以項目設計為主線的“環境工程設計基礎”教學改革探索

［摘 要］ 針對現階段“環境工程設計基礎”課程教學過程中的問題，提出了以項目設計為主線的課程教學改革，在理論課授課過程中開展同步工程設計訓練。從工程設計內容設計、教學過程管理、考核和教學效果評價等方面進行了全面介紹，同時也對改革過程中的不足提出了改進建議。通過教學過程中的同步工程設計訓練，獲得了良好的改革效果。

［關鍵詞］ 環境工程設計基礎；教學改革；同步項目設計；內容安排；考核方式

［基金項目］ 2021年度湖南省普通高等學校教學改革研究項目“基于項目設計理念的‘環境工程設計基礎’課程教學改革研究”（HNJG-2021-0440）；2020年度湘潭大學第十一批教改項目“基于成果導向理念的‘環境工程學’實驗教學改革研究”

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

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）14-0057-04 ［收稿日期］ 2023-03-01

“環境工程設計基礎”是環境類專業的一門專業主干課程，課程系統介紹環境工程設計的基本知識及有關設計規范和標準、環境工程設計程序和要求、工藝方案選擇與工藝流程設計、物料衡算與能量衡算、工藝流程中構（建）筑物單體設計與設備選型、工藝設備布置與管道布置設計、安全生產與非工藝專業配套要求、工程投資概算等內容。通過本課程學習，使學生建立工程設計概念，能夠應用專業知識和設計方法分析及解決復雜環境工程問題，為開展環境工程設計奠定基礎。對于該課程來說，傳統的課堂教學必不可少，特別是大量的推演過程及計算訓練尤為重要。因此針對此課程，課組一直采用理論授課為主的教學模式，目的是使學生在課堂上掌握環境工程設計相關的基本知識。

然而，在教學過程中，課組也發現明顯的問題。學生對于工程設計的基礎知識大多停留在被動學習狀態，講授的知識點也大多采用機械方式記憶，在隨后的課程設計和畢業設計環節中，相關教師反映學生對工程設計存在概念不清、范圍不明，甚至于無從下手的情況。課組針對以上問題多次與學生溝通，學生也感覺所學概念和原理較枯燥，也不知所學的知識如何運用。對于實踐性較強的課程，完全用理論課的授課方法會存在較多問題，教學方法亟須改革。

關于工程設計基礎類課程的教學改革，近年來也有很多高校和課組進行了嘗試。李柏林等［1］分析了目前“環境工程設計基礎”教學過程中存在的主要問題，提出了合理改革和豐富教學內容、采用研究型教學及案例分析教學等方法，培養學生多方位思維能力等教學改革的具體措施。馬金蓮等［2］通過對各高校教師在“環境工程設計基礎”課程實際教學過程中發現的問題進行分析總結，從教學方法、教學內容、教學形式及考核方式等方面推動課程改革，使之有利于學生綜合能力的培養，滿足社會對環境工程設計應用型人才的需求。王春花等［3］對化工設計課程教學中普遍存在的問題進行了分析和總結，有針對性地提出了增加工程實例、增加設計實訓、邀請設計專家進課堂、開設計算機輔助設計和仿真實訓課程等改革措施，以期提高教學效果和學生實踐能力。葉飛等［4］在新工科與工程教育專業認證背景下，對化工設計課程的教學內容、教學過程和考核方式進行了教學改革，探索了虛擬仿真實驗教學、課賽融合、應用現代軟件工具等改革措施，取得了良好的教學效果。也有部分學者從“環境工程設計基礎”課程具體章節的教學內容上進行了小范圍的改革探索，也取得了較好的教學效果［5］。以上教學改革的成果，都可以在“環境工程設計基礎”的后續教學過程中進一步落實并發揮作用。

近年來，采取以項目為案例進行教改的研究也開始起步。張媛媛［6］針對目前教學方式存在的一些問題，提出教學改革的方法，在原有理論教學的基礎上，增加實際工程項目案例，激發學生學習興趣，提高教學效果。秦曉海［7］針對環境工程專業的“環境工程設計基礎”課程特點及教學中存在的難點，從教學視角、具體教學方法等方面進行探索，從融合形象思維與邏輯思維的角度出發，運用現代信息技術手段，采用案例分析與項目探究法的復合型教學方法，改進“環境工程設計基礎”課程教學方法，提高了課程的教學效果。以上研究成果為以項目設計為基礎的教學改革提供了一定的思路，但由于研究內容相對分散，系統性不強，仍然有很多方面值得深入研究。

本文以“環境工程設計基礎”課程中開展的同步項目設計為主線的教學改革為基礎，從教學內容、教學方法、考核方式、效果等方面進行了詳細介紹，同時，針對教學改革執行過程中的不足提出了建議。本文提出的以項目設計為理念的教學改革思路，希望對環境類專業教學改革起到一定的參考作用，對于其他工科專業工程設計基礎類課程的教學具有一定的借鑒作用。

一、課程同步項目設計作業內容構建

要取得較好的同步訓練效果，分配給學生訓練的工程項目是否合適是關鍵。同步項目設計訓練的內容應涵蓋環境工程設計的主要教學內容，包括水、氣等核心課程；設計范圍應明確，便于學生根據教學進度自主完成；題目大小應符合實際，學生能在規定時間內基本完成。根據以上原則，經課組教師出題后討論，確定了某鍋爐脫硫工程設計、某鍋爐脫硝工程設計、某市城市生活污水處理廠設計、某工業園電鍍廢水工程設計等幾個同步項目設計題目，供學生分組選擇。

同步項目設計訓練作業也對各部分的內容提出了初步要求，如設計規范和標準部分要求完成同步項目的設計依據，包括參照的法律法規、標準、政策等依據；工藝流程部分要求根據工藝流程選擇的原則，比較國內外技術現狀，確定采用的工藝流程；物料平衡部分要求根據提供的工程參數，完成相應的物料平衡計算和能量平衡計算；設備選型部分要求根據設備選型的原則，完成工程主體構筑物參數設計和設備的選型；車間布置部分要求根據設備布置的原則，完成工程主體構筑物和設備的平面布置與立面布置；管道布置部分要求根據管道布置的原則，完成主要物流管道布置；非工藝設計部分要求完成給排水、防火、自動化控制等工程非工藝設計內容；工程概算部分要求完成主體工程的概（預）算，進行工程的運行成本估算，并對工程的環境效益、經濟效益等進行分析。

二、同步項目設計過程管理

過程管理是同步項目設計執行好壞的關鍵，也是本次教學改革能否取得預期效果的關鍵。本課組在第一次課上將同步項目設計訓練教學改革的目的、方式、考核方式和在期評成績中的權重等向學生進行了宣講，使學生了解本次改革的重要性，并能在項目執行過程中認真對待。第一次課后即將學生以班級為單位進行了分組，每班4～6組，每組推選組長1人，負責項目設計訓練過程中人員任務安排、上下溝通、作業提交等工作。課組利用學校現有在線教學平臺，在每章課程結束后發布本章同步項目設計訓練要求達到的具體要求、完成內容，以作業形式由組長提交（如圖1）。

三、同步項目設計考核

與課程改革相配套，必須改變原有的平時作業+理論考試的加權期評的考核方式，才能體現學生同步項目設計的勞動付出。經課組商議，擬將同步項目設計訓練的權重增加到期評成績的40%，平時作業成績占期評成績的權重由20%減少到10%。同步項目設計訓練的成績由每章同步項目設計訓練作業和項目答辯兩部分組成。同步項目設計訓練作業由在線教學平臺提交后給出每部分的成績。項目答辯采用翻轉課堂的形式，每組由1名學生為主匯報人，匯報整個設計過程的最終成果。由所有任課教師組成考核小組，對學生的匯報進行提問和評價。不同組的學生可以互相提問和回答，同一項目組的學生可以回答教師及學生的提問。課組教師根據每章同步項目設計作業完成情況和答辯情況綜合評定同步項目設計部分的分數。

四、總體效果

通過在“環境工程設計基礎”教學過程中進行同步項目設計訓練，改變了以前將工程設計知識“滿堂灌”，而學生到實際應用時“一臉懵”的狀況。學生在同步項目設計過程中，從項目選題到設計依據、工藝流程、設備選型、設備布置、管道布置、非工藝設計、項目概（預）算等進行了全過程的初步訓練。同時，通過從項目選題到項目設計、分組討論、項目匯報、其他組項目的聆聽與提問，相當于經歷了從項目投標師到項目工程師、項目設計師、項目經理、項目實施方、項目評審專家等多角色的轉換。

學生對本次教學改革的評價較好，認為通過同步項目設計訓練，使其在學習書本知識的同時，利用網絡和圖書資料拓展了知識面，了解了工程設計過程中很多的參數、計算公式等不止來源于專業課，還來自手冊和文獻資料；對工程設計文件的編制規范、工程設計的深度等有了初步的認識，而不僅停留在理論層面；通過組內分工合作，認識到了項目設計過程中團隊協作的重要性。

院教學督導團成員在認真聽取學生匯報項目設計成果后，也對改革的內容、形式和成效給予了高度的認可，建議在全院其他專業進行推廣。

五、不足和建議

本次在環境工程和環境科學專業中進行的同步項目設計訓練為第一次嘗試，在取得成績的同時，課組教師也發現了執行過程中的一些問題和不足：（1）部分項目設計的題目太大，在學生還有較多專業課程的情況下，要完成全部設計內容存在較大的難度，時間和精力沖突的問題較突出，導致設計的深度不夠。如有些工藝流程較長，構筑物、設備多，構筑物的設計、設備選型、概（預）算等環節工作量大，學生難以按要求完成。（2）部分章節給出的設計要求不夠詳細、明確，導致學生在設計時方向錯誤，疑問也較多。由于學生都是第一次接觸設計，對設計內容不清楚，有些組設計太粗略，達不到預期改革效果；而有些組的學生在細節上花費了太多精力，導致整體完成不理想。（3）學生匯報時重點不夠突出，無法針對設計成果進行匯報，導致有些小組匯報超時。（4）學生的代入感有待增強，不能完全體會項目設計全過程中不同角色的定位。

針對這些問題，教學改革課組與學生、院教學督導團進行了充分的討論，廣泛聽取建議，擬在以后的項目設計訓練中進行優化。（1）在項目內容安排上，進一步細化項目條件，進一步明確各章訓練要求。如煙氣中氮氧化物處理工程項目需要進一步明確煙氣溫度、氧含量等參數，并明確要求學生在設計中確定催化劑設計內容（催化劑類型、體積、層數、安裝方式等）及還原劑設計（還原劑類型、投加量、計量方式、投加設備等）。對于工藝流程較長的項目設計，只需要學生針對1～2個核心工序進行構筑物尺寸、概（預）算和運行成本分析，也只對1～2臺主體設備進行選型。一方面讓學生能集中精力做深，達到初步設計的深度；另一方面可以平衡不同項目設計之間的難度。（2）在正式匯報前需要對學生擬匯報的PPT提前進行指導。部分學生對PPT要展現的重點內容不清楚，對觀眾最想從匯報里面獲取的信息沒有概念。通過指導，可以讓學生在匯報時較快進入主題。（3）在訓練過程中強調不同角色的重要性。在不同階段有意識提醒學生在這個環節中可以以哪些角色出現，不同角色的關注點在哪里，可以讓學生更多地體會設計的不同層次。

通過本次在環境工程設計課程中設置同步項目設計訓練，改變學生被動接受的方式，學生獲取知識的主動性明顯增加，對項目設計知識的獲取途徑、項目設計的范圍和深度等有了更高的認識，教學改革取得了較好的效果。對改革過程中的不足，也提出了很好的建議，為以后的改革提供了更明確的目標。

參考文獻

［1］李柏林，夭開芳，李曄，等.環境工程設計基礎課程教學現狀及改革探索［J］.西部素質教育，2017，3（14）：135-136.

［2］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.

［3］王春花.新工科背景下化工設計課程教學改革探索［J］.化工高等教育，2019，36（4）：57-59+100.

［4］葉飛，孫明.新工科與工程教育專業認證背景下化工設計課程教學改革［J］.廣東化工，2019，46（7）：229-230.

［5］吳莉娜，孔惠.環境工程設計與概預算教學改革探討［J］.中國現代教育裝備，2016（5）：55-57.

［6］張媛媛.高校環境工程設計基礎課程教學改革方式研究［J］.大眾科技，2014，16（3）：121-122.

［7］秦曉海.環境工程設計基礎教學方法探討［J］.中國冶金教育，2012（5）：15-17.

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