工科课程CEKAD五步渐进式教学创新实践

王美艳 任芝军 张长平

摘  要：大气污染控制工程是面向环境工程专业本科三年级学生的专业必修课，课程任务为培养学生认识、分析和解决大气污染复杂工程问题的能力。在传统课堂中，此类课程遇到课程高阶目标难以达成等问题。在新工科背景下，课程依据学生认知发展的特点，结合一流课程及课程思政示范课的建设经验，创新性提出并实践“案例引入-情感激发-知识夯实-能力提升-素质培养”（Case introduction - Emotion stimulation - Knowledge consolidation - Ability improvement - Diathesis cultivation， CEKAD）五步渐进式教学模式，结合讲授法、案例教学法、对分课堂法、互动式讨论式教学法、项目驱动式教学法，实现课程知识、能力和素养目标。经实践，教学过程中学生获得感强、课程目标达成度普遍提升。研究结果有助于环境类专业教师更好地开展新工科背景下的教学创新改革，提升育人效果。

关键词：新工科;教学创新;环境类专业课程;五步渐进式教学模式

中图分类号：G642        文献标志码：A         文章编号：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、教學创新问题的提出

（一）课程概况

从学生发展的角度进行课程分析：大气污染控制工程课程是环境工程专业大三学生的专业必修课，共56学时，3.5学分。在环境工程专业技术人才的培养中，大气污染控制工程在先修课程物理化学、环境化学和流体力学的基础上，与水污染控制工程、固体废物处理与处置并称三大核心主干课，在培养学生污染控制工程设计能力方面起着重要作用。

从学生认知的角度进行学情分析：在知识层面，通过先修课程学生具备一定的基础知识储备，但欠缺专业理论知识;在能力层面，学生具备一定的理论分析和逻辑推导能力，但欠缺工程分析和设计能力;在情感层面，学生对于理清大气污染成因及解决大气污染问题有一定的知识渴求，但也存在畏难情绪。

（二）课程与教学改革的重点问题

课程紧密结合大气污染控制工程实践和学科发展前沿，全面阐述大气污染控制的技术原理和工艺设计，着力培养学生认识、分析和解决大气污染复杂工程问题的能力。然而，“分析、评价、创造”即“针对大气环境复杂问题深度分析、对大气污染控制技术及设备综合评价、大气污染工程问题解决方案及工艺流程设计”的高阶目标在传统的课堂中难以达成和评价。

二、教学创新方法及过程

为激发学生学习热情，促进高阶目标的达成，本课程对标工程教育认证理念，力求实现“学生中心、成果导向和持续改进”，在多方面进行了创新实践。

（一）优化教学目标

结合专业培养方案和培养目标，凝练本课程对学生的知识、能力和素养要求，优化课程教学目标，将原来并列式课程目标，优化为进阶式的课程目标，在目标的描述中更为具体可考量，从认识大气污染问题，到分析污染控制复杂工程问题，再到设计计算和研究，体现了高阶性，并融入了创新意识和专业志向等思政目标。同时，以学生毕业成果为导向，确定了课程目标和毕业要求观测点（指标点）的支撑矩阵（见图1）。

（二）创新教学方法

基于新工科建设背景，课程创新性地提出并实践 “案例引入-情感激发-知识夯实-能力提升-素质培养”（Case introduction - Emotion stimulation - Knowledge consolidation - Ability improvement - Diathesis cultivation， CEKAD）五步渐进式教学模式，结合讲授法、案例教学法、对分课堂法、互动式讨论式教学法、项目驱动式教学法，实现知识、能力和素养目标（见图2）。

1. 案例引入

针对工业脱硫、脱硝、除尘的具体工艺，结合生产实际以工程案例（如学生实习基地）的现场录像、图片或实际的工程问题引入，创设有效教学情境，培养学生工程思维，引导学生思考，提升课程内容的深度和广度。

2. 情感激发

课程在实现知识能力目标基础上，提炼德育目标，通过课程思政完成学生情感激发[1]。以生态文明思想在祖国大地的生动实践为课程思政主线，将科技报国、家国情怀、工匠精神、工程伦理等思政元素有机融入课堂[2-3]。在课程思政的实施方面，拿数据说话、以时政渲染、用视频回顾，针对工科学生思维严谨、对数据敏感的特点，采用权威数据、生动实例，充分调动学生的情绪状态、营造积极的课堂气氛，以较强的思政感染力，增强知识内容的说服力，提升课程的温度。

大气污染物排放的权威数据可直观地反映我国的污染控制成效，增强学生大气污染治理的决心和信心（见图3）。

政策是技术的风向标，因此与大气污染相关的时政可激发学生对于技术发展趋势的深入思考，引导学生树立专业志向、增强制度自信。

简短的视频可以带来更加生动、直观的思政效果，激发学生学习热情。

3. 知识夯实

教师讲授时，结合原理图、动态PPT和虚拟仿真视频等，针对典型技术精讲，从化学原理到工艺流程、核心设备、工程问题及解决方案、工业应用，在内容上体现创新性。

4. 能力提升

组织学生独立学习和组内讨论，以具体任务驱动知识梳理和问题挖掘，组内答疑完成同伴教学，提升自主学习、问题分析和研究设计的能力，达成高阶目标。

5. 素质培养

组织学生展示工程问题解决方案，教师在评价与答疑的过程中激发深度思考，引导课外拓展活动，渗透专业思想，培养专业素质。学生展示和持续学习的过程带来挑战度。

CEKAD五步渐进式教学模式，对标“金课”两性一度标准，也让课程丰富了深度、广度和温度。

（三）重构课程体系

原课程包括八个教学模块，一部分面向理论基础，包含燃烧污染物形成、颗粒态和气态污染物控制技术基础，另一部分面向工程应用，针对具体污染物如硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机物和机动车污染等提出解决方案。在创新实践中，新增教学模块九“典型大气污染问题及控制”，剖析雾霾、臭氧污染、气候变化和室内微环境空气污染的具体成因及控制手段。在课程体系的设置上紧跟学科前沿，展现我国基本完成酸雨污染治理、持续深入PM2.5污染治理、尽快遏制臭氧上升趋势、持续推动气候变化与污染协同应对的治理趋势。

（四）重整教学内容

在九个教学模块中，增设实际工程和科研案例，如：热电厂、钢铁厂、石灰窑、垃圾焚烧炉的除尘、脱硫、脱硝装置，化纤厂车间VOCs在线监测，汽车三效催化器，绿色煤电的碳减排方案等，通过案例分析挖掘理论深度，联系工程实践，促进学以致用。

（五）拓展教学资源

在经典教材的基础上，引用国家精品在线课程、生态环境状况公报、联合国环境规划署报告、政府网站、权威公众号、纪录片、课外读物，动态更新資源，丰富教学内涵，同时结合知识点引导学生阅读前沿文献（见图4）。

（六）改革教学评价

1. 学生课程考核

沿用终结性与过程性评价相结合的成绩评定方式[4-5]，但增加过程性考核比例，以教师打分、系统评分、学生互评的形式给出客观的过程性评价[6-7]。以学生的实际学情和学习目标为中心，设计主要问题在课堂实时发布，并结合学生回答情况进行互动和解析，给学生量化评价。对分课堂中，讨论结束后学生可通过雨课堂上传学习记录表、可进行互评。

2. 教学质量评价

学生调查：利用问卷星平台，课后学生扫二维码进行问卷调查（见图5），反映教与学的动态变化，利于持续改进：（1）根据本节课知识、能力和情感目标，学生自评学习目标达成度。（2）根据本节课上课情况，学生对教师的授课情况进行评价并提出建议。

社会调研：将包含教学大纲、课件、教学设计方案的课程包发送给相关国内外院校、科研机构和企业单位专家，广泛征求意见建议，获得产学研一体化的持续改进依据（见图6）。

三、教学创新效果及分析

（一）学习效果评价（包括德育目标的达成）

通过案例教学、对分课堂、互动讨论、项目驱动等教学方法[8]，学生课上实现了独立学习、深度讨论、踊跃发言，从学生讨论后针对工程案例的分析来看，在短时间内学生解决实际工程问题的能力和大气污染控制工艺设计能力得到较好的体现。

根据学生学习目标达成度的自评统计结果，结合学生上课时回答提问以及互动的情况、课后作业的提交情况，分析学生的学习效果。如图7，学生的知识能力目标和情感目标自评达成度较高。

学生的主观感受中，“科技”“发展”等词出现的频率很高，且学生们表现出对于大气科技大会的浓厚兴趣，说明学生的科技报国、家国情怀、职业精神情感目标的达成度较好，如图8。

学生们课后活动积极踊跃，自发组织大气科技大会的观看，反响热烈。学生具备了较强的创新意識和能力，由课程组教师指导的学生在创新创业训练计划项目、节能减排大赛、“互联网+”及环境类学科竞赛中表现突出，获得了优异成绩。

依据多元化的评价标准，分别计算2017级与2018级每名学生各课程目标达成度，生成散点图，如图9，可见2018级学生达成度较2017级整体提升，且达成度低于期望值（0.7）的学生数量明显减少。

将2017级（2019年）与2018级（2020年）各课程目标进行对比，如图10。通过课程建设，课程目标达成度整体提高，且体现高阶目标的课程目标由0.83提高到0.89，说明着力于解决课程难点的教学改革成效显著，课堂教学效果提升明显。

（二）教学质量评价

如图11，学生对课堂效果的评价满意度高。

四、结束语

在新工科教育背景下，课程进行了多项改革创新，促进了课程知识、能力和素养培养目标的达成，研究结果有助于环境类专业教师更好地开展新工科背景下的教学创新改革，提升育人效果。

（一）反映学科前沿的教学内容改革，聚焦知识传授

中国大气污染控制技术发展日新月异，大气污染治理进程不断加速，基于此，课程结合新理论、新技术、新形势，充实了碳减排、细颗粒物与臭氧复合污染控制等知识模块，教学内容体现科学性和时代性。

（二）利于持续改进的多元评价模式，加强能力培养

以结合终结性和过程性的课程考核、持续地反映教学动态变化的随堂问卷调查，建成多元化的评价模式。结合专业顶层设计和CEKAD渐进教学模式，以学生毕业后真正能带走的能力为导向，将评价指标的设计由单纯的课程目标达成上升到毕业要求指标点的达成，打造高效课堂，增强学生的获得感。

（三）结合工科特色的课程思政融入，注重价值塑造

以“立德树人”为己任，以习近平生态文明思想在祖国大地的生动实践为主线，将思政有机融入课堂。引入国内外大气污染排放、控制技术、防治政策现状与趋势的大数据，使课程思政做到“有理有据”，使学生正确认识世界和中国发展大势。以大气污染控制科技发展生动的案例，培养学生科技报国的家国情怀，以大气污染治理先行者的事迹，培养精益求精的大国工匠精神，以大气污染控制技术在工程实践中的具体问题，强化工程伦理教育。

参考文献：

[1]郭少青，卫贤贤，冯国红，等.环境类专业教师进行课程思政的路径探索[J].高教学刊，2020（24）：167-169.

[2]王美艳，黄超，张长平，等.《大气污染控制工程》课程思政教学设计的探索与实践[J].决策探索（下），2021（1）：77-78.

[3]王美艳，张长平，任芝军，等.“党建+课程思政”模式下工科专业“三全育人”体系的构建[J].决策探索（中），2021（2）：41-42.

[4]姜云霞，葛馨，王双.基于“金课”理念的课程教学组织方法研究[J].高教学刊，2021（11）：157-160.

[5]张红，刘瑞卿，魏海英，等.以生为本的“环境学概论”课程教学创新设计[J].教育理论与实践，2021，41（30）：55-58.

[6]杨清.学校课堂教学评价：价值的判断、挖掘与提升[J].教育科学研究，2021（11）：61-65.

[7]杨开城，卢韵.一种教学评价新思路：用教学过程证明教学自身[J].现代远程教育研究，2021，33（6）：49-54.

[8]平爱红，孟兆新.关于工科课程教学方法改革的建议[J].成人教育，2008（7）：88-89.