以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主線的“環(huán)境工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)改革探索

［摘 要］ 針對(duì)現(xiàn)階段“環(huán)境工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)過(guò)程中的問(wèn)題，提出了以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主線的課程教學(xué)改革，在理論課授課過(guò)程中開(kāi)展同步工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練。從工程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)過(guò)程管理、考核和教學(xué)效果評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了全面介紹，同時(shí)也對(duì)改革過(guò)程中的不足提出了改進(jìn)建議。通過(guò)教學(xué)過(guò)程中的同步工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練，獲得了良好的改革效果。

［關(guān)鍵詞］ 環(huán)境工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；教學(xué)改革；同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)；內(nèi)容安排；考核方式

［基金項(xiàng)目］ 2021年度湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目“基于項(xiàng)目設(shè)計(jì)理念的‘環(huán)境工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)’課程教學(xué)改革研究”（HNJG-2021-0440）；2020年度湘潭大學(xué)第十一批教改項(xiàng)目“基于成果導(dǎo)向理念的‘環(huán)境工程學(xué)’實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究”

［作者簡(jiǎn)介］ 田凱勛（1973—），男，湖南益陽(yáng)人，工學(xué)博士，湘潭大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院教授，主要從事水污染控制研究；張俊豐（1976—），男，吉林長(zhǎng)春人，工學(xué)博士，湘潭大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院教授，主要從事固體廢物資源化研究；黃 妍（1975—），女，湖南津市人，工學(xué)博士，湘潭大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院教授，主要從事大氣污染控制研究。

［中圖分類(lèi)號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）14-0057-04 ［收稿日期］ 2023-03-01

“環(huán)境工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是環(huán)境類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)主干課程，課程系統(tǒng)介紹環(huán)境工程設(shè)計(jì)的基本知識(shí)及有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境工程設(shè)計(jì)程序和要求、工藝方案選擇與工藝流程設(shè)計(jì)、物料衡算與能量衡算、工藝流程中構(gòu)（建）筑物單體設(shè)計(jì)與設(shè)備選型、工藝設(shè)備布置與管道布置設(shè)計(jì)、安全生產(chǎn)與非工藝專(zhuān)業(yè)配套要求、工程投資概算等內(nèi)容。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生建立工程設(shè)計(jì)概念，能夠應(yīng)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)方法分析及解決復(fù)雜環(huán)境工程問(wèn)題，為開(kāi)展環(huán)境工程設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。對(duì)于該課程來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)必不可少，特別是大量的推演過(guò)程及計(jì)算訓(xùn)練尤為重要。因此針對(duì)此課程，課組一直采用理論授課為主的教學(xué)模式，目的是使學(xué)生在課堂上掌握環(huán)境工程設(shè)計(jì)相關(guān)的基本知識(shí)。

然而，在教學(xué)過(guò)程中，課組也發(fā)現(xiàn)明顯的問(wèn)題。學(xué)生對(duì)于工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)大多停留在被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，講授的知識(shí)點(diǎn)也大多采用機(jī)械方式記憶，在隨后的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，相關(guān)教師反映學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)存在概念不清、范圍不明，甚至于無(wú)從下手的情況。課組針對(duì)以上問(wèn)題多次與學(xué)生溝通，學(xué)生也感覺(jué)所學(xué)概念和原理較枯燥，也不知所學(xué)的知識(shí)如何運(yùn)用。對(duì)于實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，完全用理論課的授課方法會(huì)存在較多問(wèn)題，教學(xué)方法亟須改革。

關(guān)于工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類(lèi)課程的教學(xué)改革，近年來(lái)也有很多高校和課組進(jìn)行了嘗試。李柏林等［1］分析了目前“環(huán)境工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題，提出了合理改革和豐富教學(xué)內(nèi)容、采用研究型教學(xué)及案例分析教學(xué)等方法，培養(yǎng)學(xué)生多方位思維能力等教學(xué)改革的具體措施。馬金蓮等［2］通過(guò)對(duì)各高校教師在“環(huán)境工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程實(shí)際教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析總結(jié)，從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式及考核方式等方面推動(dòng)課程改革，使之有利于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，滿足社會(huì)對(duì)環(huán)境工程設(shè)計(jì)應(yīng)用型人才的需求。王春花等［3］對(duì)化工設(shè)計(jì)課程教學(xué)中普遍存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析和總結(jié)，有針對(duì)性地提出了增加工程實(shí)例、增加設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)、邀請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)專(zhuān)家進(jìn)課堂、開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和仿真實(shí)訓(xùn)課程等改革措施，以期提高教學(xué)效果和學(xué)生實(shí)踐能力。葉飛等［4］在新工科與工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證背景下，對(duì)化工設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過(guò)程和考核方式進(jìn)行了教學(xué)改革，探索了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課賽融合、應(yīng)用現(xiàn)代軟件工具等改革措施，取得了良好的教學(xué)效果。也有部分學(xué)者從“環(huán)境工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程具體章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行了小范圍的改革探索，也取得了較好的教學(xué)效果［5］。以上教學(xué)改革的成果，都可以在“環(huán)境工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的后續(xù)教學(xué)過(guò)程中進(jìn)一步落實(shí)并發(fā)揮作用。

近年來(lái)，采取以項(xiàng)目為案例進(jìn)行教改的研究也開(kāi)始起步。張媛媛［6］針對(duì)目前教學(xué)方式存在的一些問(wèn)題，提出教學(xué)改革的方法，在原有理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加實(shí)際工程項(xiàng)目案例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。秦曉海［7］針對(duì)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)的“環(huán)境工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程特點(diǎn)及教學(xué)中存在的難點(diǎn)，從教學(xué)視角、具體教學(xué)方法等方面進(jìn)行探索，從融合形象思維與邏輯思維的角度出發(fā)，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，采用案例分析與項(xiàng)目探究法的復(fù)合型教學(xué)方法，改進(jìn)“環(huán)境工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)方法，提高了課程的教學(xué)效果。以上研究成果為以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的教學(xué)改革提供了一定的思路，但由于研究?jī)?nèi)容相對(duì)分散，系統(tǒng)性不強(qiáng)，仍然有很多方面值得深入研究。

本文以“環(huán)境工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中開(kāi)展的同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主線的教學(xué)改革為基礎(chǔ)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式、效果等方面進(jìn)行了詳細(xì)介紹，同時(shí)，針對(duì)教學(xué)改革執(zhí)行過(guò)程中的不足提出了建議。本文提出的以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為理念的教學(xué)改革思路，希望對(duì)環(huán)境類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革起到一定的參考作用，對(duì)于其他工科專(zhuān)業(yè)工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類(lèi)課程的教學(xué)具有一定的借鑒作用。

一、課程同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)作業(yè)內(nèi)容構(gòu)建

要取得較好的同步訓(xùn)練效果，分配給學(xué)生訓(xùn)練的工程項(xiàng)目是否合適是關(guān)鍵。同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練的內(nèi)容應(yīng)涵蓋環(huán)境工程設(shè)計(jì)的主要教學(xué)內(nèi)容，包括水、氣等核心課程；設(shè)計(jì)范圍應(yīng)明確，便于學(xué)生根據(jù)教學(xué)進(jìn)度自主完成；題目大小應(yīng)符合實(shí)際，學(xué)生能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)基本完成。根據(jù)以上原則，經(jīng)課組教師出題后討論，確定了某鍋爐脫硫工程設(shè)計(jì)、某鍋爐脫硝工程設(shè)計(jì)、某市城市生活污水處理廠設(shè)計(jì)、某工業(yè)園電鍍廢水工程設(shè)計(jì)等幾個(gè)同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)題目，供學(xué)生分組選擇。

同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練作業(yè)也對(duì)各部分的內(nèi)容提出了初步要求，如設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)部分要求完成同步項(xiàng)目的設(shè)計(jì)依據(jù)，包括參照的法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、政策等依據(jù)；工藝流程部分要求根據(jù)工藝流程選擇的原則，比較國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀，確定采用的工藝流程；物料平衡部分要求根據(jù)提供的工程參數(shù)，完成相應(yīng)的物料平衡計(jì)算和能量平衡計(jì)算；設(shè)備選型部分要求根據(jù)設(shè)備選型的原則，完成工程主體構(gòu)筑物參數(shù)設(shè)計(jì)和設(shè)備的選型；車(chē)間布置部分要求根據(jù)設(shè)備布置的原則，完成工程主體構(gòu)筑物和設(shè)備的平面布置與立面布置；管道布置部分要求根據(jù)管道布置的原則，完成主要物流管道布置；非工藝設(shè)計(jì)部分要求完成給排水、防火、自動(dòng)化控制等工程非工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容；工程概算部分要求完成主體工程的概（預(yù)）算，進(jìn)行工程的運(yùn)行成本估算，并對(duì)工程的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行分析。

二、同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程管理

過(guò)程管理是同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)執(zhí)行好壞的關(guān)鍵，也是本次教學(xué)改革能否取得預(yù)期效果的關(guān)鍵。本課組在第一次課上將同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練教學(xué)改革的目的、方式、考核方式和在期評(píng)成績(jī)中的權(quán)重等向?qū)W生進(jìn)行了宣講，使學(xué)生了解本次改革的重要性，并能在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中認(rèn)真對(duì)待。第一次課后即將學(xué)生以班級(jí)為單位進(jìn)行了分組，每班4～6組，每組推選組長(zhǎng)1人，負(fù)責(zé)項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練過(guò)程中人員任務(wù)安排、上下溝通、作業(yè)提交等工作。課組利用學(xué)?，F(xiàn)有在線教學(xué)平臺(tái)，在每章課程結(jié)束后發(fā)布本章同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練要求達(dá)到的具體要求、完成內(nèi)容，以作業(yè)形式由組長(zhǎng)提交（如圖1）。

三、同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)考核

與課程改革相配套，必須改變?cè)械钠綍r(shí)作業(yè)+理論考試的加權(quán)期評(píng)的考核方式，才能體現(xiàn)學(xué)生同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)的勞動(dòng)付出。經(jīng)課組商議，擬將同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練的權(quán)重增加到期評(píng)成績(jī)的40%，平時(shí)作業(yè)成績(jī)占期評(píng)成績(jī)的權(quán)重由20%減少到10%。同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練的成績(jī)由每章同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練作業(yè)和項(xiàng)目答辯兩部分組成。同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練作業(yè)由在線教學(xué)平臺(tái)提交后給出每部分的成績(jī)。項(xiàng)目答辯采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，每組由1名學(xué)生為主匯報(bào)人，匯報(bào)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的最終成果。由所有任課教師組成考核小組，對(duì)學(xué)生的匯報(bào)進(jìn)行提問(wèn)和評(píng)價(jià)。不同組的學(xué)生可以互相提問(wèn)和回答，同一項(xiàng)目組的學(xué)生可以回答教師及學(xué)生的提問(wèn)。課組教師根據(jù)每章同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)作業(yè)完成情況和答辯情況綜合評(píng)定同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)部分的分?jǐn)?shù)。

四、總體效果

通過(guò)在“環(huán)境工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練，改變了以前將工程設(shè)計(jì)知識(shí)“滿堂灌”，而學(xué)生到實(shí)際應(yīng)用時(shí)“一臉懵”的狀況。學(xué)生在同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，從項(xiàng)目選題到設(shè)計(jì)依據(jù)、工藝流程、設(shè)備選型、設(shè)備布置、管道布置、非工藝設(shè)計(jì)、項(xiàng)目概（預(yù)）算等進(jìn)行了全過(guò)程的初步訓(xùn)練。同時(shí)，通過(guò)從項(xiàng)目選題到項(xiàng)目設(shè)計(jì)、分組討論、項(xiàng)目匯報(bào)、其他組項(xiàng)目的聆聽(tīng)與提問(wèn)，相當(dāng)于經(jīng)歷了從項(xiàng)目投標(biāo)師到項(xiàng)目工程師、項(xiàng)目設(shè)計(jì)師、項(xiàng)目經(jīng)理、項(xiàng)目實(shí)施方、項(xiàng)目評(píng)審專(zhuān)家等多角色的轉(zhuǎn)換。

學(xué)生對(duì)本次教學(xué)改革的評(píng)價(jià)較好，認(rèn)為通過(guò)同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練，使其在學(xué)習(xí)書(shū)本知識(shí)的同時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)和圖書(shū)資料拓展了知識(shí)面，了解了工程設(shè)計(jì)過(guò)程中很多的參數(shù)、計(jì)算公式等不止來(lái)源于專(zhuān)業(yè)課，還來(lái)自手冊(cè)和文獻(xiàn)資料；對(duì)工程設(shè)計(jì)文件的編制規(guī)范、工程設(shè)計(jì)的深度等有了初步的認(rèn)識(shí)，而不僅停留在理論層面；通過(guò)組內(nèi)分工合作，認(rèn)識(shí)到了項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性。

院教學(xué)督導(dǎo)團(tuán)成員在認(rèn)真聽(tīng)取學(xué)生匯報(bào)項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果后，也對(duì)改革的內(nèi)容、形式和成效給予了高度的認(rèn)可，建議在全院其他專(zhuān)業(yè)進(jìn)行推廣。

五、不足和建議

本次在環(huán)境工程和環(huán)境科學(xué)專(zhuān)業(yè)中進(jìn)行的同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練為第一次嘗試，在取得成績(jī)的同時(shí)，課組教師也發(fā)現(xiàn)了執(zhí)行過(guò)程中的一些問(wèn)題和不足：（1）部分項(xiàng)目設(shè)計(jì)的題目太大，在學(xué)生還有較多專(zhuān)業(yè)課程的情況下，要完成全部設(shè)計(jì)內(nèi)容存在較大的難度，時(shí)間和精力沖突的問(wèn)題較突出，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的深度不夠。如有些工藝流程較長(zhǎng)，構(gòu)筑物、設(shè)備多，構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、概（預(yù)）算等環(huán)節(jié)工作量大，學(xué)生難以按要求完成。（2）部分章節(jié)給出的設(shè)計(jì)要求不夠詳細(xì)、明確，導(dǎo)致學(xué)生在設(shè)計(jì)時(shí)方向錯(cuò)誤，疑問(wèn)也較多。由于學(xué)生都是第一次接觸設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容不清楚，有些組設(shè)計(jì)太粗略，達(dá)不到預(yù)期改革效果；而有些組的學(xué)生在細(xì)節(jié)上花費(fèi)了太多精力，導(dǎo)致整體完成不理想。（3）學(xué)生匯報(bào)時(shí)重點(diǎn)不夠突出，無(wú)法針對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行匯報(bào)，導(dǎo)致有些小組匯報(bào)超時(shí)。（4）學(xué)生的代入感有待增強(qiáng)，不能完全體會(huì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)全過(guò)程中不同角色的定位。

針對(duì)這些問(wèn)題，教學(xué)改革課組與學(xué)生、院教學(xué)督導(dǎo)團(tuán)進(jìn)行了充分的討論，廣泛聽(tīng)取建議，擬在以后的項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練中進(jìn)行優(yōu)化。（1）在項(xiàng)目?jī)?nèi)容安排上，進(jìn)一步細(xì)化項(xiàng)目條件，進(jìn)一步明確各章訓(xùn)練要求。如煙氣中氮氧化物處理工程項(xiàng)目需要進(jìn)一步明確煙氣溫度、氧含量等參數(shù)，并明確要求學(xué)生在設(shè)計(jì)中確定催化劑設(shè)計(jì)內(nèi)容（催化劑類(lèi)型、體積、層數(shù)、安裝方式等）及還原劑設(shè)計(jì)（還原劑類(lèi)型、投加量、計(jì)量方式、投加設(shè)備等）。對(duì)于工藝流程較長(zhǎng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，只需要學(xué)生針對(duì)1～2個(gè)核心工序進(jìn)行構(gòu)筑物尺寸、概（預(yù)）算和運(yùn)行成本分析，也只對(duì)1～2臺(tái)主體設(shè)備進(jìn)行選型。一方面讓學(xué)生能集中精力做深，達(dá)到初步設(shè)計(jì)的深度；另一方面可以平衡不同項(xiàng)目設(shè)計(jì)之間的難度。（2）在正式匯報(bào)前需要對(duì)學(xué)生擬匯報(bào)的PPT提前進(jìn)行指導(dǎo)。部分學(xué)生對(duì)PPT要展現(xiàn)的重點(diǎn)內(nèi)容不清楚，對(duì)觀眾最想從匯報(bào)里面獲取的信息沒(méi)有概念。通過(guò)指導(dǎo)，可以讓學(xué)生在匯報(bào)時(shí)較快進(jìn)入主題。（3）在訓(xùn)練過(guò)程中強(qiáng)調(diào)不同角色的重要性。在不同階段有意識(shí)提醒學(xué)生在這個(gè)環(huán)節(jié)中可以以哪些角色出現(xiàn)，不同角色的關(guān)注點(diǎn)在哪里，可以讓學(xué)生更多地體會(huì)設(shè)計(jì)的不同層次。

通過(guò)本次在環(huán)境工程設(shè)計(jì)課程中設(shè)置同步項(xiàng)目設(shè)計(jì)訓(xùn)練，改變學(xué)生被動(dòng)接受的方式，學(xué)生獲取知識(shí)的主動(dòng)性明顯增加，對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)知識(shí)的獲取途徑、項(xiàng)目設(shè)計(jì)的范圍和深度等有了更高的認(rèn)識(shí)，教學(xué)改革取得了較好的效果。對(duì)改革過(guò)程中的不足，也提出了很好的建議，為以后的改革提供了更明確的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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Teaching Reform Exploration of the Basics of Environmental Engineering Design with Project Design as the Main Line

TIAN Kai-xun， ZHANG Jun-feng， HUANG Yan， SHEN Jian

（College of Environment and Resources， Xiangtan University， Xiangtan， Hunan 411105， China）

Abstract： In view of the problems in the teaching process of Environmental Engineering Design Basics at the present， the teaching reform with project design as the main line was proposed to carry out synchronous engineering design training during theoretical courses. This article has made a comprehensive introduction from the aspects of content design， teaching process management， assessment， and teaching effect evaluation， and also put forward suggestions for improvement in the reform process. Through synchronous engineering design training in the teaching process， it has achieved good reform effects.

Key words： Basics of Environmental Engineering Design; teaching reform; synchronous project design; content arrangement; assessment method