“双碳”目标下环境类研究生高等大气污染控制工程课程教学改革实践与探索

刘洁，刘盛余，刘建英，徐成华，刘雨露

（成都信息工程大学 资源环境学院，成都 610225）

2020 年9 月22 日，中国在联合国大会上提出，二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060年前实现“碳中和”。此即为“双碳”目标。2021 年3 月，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上强调要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局。由此，我国生态文明建设进入了以降碳为重点战略方向、推动减污降碳协同增效、促进经济社会发展全面绿色转型和实现生态环境质量改善由量变到质变的关键时期。实现“双碳”目标是一个巨大的系统性工程，需要全民族达成共识，需要政府、企业和个人各方主体相互配合协作。环境类研究生是践行这个宏伟目标的生力军，应具有新时代生态文明建设理念，能系统地解决复杂的环境问题，以较高的专业素养推动国家和区域发展。

一、“双碳”目标对课程的深度改造

高等大气污染控制工程在环境类研究生的课程体系中占有重要地位，是本科生大气污染控制工程类课程的拓展和拔高。通过课程学习，学生应掌握仪器、设备、方法、技术和工艺的基本知识，以大气污染物—控制技术—工艺流程与设计—运行管理为主线，了解工程实际需要，进而培养分析问题能力、沟通表达能力和管理能力等工程综合素质。但是，这样的课程育人要求与“双碳”目标的行业发展形势还存在较大差距。

从研究内容上看，“双碳”目标给大气污染控制领域提出了诸多新命题，这其中包含但不限于：（1）以碳监测为切入点，将现代化信息技术全面结合到大气污染控制领域中来。环境监测数据是政府决策和依法行政的重要依据。碳监测是碳减排和碳中和的立足点。通过物联网、云计算、区块链、遥感、地理信息系统、大数据分析和人工智能等技术手段进行碳监测可有效保证数据的真实安全，可为监管部门分类管控、精准执法和企业自律守法提供强大的数据支撑，也可为碳核算和碳交易提供技术平台。（2）传统的大气污染物处理处置系统大多布局在末端，即“先污染再处理”。而随着减量低碳的推进，人们对点源污染问题的关注将转向区域性大气污染，各界也将致力于通过多尺度跨部门多污染物的区域联防联控合作治理模式与管理技术体系实现空气质量整体持续改善。（3）冶金、建材、石油及化工四个传统工业产业能源密集，碳排放高。因此，实现“双碳”目标的关键在于依靠基于新设计、新设备和新材料的低能耗、低排放新兴“清洁化”技术（如煤炭等化石能源清洁高效开发利用技术）推动这些行业的节能低碳转型。（4）能源技术的进步和创新是实现“双碳”目标的主要驱动力，如碳捕集利用与封存（CCUS）技术，氢燃料电池技术，区域、行业非CO温室气体减排技术等。

从培养能力上看，实现“双碳”目标尤其要求研究生具备：（1）创新能力。我国工业结构偏重、能源结构偏碳、能源利用效率偏低，传统大气污染物和温室气体同步排放且含量水平高。这要求我们必须在绿色低碳转型的全过程和各领域全面创新（科技、产品和制度等）。（2）实践与应用能力。传统环保产业以末端污染物治理为主，面对“双碳”目标具备较高的实践与应用能力才能迎来发展机遇，撬动市场。（3）广阔的、前瞻性的国际视野。积极关注国内外的先进技术和理念，通过国际循环提升国内大循环的效率和水平，可实现国内国际互促共进。

二、教学目标

高等大气污染控制工程课程向环境类研究生开放，应充分应对大气污染控制工程学科发展的趋势和践行“双碳”目标对人才的需求，根据院校特色清晰定位人才培养目标，丰富人才培养模式，充分激发学生的实践兴趣和创新思维，达到实践教育和培养创新人才的目的。本文积极探索高等大气污染控制工程课程教学改革，合理设计课程内容，丰富课程教学方法和手段，注重学生创新能力和工程实践能力的提升，培养符合国家需要和区域发展，具有新时代生态文明建设理念，具有创新意识和宽广国际视野，能解决复杂大气污染问题的高级工程技术人才。

三、课程教学改革实践与分析

成都信息工程大学高等大气污染控制工程课程是针对环境类研究生开设的一门32 学时的学位课。对照“双碳”目标，基于现阶段大气污染控制工程学科快速发展、研究生工程实践能力欠缺等背景，课程教学改革从以下四个方面展开。

（一）围绕创新型人才培养整合设计教学内容

大气污染控制工程学科不断发展，新知识、新技术层出不穷。让学生紧密跟踪当前学术和技术发展趋势，及时掌握学科发展前沿知识和信息，是提高学生创新能力的重要途径，也是提升学生工程实践能力的基础。

当前我国大气污染形式严峻，以PM、O为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出，大气污染也呈现出多污染源多污染物叠加、城市与区域污染复合。污染与气候变化交叉等显著特征。课程教学以解决大气复合污染的多维环境问题为核心，内容上覆盖大气污染物的来源、形成过程、传输扩散、控制技术和对气候的影响等，新版大纲设置的课程教学内容见表1，设置为“九大专题”。教学内容中补充重点行业大气污染物超低排放技术，引导学生建立“由末端控制转变为以清洁生产为中心的全过程控制”大气污染控制技术理念。教学内容也立足我国国情，紧跟国际技术革命新趋势，结合成都信息工程大学环境遥感的专业特色和教师团队的研究工作，新增煤炭清洁高效利用技术、碳排放遥感监测技术和二氧化碳捕集与资源化技术等内容。

表1 课程教学内容

（二）改革教学方法，加强“专题式”教学

高等大气污染控制工程具有环境、地学、能源、交通和化工等多个学科深度交叉的特点，体现了科学技术、工程实践及管理政策紧密融合的特色。课程主要针对大气污染来源成因、基本特征和影响、污染控制法规体系及污染控制基本原理展开，在此基础上既讲述典型污染物的形成机理和演变特征，又针对主要污染物和典型污染源的控制技术与工程实践进行具体介绍和实际案例分析，具有较强的科学性、系统性和前瞻性。课程适合采用“专题式”教学模式，突出课题蕴含的污染发展特征、理论—方法—工程的系统性和技术的更新迭代等思辨性质的内容。九大专题覆盖了课程教学内容，又能培养研究生进行大气污染控制科学研究和技术管理的系统思维能力，为学生从事相关工作打下基础，实现教学与能力的同向同行。

研究生的课堂教学要更加灵活和丰富。适宜采用的教学方法有：（1）案例研究。以涂料行业产排的VOCs 为例，涂料行业是VOCs 废气的主要来源，一直以来受到密切关注。但涂料行业VOCs 废气治理存在成本高、施工难、底数不清等问题。目前国家各部委已经出台多项政策法规对涂料行业VOCs 进行管控，且与涂料协会及各大型涂料企业研究制定更严格、更符合行业实际情况的政策法规。在阐述“VOCs 废气的净化与利用”专题时，可引导学生就不同控制技术进行资料调研和小组间辩论，明晰每种控制技术的适用工况，并在限定因素下选择优化出经济的、符合发展需要的解决方案。（2）重要文献学习。学术研究“新手”可通过文献学习掌握历史、方法和视野三个方面的基础。在专题教学过程中引入重要文献也帮助于学生建立宽阔和创新的视野。

（三）强化工程实践能力培养，引入课程设计环节

本文所讨论的工程实践能力主要是指学生将所掌握的科学理论知识运用于大气污染控制领域的研发、设计和生产等技术工程活动中表现出的解决实际问题的能力，主要包括对跨学科知识的学习意识和学习能力、专业知识转化和应用能力、工程设计和实践动手能力及交流协调能力等。工程实践能力是评估研究生培养质量的一个重要指标。

将课程设计作为一个教学实践环节，可通过工程设计计算、设备选型、流程设计、技术经济分析和绘图等训练培养学生正确的设计思想与方法、严谨的科学态度和良好的工作作风，培养学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力和独立工作能力，培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力及与他人合作能力，巩固、深化和扩展学生的理论知识与专业技能。成都信息工程大学的课程设计环节从以下四个步骤实施：（1）选题。课程设计的题目来源于生产和生活实际，如实际生产中的燃煤发电厂、采暖锅炉房等。（2）编写工程设计任务书。科学的工程设计任务书能够指导学生有理有据地完成课程设计工作。（3）教师指导。设计过程中教师的指导是启发式的，引导学生自己去思考和实施。（4）点评与总结。将课堂教学模式局部转变为工程项目研讨和分析等思辨环节，比较性地讲解和讨论学生的工程设计与实际工程设计的差异，培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。

（四）创新教学评价方法，促进课程持续改进

教学改革中降低了常规出勤与笔试考试的权重，增加课程设计部分的考核权重，加强对学生利用所具备的理论知识分析解决实际工程问题能力的综合评价与考量。课程设计部分学生的成果有多元化的体现形式（设计计算说明书、工程图纸和PowerPoint 汇报），通过答辩，教师衡量学生工程设计内容的正确性、计算说明书规范性、工程图纸质量及学生的参与度。综合成绩由平时成绩、笔试成绩、文献阅读报告和工程实践成绩综合加权得出，全面反映高等大气污染控制工程的实际教学效果。

对照“双碳”目标的要求，成都信息工程大学通过创新教学内容、设计教学新模式、探索实践教学环节和改革教学评价方法系统地优化了环境类研究生高等大气污染控制工程专业核心课程，旨在培养学生应对环境保护与可持续发展趋势的能力。“3060 计划”需要付出艰苦努力，但这是我国基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求作出的重大战略决策，环境类研究生当以扎实的创新能力和实践能力投入其中。