改进实践教学促进环境工程专业学生工程设计能力培养

施万胜 谢利娟 缪恒锋 邓芸 阮文权

[摘 要] 工程设计能力培养是环境工程专业教学的核心任务之一。通过分析学生工程设计能力培养中存在的问题，从加强实践教学入手，探讨了促进学生工程设计能力提升的实践教学改革方法以及持续改进措施。

[关键词] 环境工程;工程设计;实践教学

[基金项目] 江南大学本科教育教学改革研究项目（JG2017077）

[作者简介] 施万胜（1980—），男，博士，江南大学环境与土木工程学院副教授，主要从事固体废弃物处理与处置研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）29-0282-03    [收稿日期] 2019-10-08

一、环境工程设计能力的培养与评价

近年来，我国的环境工程专业教育为我国经济社会的发展培养了大批专业工程技术人才，为我国环境管理、污染治理、环保产业、环境教育的发展以及实现生态文明建设起到了重要的支撑。随着世界经济、科技的快速发展变化，社会对环境工程专业人才能力的要求也越来越高[1]，其中一个最重要的方面是需要高校所培养的学生具备解决复杂环境工程问题的能力。因此，在当前形势下，在环境工程专业人才培养中，均强调以解决复杂环境工程问题的能力培养作为环境工程专业教育的最主要任务[2]。其中一个核心的方面是培养学生的工程设计能力，这是一名合格的环境工程师应具备的重要能力之一，也是当前工程教育的核心目标。在我国加入《华盛顿协议》后的工程教育专业认证体系中，针对环境工程专业学生的12项毕业要求，其中多项要求与培养学生的环境工程设计能力有关。

所谓的工程设计是工程师在现实约束条件下为具体问题提供切实可行的、可操作的解决方案[3]。结合我国工程教育认证标准中培养能力要求，环境工程本科专业学生的环境工程设计能力，应该是学生具备利用各种基础和专业知识对环境问题的识别能力;能利用制图、计算机技术等现代工具表达和描述环境问题的能力;能综合应用不同的科学技术知识针对复杂环境工程问题提出解决方案的能力，并能体现出一定的创造力;能在安全、环境、法律、文化、社会以及健康等现实约束条件下对工程设计方案进行优化求解的能力;环境工程项目涉及的管理与经济决策能力;设计过程中的团队合作、沟通的能力等。这些工程设计能力的培养贯穿环境工程专业课程教学始终，是通过学习各门课程来达到的。这些课程成为一个体系，包括数理基础课程，经济、管理及人文社会科学等支撑课程，专业基础课程，专业核心课程，专业实践课程等。通过这些课程的学习，实现支撑环境工程设计相应的各项能力要求的达成。

二、环境工程设计能力培养过程中存在的问题分析

工程设计能力的培养最终是通过学习各门课程来达成，而这些课程内容及知識会经历各知识点和知识块—实验及实习验证—课程设计—毕业设计的过程积累，经过不断地培养和训练，使学生工程设计能力得到提高。其中，课程设计和毕业设计环节不仅培养学生工程设计能力，而且其结果可以很直观地用于反映学生工程设计的能力积累与提升的情况。其评价结果或学生最终的表现就是毕业设计的质量，具体来讲，主要表现在设计说明书中学生对于相关环境问题的识别、分析描述的准确性，所提出解决方案的可行性，在结合安全、环境、法律、文化、社会以及健康等现实约束条件下思考所提工程方案的合理性，在工程方案设计中所体现出来的管理与经济决策过程;和设计图纸的完整性、规范性和准确性等。当然，更长远或更准确的评价应该是在学生进入工作后的能力表现，以及5年以后的工作成就。

这里简单地从学校教学评价结果来看，特别是从具体的毕业设计质量来看，目前比较突出的问题表现在以下几方面：（1）环境问题的识别和描述。在毕业设计环节中，表现在学生对于所面对的环境问题，特别是产污环节、污染源的源强、污染物性质及处理方法等方面的识别与分析不够全面、准确，导致后续工艺方案设计中出现偏差。（2）针对环境问题提出解决方案。在环境工程设计环节中，我们经常发现一些学生会比较盲目，在工艺方案选择与流程设计中往往无从下手，或者在计算中直接生搬硬套，最后绘制出的构筑物或建筑物的结构图与实际不相符。这些问题除了与教学过程中教学内容的呈现不够直观和形象外，还因为目前环境工程设计相关课程教学中偏重理论知识和方法论的教学，案例较少，与工程实践的结合有待加强。（3）工程设计的图纸表达。图纸是工程师的语言，是工程设计从方案文本走向实物的重要指导文件。目前在毕业设计环节发现学生在图纸绘制中存在一些问题，主要表现在图纸的完整性、规范性和准确性方面还存在进一步提高的空间，特别是针对各单元设计细节中对构筑物、建筑物、设备、管道等的结构和空间布局表达不清晰、不准确或者不完整的情况。这需要我们在教学中更直观化地呈现环境工程实践现场，以加强学生对这些实物的认知。

三、环境工程设计能力培养过程的持续改进

针对环境专业学生在工程设计中表现出来的一些问题，当前最重要的着力点在于如何有效地实现教学过程的直观化，帮助学生在大脑里构建比较清晰的工程实物内容，而最直接的是加强集中实践环节的教学，让学生在实践中领会所学知识，并逐渐提升对所学知识的应用能力，这主要包括以下几个方面。

（一）实验教学

实验教学是强化学生对专业知识进行直观化认知的重要过程之一。在环境工程专业各实验教学中一般均开展验证性、设计性和综合性实验，培养学生对专业知识的理解和应用能力。同时，为了强化学生对污染治理相关设施的认知，学校购置了大量的各种环境污染治理相关设施、设备及组合工艺流程的模拟系统，建设了餐厨垃圾处理中试生产线。通过这些模拟系统和中试生产线的参观学习，让学生非常直观地了解各污染治理设施、设备的原理、功能及结构布局，为构筑物设计及绘图奠定基础;同时，通过对污染物治理组合工艺流程和餐厨垃圾处理中试生产线的参观学习，学生可以更直观地理解各污染介质和污染物在各工艺过程中流动、转化及去除行为，分析评价工艺流程安排的合理性，为污染治理工艺方案的选择及设计提供思路和借鉴。

（二）实习教学

实习环节是学生将专业所学理论知识与实践相结合的重要途径。环境工程专业实习包括认识实习、生产实习和毕业实习三个环节，是学生对环境问题及相关治理技术等环境工程相关专业知识从认知与体会，到印证与体验，再到应用与深化的学习过程，通过这些过程，在生产实践中不断培养学生掌握分析及解决复杂环境工程问题的能力，并为最终进行环境工程设计奠定坚实的基础。目前，我校环境工程专业三个实习环节分别安排了2周、6周和5周的实习时间，分别在第4学期、第6学期期末和第7学期期末开展。在国家工程教育认证和不断提高培养学生解决复杂环境工程能力要求的大背景下，我校环境工程专业积极探索提升实习环节教学效果的方法并进行不断的持续改进。以毕业实习环节为例，近几年来，专业不断强化了本科实习环节的教学工作，将毕业实习时间由过去的2周增加到5周，并根据教学效果和教学质量评价过程的信息反馈，不断对教学过程进行持续改进，主要表现在以下几个方面：（1）强化实习准备和实习安排。针对学生实习要求，建立了更加完善的实习基地，所涉及的实习内容涵盖了水污染治理、大气污染控制、固体废弃物处理与处置、土壤污染修复等相关技术知识。在实习安排上，采取“参观型”和“准员工型”相结合的实习方式。一些基地的实习采用参观的形式，以扩大的学生的知识面为主，使学生更广泛和更直观地了解各种类型污染的治理技术和实际工程应用，特别是为学生在未来针对各类污染源的治理工程项目中进行工艺方案设计时提供一些参照。一些实习基地的实习采用“准员工”的实践形式，学生在某工业生产企业进行1～2周的集中实习，在实习中可以从企业安全生产、产品生产工艺、物料平衡、产污环节分析及源强计算、清洁生产与污染控制工程措施、污染治理的工艺流程、污染治理设施的功能结构及设计参数、环保设备的选型、管道设计及布局、污染治理设施及辅助建筑物等的空间布局、污染治理设施与设备的运行及调控等全方位理解和应用环境工程设计的相关原理和基础知识，深入体会实现一个完整的环境工程项目方案设计所需要的思维方式、思维过程和相关知识储备，为未来工作中解决各种复杂环境工程问题奠定基础。（2）实习中加强知识引导，减少实习中的盲目性。在毕业实习开始前，各实习指导教师需先深入实习基地，对即将进行的实习过程与企业进行全方位的对接和资料收集，编制完整的实习指导材料供学生预习和参考，减少实习中的盲目性。同时，加强对学生实习过程的引导。一是做好实习动员，和学生明确实习的重点和面向环境工程设计的问题导向，结合环境工程设计说明书内容编制要求拟定实习报告书的书写内容和格式，以引导学生加深对环境工程设计方案编制过程的理解，以提高学生实习的针对性。二是实习指导教师加强对学生实习过程中的引导，督促学生做好预习和准备，并通过布置作业的形式让学生带着问题去实习，增强学生参与实习的积极性，避免走马观花式的实习形式，提高实习效果。三是在学生实习总结汇报以及实习成绩评定等方面指导教师要引导学生侧重对实习过程中与环境工程设计相关问题的理解与思考。

此外，针对毕业实习环节，学院建立了完善的信息反馈机制，一是外部信息反馈，学院与实习基地单位保持密切的交流和沟通，建立了教学质量外部信息反馈和评价机制，就学生实习实践效果及存在的问题进行交流，并用于指导实习过程的持续改进;二是内部信息反馈，是通过学生的实习表现、实习报告和实习总结汇报等综合成绩以及实习后的学生座谈和问卷调查等形式，理清实习中好的方面以及存在的问题，并根据这些问题在下一次的实习中进行持续改进。

（三）毕业设计

毕业设计是实践性教学最后一个环节，是从理论学习向工程实践过渡的重要环节，也是完整的再现和强化环境工程设计能力培养的关键环节。毕业设计除了考查学生文献查阅能力、语言表达能力、独立学习能力等以外，更重要的是考查学生的环境问题分析、工程方案设计、工艺计算及图纸绘制等环境工程设计能力，也即综合评价学生应用专业所学基本理论知识，分析和解决复杂环境工程问题的能力。为了避免出现闭门造车、不能联系工程和生产实际的问题，结合以往毕业设计说明书和图纸的质量，学校一直在积极采取措施促进学生毕业设计环节与实际的生产相结合，并进行教学过程的持续改进，主要包括以下几个方面：（1）积极支持青年教师积累工程实践经验，如鼓励青年教师多参与学生的实习实践环节，多参与企业环境治理等相关横向课题，以及邀请来自市政设计院的工程师到校开展工程设计方面的讲座、培训等。（2）积极鼓励教师与各行业生产管理第一线的工程技术人员联合指导学生的毕业设计。通过校企联合指导课题，增强课题的实际应用价值，为学生提供良好的工程环境。学生在完成毕业设计的过程中，可以随时请教企业中经验丰富的技术人员，学到许多课堂上学不到的、学校教师也无法传授的一些实践经验。（3）在校内教师指导的基础上，邀请有经验的工程师参与毕业设计的过程检查和毕業设计答辩环节，从多角度对学生的工程设计过程进行查缺补漏，确保整个环境工程设计过程的完整性和设计内容的准确性。经过近几年的努力和持续改进，我校环境工程专业本科生的毕业设计质量有了明显的提升。

四、结语

环境工程设计能力的培养是一个系统化和循序渐进的工作。本文在分析当前环境工程专业学生工程设计能力培养存在的问题的基础上，加强实践教学改革，提高教学过程的直观化效果，从而促进了学生环境工程设计能力的提升。

参考文献

[1]马金莲，赵南南，邬容伟，等.环境工程设计基础课程教学改革探讨[J].江西化工，2017（6）：16-18.

[2]李颖，张胜楠.基于解决复杂工程问题的人才培养研究[J].教育教学论坛，2018（22）：3-4.

[3]雷庆，王敏.从课程视角看工程设计能力培养[J].高等工程教育研究，2011（5）：152-156.