价值的见解。通过将健康科学、生态学和气候研究与大气污染控制工程相结合，我们可以更好地评估污染的真实成本、生态系统破坏的可能性以及不同污染物对气候强迫的贡献。总之，交叉学科方法能够更全面地评估这些相互关联的影响，有助于制定同时解决多种环境问题的多管齐下的战略。大气污染控制工程从交叉学科的方法中获益良多 [1] 。空气污染的复杂性和规模需要整合各个领域的知识、技术和专业知识。通过促进不同学科之间的合作，我们可以获得新的见解，创新的解决方案和整体战略，以有效地对抗大气污染。只有通过跨学科的努力，我们才能保障人类健康，保护生态系统，减缓气候变化，为子孙后代创造一个可持续的未来。
3. 教学改革设计
3.1. 引入跨学科内容
学科交叉是指不同学科之间的交叉融合，它已经成为当今科技创新和社会发展的重要趋势。在科学研究领域，学科交叉可以使不同领域之间的研究成果相互渗透、相互促进，从而推动科学研究的创新和发展。根据国内外大气污染控制的最新趋势和技术发展，开展跨学科合作研究，与环境科学、工程技术、经济管理等学科进行密切合作，形成多学科交叉研究的合作平台。通过共享资源和知识，提高综合解决问题的能力。其次，组织多学科教学活动：开设跨学科课程和专题讲座，增强学科间的交流与合作，促进学生的综合素质培养。
3.2. 创新教学方法
目前，传统课堂教学仍以PPT教学为主，教师和学生分别作为知识的传播者和接受者，两者角色相对固定。这种方式下学生作为知识的被动接受者，难以保持长时间的专注度，学习积极性也不足。采用多元化的教学方式进行课程教学，如线上线下融合教学、专题理论教学以及讨论式教学多种教学方式，有利于利用有限的教学时间和数字化网络平台优势，加深学生对教学内容的理解，激发学生学习兴趣 [2] 。在教学方法上采纳启发式教学法、学生参与式教学法、对比式教学法以及工程案例式教学法等多种方法相结合的模式，改变以往以老师为主体的灌输式教学方法，变成以学生为主体的教学方式，这样做更能体现课堂上学生需求，从而培养学生的工程实践能力。推行问题驱动学习，引入问题驱动的学习模式，通过提供真实的大气污染问题，学生会踊跃提出自己感兴趣的专业问题(部分问题统计见表1)，从而激发学生的学习兴趣和解决问题的能力。这种做法将使得学生能够积极思考并且能够参与到课堂的教学环节中，学生的学习积极性将大幅度地提高，产生教与学的共鸣。在教学手段上摒弃以往以板书为主的教学手段，将多媒体课件引入到课程中，通过照片、图片、Flash动画以及现场视频等。其次，强调实践和实验：采用模拟实验、真实案例和现场考察等形式，让学生亲身参与实践，加深对理论知识的理解和应用能力的培养。在实际工程项目去引出问题，分析项目中需要用到哪些“大气污染控制工程”课程中相应知识点。采取对比式、案例式以及动态演示等多种形式相结合的方法，充分阐述所涉及的相关知识，这样才能达到事半功倍的效果。在讲解的过程中要积极与学生互动，适时向学生提出一些问题，让学生能够积极思考，同时回答所提的问题 [3] 。这样可以充分地调动课堂的气氛，让课堂“活跃”起来，学生学习的主动性可以最大程度地发挥出来。在课堂教学环节中还应该充分重视学生的反馈信息，在课上和课下应经常与学生沟通，以了解学生学习的程度，以便及时改变教学方法和教学手段。
Table 1. Students discuss the topic excerpts
表1. 学生讨论题目节选
3.3. 设置实践环节
大气污染控制工程实践教学的目标是培养学生掌握大气污染的基本知识和基本处理方法，了解大气污染控制技术的现状和前沿，提高学生的实验动手能力和自主创新能力，培养学生分析问题和解决问题的能力。由于该课程涉及的学问系统浩大、概念繁多、计算复杂、综合性十分强，同学感觉难理解、难记忆，因此，学生学习的乐观性、主动性和学习的效果受到很大影响 [4] 。仅仅通过书本知识很难达到本课程的教学目的，必需将理论教学与实践教学很好地结合，才能发挥最佳的教学效果。因此，实践教学在培养人才方面起着不能替代的重要作用，必需予以重视。结合现在同学的特点，开展的实践教学已经不能局限于验证性试验的设置，而应当以创新为主线，探究和讨论新的教学办法，开设一些与传统的验证性试验有本质区分的实践环节，努力为同学制造良好的实践环境，赋予同学更多的思量及动手机会，从而使同学对该课程产生深厚的爱好，提高学习效果。大气污染控制工程的实践环节是大气污染控制工程理论课程的实践部分，是对理论课程的有益补充，通过本课程的实验环节，为学生将来从事大气污染控制工程的设计、科研及技术管理等相关工作打下基础 [5] [6] 。
3.4. 优化课程考核
完善课程考核体系，设置多元化考核体系，促进教学改革全面发展。传统考核以笔试为主，在这种应试教育模式下，很多学生考前死记硬背，突击应付考试，考试成绩很大程度上并不能客观反映学生对该课程的真实掌握程度。因此，需更加合理地、多维度地评估学生的学习效果，从而提高环境专业课程的教学质量。多元化考核体系主要包含学习态度考核、基础知识考核、实践能力和课后作业考核四个部分(如图1)。
Figure 1. Assessment method proportion chart
图1. 考核方式占比图
4. 结论
本文通过以学科前沿交叉为导向的教学改革，可以提高“大气污染控制工程”课程的教学质量和实用性。该教学模式可以激发学生的学习兴趣、培养创新思维、加强实践能力，为解决大气污染问题培养具有综合素养的高级工程人才做出贡献。教学改革需要不断总结和完善。因此，需要进一步采取有效措施激发学生线上学习的兴趣，保证线上学习质量。注重启发式、探究式、讨论式、参与式教学手段的运用，进一步丰富多元化教学方法。提升线下课堂教学质量，从而更好地实现教学目标，更好地发挥“大气污染控制工程”课程的育人价值，进而帮助学生树立“建设人与自然和谐共生的现代化”的人生奋斗目标。
基金项目
山东大学教育教学改革研究项目(编号：2023-393；2023-112)。