改進實踐教學促進環境工程專業學生工程設計能力培養

施萬勝 謝利娟 繆恒鋒 鄧蕓 阮文權

[摘 要] 工程設計能力培養是環境工程專業教學的核心任務之一。通過分析學生工程設計能力培養中存在的問題，從加強實踐教學入手，探討了促進學生工程設計能力提升的實踐教學改革方法以及持續改進措施。

[關鍵詞] 環境工程;工程設計;實踐教學

[基金項目] 江南大學本科教育教學改革研究項目（JG2017077）

[作者簡介] 施萬勝（1980—），男，博士，江南大學環境與土木工程學院副教授，主要從事固體廢棄物處理與處置研究。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）29-0282-03 ? ?[收稿日期] 2019-10-08

一、環境工程設計能力的培養與評價

近年來，我國的環境工程專業教育為我國經濟社會的發展培養了大批專業工程技術人才，為我國環境管理、污染治理、環保產業、環境教育的發展以及實現生態文明建設起到了重要的支撐。隨著世界經濟、科技的快速發展變化，社會對環境工程專業人才能力的要求也越來越高[1]，其中一個最重要的方面是需要高校所培養的學生具備解決復雜環境工程問題的能力。因此，在當前形勢下，在環境工程專業人才培養中，均強調以解決復雜環境工程問題的能力培養作為環境工程專業教育的最主要任務[2]。其中一個核心的方面是培養學生的工程設計能力，這是一名合格的環境工程師應具備的重要能力之一，也是當前工程教育的核心目標。在我國加入《華盛頓協議》后的工程教育專業認證體系中，針對環境工程專業學生的12項畢業要求，其中多項要求與培養學生的環境工程設計能力有關。

所謂的工程設計是工程師在現實約束條件下為具體問題提供切實可行的、可操作的解決方案[3]。結合我國工程教育認證標準中培養能力要求，環境工程本科專業學生的環境工程設計能力，應該是學生具備利用各種基礎和專業知識對環境問題的識別能力;能利用制圖、計算機技術等現代工具表達和描述環境問題的能力;能綜合應用不同的科學技術知識針對復雜環境工程問題提出解決方案的能力，并能體現出一定的創造力;能在安全、環境、法律、文化、社會以及健康等現實約束條件下對工程設計方案進行優化求解的能力;環境工程項目涉及的管理與經濟決策能力;設計過程中的團隊合作、溝通的能力等。這些工程設計能力的培養貫穿環境工程專業課程教學始終，是通過學習各門課程來達到的。這些課程成為一個體系，包括數理基礎課程，經濟、管理及人文社會科學等支撐課程，專業基礎課程，專業核心課程，專業實踐課程等。通過這些課程的學習，實現支撐環境工程設計相應的各項能力要求的達成。

二、環境工程設計能力培養過程中存在的問題分析

工程設計能力的培養最終是通過學習各門課程來達成，而這些課程內容及知識會經歷各知識點和知識塊—實驗及實習驗證—課程設計—畢業設計的過程積累，經過不斷地培養和訓練，使學生工程設計能力得到提高。其中，課程設計和畢業設計環節不僅培養學生工程設計能力，而且其結果可以很直觀地用于反映學生工程設計的能力積累與提升的情況。其評價結果或學生最終的表現就是畢業設計的質量，具體來講，主要表現在設計說明書中學生對于相關環境問題的識別、分析描述的準確性，所提出解決方案的可行性，在結合安全、環境、法律、文化、社會以及健康等現實約束條件下思考所提工程方案的合理性，在工程方案設計中所體現出來的管理與經濟決策過程;和設計圖紙的完整性、規范性和準確性等。當然，更長遠或更準確的評價應該是在學生進入工作后的能力表現，以及5年以后的工作成就。

這里簡單地從學校教學評價結果來看，特別是從具體的畢業設計質量來看，目前比較突出的問題表現在以下幾方面：（1）環境問題的識別和描述。在畢業設計環節中，表現在學生對于所面對的環境問題，特別是產污環節、污染源的源強、污染物性質及處理方法等方面的識別與分析不夠全面、準確，導致后續工藝方案設計中出現偏差。（2）針對環境問題提出解決方案。在環境工程設計環節中，我們經常發現一些學生會比較盲目，在工藝方案選擇與流程設計中往往無從下手，或者在計算中直接生搬硬套，最后繪制出的構筑物或建筑物的結構圖與實際不相符。這些問題除了與教學過程中教學內容的呈現不夠直觀和形象外，還因為目前環境工程設計相關課程教學中偏重理論知識和方法論的教學，案例較少，與工程實踐的結合有待加強。（3）工程設計的圖紙表達。圖紙是工程師的語言，是工程設計從方案文本走向實物的重要指導文件。目前在畢業設計環節發現學生在圖紙繪制中存在一些問題，主要表現在圖紙的完整性、規范性和準確性方面還存在進一步提高的空間，特別是針對各單元設計細節中對構筑物、建筑物、設備、管道等的結構和空間布局表達不清晰、不準確或者不完整的情況。這需要我們在教學中更直觀化地呈現環境工程實踐現場，以加強學生對這些實物的認知。

三、環境工程設計能力培養過程的持續改進

針對環境專業學生在工程設計中表現出來的一些問題，當前最重要的著力點在于如何有效地實現教學過程的直觀化，幫助學生在大腦里構建比較清晰的工程實物內容，而最直接的是加強集中實踐環節的教學，讓學生在實踐中領會所學知識，并逐漸提升對所學知識的應用能力，這主要包括以下幾個方面。

（一）實驗教學

實驗教學是強化學生對專業知識進行直觀化認知的重要過程之一。在環境工程專業各實驗教學中一般均開展驗證性、設計性和綜合性實驗，培養學生對專業知識的理解和應用能力。同時，為了強化學生對污染治理相關設施的認知，學校購置了大量的各種環境污染治理相關設施、設備及組合工藝流程的模擬系統，建設了餐廚垃圾處理中試生產線。通過這些模擬系統和中試生產線的參觀學習，讓學生非常直觀地了解各污染治理設施、設備的原理、功能及結構布局，為構筑物設計及繪圖奠定基礎;同時，通過對污染物治理組合工藝流程和餐廚垃圾處理中試生產線的參觀學習，學生可以更直觀地理解各污染介質和污染物在各工藝過程中流動、轉化及去除行為，分析評價工藝流程安排的合理性，為污染治理工藝方案的選擇及設計提供思路和借鑒。

（二）實習教學

實習環節是學生將專業所學理論知識與實踐相結合的重要途徑。環境工程專業實習包括認識實習、生產實習和畢業實習三個環節，是學生對環境問題及相關治理技術等環境工程相關專業知識從認知與體會，到印證與體驗，再到應用與深化的學習過程，通過這些過程，在生產實踐中不斷培養學生掌握分析及解決復雜環境工程問題的能力，并為最終進行環境工程設計奠定堅實的基礎。目前，我校環境工程專業三個實習環節分別安排了2周、6周和5周的實習時間，分別在第4學期、第6學期期末和第7學期期末開展。在國家工程教育認證和不斷提高培養學生解決復雜環境工程能力要求的大背景下，我校環境工程專業積極探索提升實習環節教學效果的方法并進行不斷的持續改進。以畢業實習環節為例，近幾年來，專業不斷強化了本科實習環節的教學工作，將畢業實習時間由過去的2周增加到5周，并根據教學效果和教學質量評價過程的信息反饋，不斷對教學過程進行持續改進，主要表現在以下幾個方面：（1）強化實習準備和實習安排。針對學生實習要求，建立了更加完善的實習基地，所涉及的實習內容涵蓋了水污染治理、大氣污染控制、固體廢棄物處理與處置、土壤污染修復等相關技術知識。在實習安排上，采取“參觀型”和“準員工型”相結合的實習方式。一些基地的實習采用參觀的形式，以擴大的學生的知識面為主，使學生更廣泛和更直觀地了解各種類型污染的治理技術和實際工程應用，特別是為學生在未來針對各類污染源的治理工程項目中進行工藝方案設計時提供一些參照。一些實習基地的實習采用“準員工”的實踐形式，學生在某工業生產企業進行1～2周的集中實習，在實習中可以從企業安全生產、產品生產工藝、物料平衡、產污環節分析及源強計算、清潔生產與污染控制工程措施、污染治理的工藝流程、污染治理設施的功能結構及設計參數、環保設備的選型、管道設計及布局、污染治理設施及輔助建筑物等的空間布局、污染治理設施與設備的運行及調控等全方位理解和應用環境工程設計的相關原理和基礎知識，深入體會實現一個完整的環境工程項目方案設計所需要的思維方式、思維過程和相關知識儲備，為未來工作中解決各種復雜環境工程問題奠定基礎。（2）實習中加強知識引導，減少實習中的盲目性。在畢業實習開始前，各實習指導教師需先深入實習基地，對即將進行的實習過程與企業進行全方位的對接和資料收集，編制完整的實習指導材料供學生預習和參考，減少實習中的盲目性。同時，加強對學生實習過程的引導。一是做好實習動員，和學生明確實習的重點和面向環境工程設計的問題導向，結合環境工程設計說明書內容編制要求擬定實習報告書的書寫內容和格式，以引導學生加深對環境工程設計方案編制過程的理解，以提高學生實習的針對性。二是實習指導教師加強對學生實習過程中的引導，督促學生做好預習和準備，并通過布置作業的形式讓學生帶著問題去實習，增強學生參與實習的積極性，避免走馬觀花式的實習形式，提高實習效果。三是在學生實習總結匯報以及實習成績評定等方面指導教師要引導學生側重對實習過程中與環境工程設計相關問題的理解與思考。

此外，針對畢業實習環節，學院建立了完善的信息反饋機制，一是外部信息反饋，學院與實習基地單位保持密切的交流和溝通，建立了教學質量外部信息反饋和評價機制，就學生實習實踐效果及存在的問題進行交流，并用于指導實習過程的持續改進;二是內部信息反饋，是通過學生的實習表現、實習報告和實習總結匯報等綜合成績以及實習后的學生座談和問卷調查等形式，理清實習中好的方面以及存在的問題，并根據這些問題在下一次的實習中進行持續改進。

（三）畢業設計

畢業設計是實踐性教學最后一個環節，是從理論學習向工程實踐過渡的重要環節，也是完整的再現和強化環境工程設計能力培養的關鍵環節。畢業設計除了考查學生文獻查閱能力、語言表達能力、獨立學習能力等以外，更重要的是考查學生的環境問題分析、工程方案設計、工藝計算及圖紙繪制等環境工程設計能力，也即綜合評價學生應用專業所學基本理論知識，分析和解決復雜環境工程問題的能力。為了避免出現閉門造車、不能聯系工程和生產實際的問題，結合以往畢業設計說明書和圖紙的質量，學校一直在積極采取措施促進學生畢業設計環節與實際的生產相結合，并進行教學過程的持續改進，主要包括以下幾個方面：（1）積極支持青年教師積累工程實踐經驗，如鼓勵青年教師多參與學生的實習實踐環節，多參與企業環境治理等相關橫向課題，以及邀請來自市政設計院的工程師到校開展工程設計方面的講座、培訓等。（2）積極鼓勵教師與各行業生產管理第一線的工程技術人員聯合指導學生的畢業設計。通過校企聯合指導課題，增強課題的實際應用價值，為學生提供良好的工程環境。學生在完成畢業設計的過程中，可以隨時請教企業中經驗豐富的技術人員，學到許多課堂上學不到的、學校教師也無法傳授的一些實踐經驗。（3）在校內教師指導的基礎上，邀請有經驗的工程師參與畢業設計的過程檢查和畢業設計答辯環節，從多角度對學生的工程設計過程進行查缺補漏，確保整個環境工程設計過程的完整性和設計內容的準確性。經過近幾年的努力和持續改進，我校環境工程專業本科生的畢業設計質量有了明顯的提升。

四、結語

環境工程設計能力的培養是一個系統化和循序漸進的工作。本文在分析當前環境工程專業學生工程設計能力培養存在的問題的基礎上，加強實踐教學改革，提高教學過程的直觀化效果，從而促進了學生環境工程設計能力的提升。

參考文獻

[1]馬金蓮，趙南南，鄔容偉，等.環境工程設計基礎課程教學改革探討[J].江西化工，2017（6）：16-18.

[2]李穎，張勝楠.基于解決復雜工程問題的人才培養研究[J].教育教學論壇，2018（22）：3-4.

[3]雷慶，王敏.從課程視角看工程設計能力培養[J].高等工程教育研究，2011（5）：152-156.