改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)促進(jìn)環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生工程設(shè)計能力培養(yǎng)

施萬勝 謝利娟 繆恒鋒 鄧蕓 阮文權(quán)

[摘 要] 工程設(shè)計能力培養(yǎng)是環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)的核心任務(wù)之一。通過分析學(xué)生工程設(shè)計能力培養(yǎng)中存在的問題，從加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)入手，探討了促進(jìn)學(xué)生工程設(shè)計能力提升的實(shí)踐教學(xué)改革方法以及持續(xù)改進(jìn)措施。

[關(guān)鍵詞] 環(huán)境工程;工程設(shè)計;實(shí)踐教學(xué)

[基金項(xiàng)目] 江南大學(xué)本科教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（JG2017077）

[作者簡介] 施萬勝（1980—），男，博士，江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)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(xiàn)標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）29-0282-03 ? ?[收稿日期] 2019-10-08

一、環(huán)境工程設(shè)計能力的培養(yǎng)與評價

近年來，我國的環(huán)境工程專業(yè)教育為我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展培養(yǎng)了大批專業(yè)工程技術(shù)人才，為我國環(huán)境管理、污染治理、環(huán)保產(chǎn)業(yè)、環(huán)境教育的發(fā)展以及實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明建設(shè)起到了重要的支撐。隨著世界經(jīng)濟(jì)、科技的快速發(fā)展變化，社會對環(huán)境工程專業(yè)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(yǎng)的學(xué)生具備解決復(fù)雜環(huán)境工程問題的能力。因此，在當(dāng)前形勢下，在環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)中，均強(qiáng)調(diào)以解決復(fù)雜環(huán)境工程問題的能力培養(yǎng)作為環(huán)境工程專業(yè)教育的最主要任務(wù)[2]。其中一個核心的方面是培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力，這是一名合格的環(huán)境工程師應(yīng)具備的重要能力之一，也是當(dāng)前工程教育的核心目標(biāo)。在我國加入《華盛頓協(xié)議》后的工程教育專業(yè)認(rèn)證體系中，針對環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的12項(xiàng)畢業(yè)要求，其中多項(xiàng)要求與培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境工程設(shè)計能力有關(guān)。

所謂的工程設(shè)計是工程師在現(xiàn)實(shí)約束條件下為具體問題提供切實(shí)可行的、可操作的解決方案[3]。結(jié)合我國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中培養(yǎng)能力要求，環(huán)境工程本科專業(yè)學(xué)生的環(huán)境工程設(shè)計能力，應(yīng)該是學(xué)生具備利用各種基礎(chǔ)和專業(yè)知識對環(huán)境問題的識別能力;能利用制圖、計算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代工具表達(dá)和描述環(huán)境問題的能力;能綜合應(yīng)用不同的科學(xué)技術(shù)知識針對復(fù)雜環(huán)境工程問題提出解決方案的能力，并能體現(xiàn)出一定的創(chuàng)造力;能在安全、環(huán)境、法律、文化、社會以及健康等現(xiàn)實(shí)約束條件下對工程設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化求解的能力;環(huán)境工程項(xiàng)目涉及的管理與經(jīng)濟(jì)決策能力;設(shè)計過程中的團(tuán)隊(duì)合作、溝通的能力等。這些工程設(shè)計能力的培養(yǎng)貫穿環(huán)境工程專業(yè)課程教學(xué)始終，是通過學(xué)習(xí)各門課程來達(dá)到的。這些課程成為一個體系，包括數(shù)理基礎(chǔ)課程，經(jīng)濟(jì)、管理及人文社會科學(xué)等支撐課程，專業(yè)基礎(chǔ)課程，專業(yè)核心課程，專業(yè)實(shí)踐課程等。通過這些課程的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)支撐環(huán)境工程設(shè)計相應(yīng)的各項(xiàng)能力要求的達(dá)成。

二、環(huán)境工程設(shè)計能力培養(yǎng)過程中存在的問題分析

工程設(shè)計能力的培養(yǎng)最終是通過學(xué)習(xí)各門課程來達(dá)成，而這些課程內(nèi)容及知識會經(jīng)歷各知識點(diǎn)和知識塊—實(shí)驗(yàn)及實(shí)習(xí)驗(yàn)證—課程設(shè)計—畢業(yè)設(shè)計的過程積累，經(jīng)過不斷地培養(yǎng)和訓(xùn)練，使學(xué)生工程設(shè)計能力得到提高。其中，課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)不僅培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力，而且其結(jié)果可以很直觀地用于反映學(xué)生工程設(shè)計的能力積累與提升的情況。其評價結(jié)果或?qū)W生最終的表現(xiàn)就是畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量，具體來講，主要表現(xiàn)在設(shè)計說明書中學(xué)生對于相關(guān)環(huán)境問題的識別、分析描述的準(zhǔn)確性，所提出解決方案的可行性，在結(jié)合安全、環(huán)境、法律、文化、社會以及健康等現(xiàn)實(shí)約束條件下思考所提工程方案的合理性，在工程方案設(shè)計中所體現(xiàn)出來的管理與經(jīng)濟(jì)決策過程;和設(shè)計圖紙的完整性、規(guī)范性和準(zhǔn)確性等。當(dāng)然，更長遠(yuǎn)或更準(zhǔn)確的評價應(yīng)該是在學(xué)生進(jìn)入工作后的能力表現(xiàn)，以及5年以后的工作成就。

這里簡單地從學(xué)校教學(xué)評價結(jié)果來看，特別是從具體的畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量來看，目前比較突出的問題表現(xiàn)在以下幾方面：（1）環(huán)境問題的識別和描述。在畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)中，表現(xiàn)在學(xué)生對于所面對的環(huán)境問題，特別是產(chǎn)污環(huán)節(jié)、污染源的源強(qiáng)、污染物性質(zhì)及處理方法等方面的識別與分析不夠全面、準(zhǔn)確，導(dǎo)致后續(xù)工藝方案設(shè)計中出現(xiàn)偏差。（2）針對環(huán)境問題提出解決方案。在環(huán)境工程設(shè)計環(huán)節(jié)中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)一些學(xué)生會比較盲目，在工藝方案選擇與流程設(shè)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(gòu)筑物或建筑物的結(jié)構(gòu)圖與實(shí)際不相符。這些問題除了與教學(xué)過程中教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)不夠直觀和形象外，還因?yàn)槟壳碍h(huán)境工程設(shè)計相關(guān)課程教學(xué)中偏重理論知識和方法論的教學(xué)，案例較少，與工程實(shí)踐的結(jié)合有待加強(qiáng)。（3）工程設(shè)計的圖紙表達(dá)。圖紙是工程師的語言，是工程設(shè)計從方案文本走向?qū)嵨锏闹匾笇?dǎo)文件。目前在畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在圖紙繪制中存在一些問題，主要表現(xiàn)在圖紙的完整性、規(guī)范性和準(zhǔn)確性方面還存在進(jìn)一步提高的空間，特別是針對各單元設(shè)計細(xì)節(jié)中對構(gòu)筑物、建筑物、設(shè)備、管道等的結(jié)構(gòu)和空間布局表達(dá)不清晰、不準(zhǔn)確或者不完整的情況。這需要我們在教學(xué)中更直觀化地呈現(xiàn)環(huán)境工程實(shí)踐現(xiàn)場，以加強(qiáng)學(xué)生對這些實(shí)物的認(rèn)知。

三、環(huán)境工程設(shè)計能力培養(yǎng)過程的持續(xù)改進(jìn)

針對環(huán)境專業(yè)學(xué)生在工程設(shè)計中表現(xiàn)出來的一些問題，當(dāng)前最重要的著力點(diǎn)在于如何有效地實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程的直觀化，幫助學(xué)生在大腦里構(gòu)建比較清晰的工程實(shí)物內(nèi)容，而最直接的是加強(qiáng)集中實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，讓學(xué)生在實(shí)踐中領(lǐng)會所學(xué)知識，并逐漸提升對所學(xué)知識的應(yīng)用能力，這主要包括以下幾個方面。

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是強(qiáng)化學(xué)生對專業(yè)知識進(jìn)行直觀化認(rèn)知的重要過程之一。在環(huán)境工程專業(yè)各實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一般均開展驗(yàn)證性、設(shè)計性和綜合性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)知識的理解和應(yīng)用能力。同時，為了強(qiáng)化學(xué)生對污染治理相關(guān)設(shè)施的認(rèn)知，學(xué)校購置了大量的各種環(huán)境污染治理相關(guān)設(shè)施、設(shè)備及組合工藝流程的模擬系統(tǒng)，建設(shè)了餐廚垃圾處理中試生產(chǎn)線。通過這些模擬系統(tǒng)和中試生產(chǎn)線的參觀學(xué)習(xí)，讓學(xué)生非常直觀地了解各污染治理設(shè)施、設(shè)備的原理、功能及結(jié)構(gòu)布局，為構(gòu)筑物設(shè)計及繪圖奠定基礎(chǔ);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(chǎn)線的參觀學(xué)習(xí)，學(xué)生可以更直觀地理解各污染介質(zhì)和污染物在各工藝過程中流動、轉(zhuǎn)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(shè)計提供思路和借鑒。

（二）實(shí)習(xí)教學(xué)

實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)是學(xué)生將專業(yè)所學(xué)理論知識與實(shí)踐相結(jié)合的重要途徑。環(huán)境工程專業(yè)實(shí)習(xí)包括認(rèn)識實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)三個環(huán)節(jié)，是學(xué)生對環(huán)境問題及相關(guān)治理技術(shù)等環(huán)境工程相關(guān)專業(yè)知識從認(rèn)知與體會，到印證與體驗(yàn)，再到應(yīng)用與深化的學(xué)習(xí)過程，通過這些過程，在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷培養(yǎng)學(xué)生掌握分析及解決復(fù)雜環(huán)境工程問題的能力，并為最終進(jìn)行環(huán)境工程設(shè)計奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。目前，我校環(huán)境工程專業(yè)三個實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)分別安排了2周、6周和5周的實(shí)習(xí)時間，分別在第4學(xué)期、第6學(xué)期期末和第7學(xué)期期末開展。在國家工程教育認(rèn)證和不斷提高培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜環(huán)境工程能力要求的大背景下，我校環(huán)境工程專業(yè)積極探索提升實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)教學(xué)效果的方法并進(jìn)行不斷的持續(xù)改進(jìn)。以畢業(yè)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)為例，近幾年來，專業(yè)不斷強(qiáng)化了本科實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)的教學(xué)工作，將畢業(yè)實(shí)習(xí)時間由過去的2周增加到5周，并根據(jù)教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量評價過程的信息反饋，不斷對教學(xué)過程進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）強(qiáng)化實(shí)習(xí)準(zhǔn)備和實(shí)習(xí)安排。針對學(xué)生實(shí)習(xí)要求，建立了更加完善的實(shí)習(xí)基地，所涉及的實(shí)習(xí)內(nèi)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(fù)等相關(guān)技術(shù)知識。在實(shí)習(xí)安排上，采取“參觀型”和“準(zhǔn)員工型”相結(jié)合的實(shí)習(xí)方式。一些基地的實(shí)習(xí)采用參觀的形式，以擴(kuò)大的學(xué)生的知識面為主，使學(xué)生更廣泛和更直觀地了解各種類型污染的治理技術(shù)和實(shí)際工程應(yīng)用，特別是為學(xué)生在未來針對各類污染源的治理工程項(xiàng)目中進(jìn)行工藝方案設(shè)計時提供一些參照。一些實(shí)習(xí)基地的實(shí)習(xí)采用“準(zhǔn)員工”的實(shí)踐形式，學(xué)生在某工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行1～2周的集中實(shí)習(xí)，在實(shí)習(xí)中可以從企業(yè)安全生產(chǎn)、產(chǎn)品生產(chǎn)工藝、物料平衡、產(chǎn)污環(huán)節(jié)分析及源強(qiáng)計算、清潔生產(chǎn)與污染控制工程措施、污染治理的工藝流程、污染治理設(shè)施的功能結(jié)構(gòu)及設(shè)計參數(shù)、環(huán)保設(shè)備的選型、管道設(shè)計及布局、污染治理設(shè)施及輔助建筑物等的空間布局、污染治理設(shè)施與設(shè)備的運(yùn)行及調(diào)控等全方位理解和應(yīng)用環(huán)境工程設(shè)計的相關(guān)原理和基礎(chǔ)知識，深入體會實(shí)現(xiàn)一個完整的環(huán)境工程項(xiàng)目方案設(shè)計所需要的思維方式、思維過程和相關(guān)知識儲備，為未來工作中解決各種復(fù)雜環(huán)境工程問題奠定基礎(chǔ)。（2）實(shí)習(xí)中加強(qiáng)知識引導(dǎo)，減少實(shí)習(xí)中的盲目性。在畢業(yè)實(shí)習(xí)開始前，各實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師需先深入實(shí)習(xí)基地，對即將進(jìn)行的實(shí)習(xí)過程與企業(yè)進(jìn)行全方位的對接和資料收集，編制完整的實(shí)習(xí)指導(dǎo)材料供學(xué)生預(yù)習(xí)和參考，減少實(shí)習(xí)中的盲目性。同時，加強(qiáng)對學(xué)生實(shí)習(xí)過程的引導(dǎo)。一是做好實(shí)習(xí)動員，和學(xué)生明確實(shí)習(xí)的重點(diǎn)和面向環(huán)境工程設(shè)計的問題導(dǎo)向，結(jié)合環(huán)境工程設(shè)計說明書內(nèi)容編制要求擬定實(shí)習(xí)報告書的書寫內(nèi)容和格式，以引導(dǎo)學(xué)生加深對環(huán)境工程設(shè)計方案編制過程的理解，以提高學(xué)生實(shí)習(xí)的針對性。二是實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師加強(qiáng)對學(xué)生實(shí)習(xí)過程中的引導(dǎo)，督促學(xué)生做好預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備，并通過布置作業(yè)的形式讓學(xué)生帶著問題去實(shí)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生參與實(shí)習(xí)的積極性，避免走馬觀花式的實(shí)習(xí)形式，提高實(shí)習(xí)效果。三是在學(xué)生實(shí)習(xí)總結(jié)匯報以及實(shí)習(xí)成績評定等方面指導(dǎo)教師要引導(dǎo)學(xué)生側(cè)重對實(shí)習(xí)過程中與環(huán)境工程設(shè)計相關(guān)問題的理解與思考。

此外，針對畢業(yè)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)院建立了完善的信息反饋機(jī)制，一是外部信息反饋，學(xué)院與實(shí)習(xí)基地單位保持密切的交流和溝通，建立了教學(xué)質(zhì)量外部信息反饋和評價機(jī)制，就學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)踐效果及存在的問題進(jìn)行交流，并用于指導(dǎo)實(shí)習(xí)過程的持續(xù)改進(jìn);二是內(nèi)部信息反饋，是通過學(xué)生的實(shí)習(xí)表現(xiàn)、實(shí)習(xí)報告和實(shí)習(xí)總結(jié)匯報等綜合成績以及實(shí)習(xí)后的學(xué)生座談和問卷調(diào)查等形式，理清實(shí)習(xí)中好的方面以及存在的問題，并根據(jù)這些問題在下一次的實(shí)習(xí)中進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

（三）畢業(yè)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計是實(shí)踐性教學(xué)最后一個環(huán)節(jié)，是從理論學(xué)習(xí)向工程實(shí)踐過渡的重要環(huán)節(jié)，也是完整的再現(xiàn)和強(qiáng)化環(huán)境工程設(shè)計能力培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。畢業(yè)設(shè)計除了考查學(xué)生文獻(xiàn)查閱能力、語言表達(dá)能力、獨(dú)立學(xué)習(xí)能力等以外，更重要的是考查學(xué)生的環(huán)境問題分析、工程方案設(shè)計、工藝計算及圖紙繪制等環(huán)境工程設(shè)計能力，也即綜合評價學(xué)生應(yīng)用專業(yè)所學(xué)基本理論知識，分析和解決復(fù)雜環(huán)境工程問題的能力。為了避免出現(xiàn)閉門造車、不能聯(lián)系工程和生產(chǎn)實(shí)際的問題，結(jié)合以往畢業(yè)設(shè)計說明書和圖紙的質(zhì)量，學(xué)校一直在積極采取措施促進(jìn)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)與實(shí)際的生產(chǎn)相結(jié)合，并進(jìn)行教學(xué)過程的持續(xù)改進(jìn)，主要包括以下幾個方面：（1）積極支持青年教師積累工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，如鼓勵青年教師多參與學(xué)生的實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)，多參與企業(yè)環(huán)境治理等相關(guān)橫向課題，以及邀請來自市政設(shè)計院的工程師到校開展工程設(shè)計方面的講座、培訓(xùn)等。（2）積極鼓勵教師與各行業(yè)生產(chǎn)管理第一線的工程技術(shù)人員聯(lián)合指導(dǎo)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計。通過校企聯(lián)合指導(dǎo)課題，增強(qiáng)課題的實(shí)際應(yīng)用價值，為學(xué)生提供良好的工程環(huán)境。學(xué)生在完成畢業(yè)設(shè)計的過程中，可以隨時請教企業(yè)中經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員，學(xué)到許多課堂上學(xué)不到的、學(xué)校教師也無法傳授的一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。（3）在校內(nèi)教師指導(dǎo)的基礎(chǔ)上，邀請有經(jīng)驗(yàn)的工程師參與畢業(yè)設(shè)計的過程檢查和畢業(yè)設(shè)計答辯環(huán)節(jié)，從多角度對學(xué)生的工程設(shè)計過程進(jìn)行查缺補(bǔ)漏，確保整個環(huán)境工程設(shè)計過程的完整性和設(shè)計內(nèi)容的準(zhǔn)確性。經(jīng)過近幾年的努力和持續(xù)改進(jìn)，我校環(huán)境工程專業(yè)本科生的畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量有了明顯的提升。

四、結(jié)語

環(huán)境工程設(shè)計能力的培養(yǎng)是一個系統(tǒng)化和循序漸進(jìn)的工作。本文在分析當(dāng)前環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生工程設(shè)計能力培養(yǎng)存在的問題的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)改革，提高教學(xué)過程的直觀化效果，從而促進(jìn)了學(xué)生環(huán)境工程設(shè)計能力的提升。

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