以项目设计为主线的“环境工程设计基础”教学改革探索

［摘 要］ 针对现阶段“环境工程设计基础”课程教学过程中的问题，提出了以项目设计为主线的课程教学改革，在理论课授课过程中开展同步工程设计训练。从工程设计内容设计、教学过程管理、考核和教学效果评价等方面进行了全面介绍，同时也对改革过程中的不足提出了改进建议。通过教学过程中的同步工程设计训练，获得了良好的改革效果。

［关键词］ 环境工程设计基础；教学改革；同步项目设计；内容安排；考核方式

［基金项目］ 2021年度湖南省普通高等学校教学改革研究项目“基于项目设计理念的‘环境工程设计基础’课程教学改革研究”（HNJG-2021-0440）；2020年度湘潭大学第十一批教改项目“基于成果导向理念的‘环境工程学’实验教学改革研究”

［作者简介］ 田凯勋（1973—），男，湖南益阳人，工学博士，湘潭大学环境与资源学院教授，主要从事水污染控制研究；张俊丰（1976—），男，吉林长春人，工学博士，湘潭大学环境与资源学院教授，主要从事固体废物资源化研究；黄 妍（1975—），女，湖南津市人，工学博士，湘潭大学环境与资源学院教授，主要从事大气污染控制研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）14-0057-04 ［收稿日期］ 2023-03-01

“环境工程设计基础”是环境类专业的一门专业主干课程，课程系统介绍环境工程设计的基本知识及有关设计规范和标准、环境工程设计程序和要求、工艺方案选择与工艺流程设计、物料衡算与能量衡算、工艺流程中构（建）筑物单体设计与设备选型、工艺设备布置与管道布置设计、安全生产与非工艺专业配套要求、工程投资概算等内容。通过本课程学习，使学生建立工程设计概念，能够应用专业知识和设计方法分析及解决复杂环境工程问题，为开展环境工程设计奠定基础。对于该课程来说，传统的课堂教学必不可少，特别是大量的推演过程及计算训练尤为重要。因此针对此课程，课组一直采用理论授课为主的教学模式，目的是使学生在课堂上掌握环境工程设计相关的基本知识。

然而，在教学过程中，课组也发现明显的问题。学生对于工程设计的基础知识大多停留在被动学习状态，讲授的知识点也大多采用机械方式记忆，在随后的课程设计和毕业设计环节中，相关教师反映学生对工程设计存在概念不清、范围不明，甚至于无从下手的情况。课组针对以上问题多次与学生沟通，学生也感觉所学概念和原理较枯燥，也不知所学的知识如何运用。对于实践性较强的课程，完全用理论课的授课方法会存在较多问题，教学方法亟须改革。

关于工程设计基础类课程的教学改革，近年来也有很多高校和课组进行了尝试。李柏林等［1］分析了目前“环境工程设计基础”教学过程中存在的主要问题，提出了合理改革和丰富教学内容、采用研究型教学及案例分析教学等方法，培养学生多方位思维能力等教学改革的具体措施。马金莲等［2］通过对各高校教师在“环境工程设计基础”课程实际教学过程中发现的问题进行分析总结，从教学方法、教学内容、教学形式及考核方式等方面推动课程改革，使之有利于学生综合能力的培养，满足社会对环境工程设计应用型人才的需求。王春花等［3］对化工设计课程教学中普遍存在的问题进行了分析和总结，有针对性地提出了增加工程实例、增加设计实训、邀请设计专家进课堂、开设计算机辅助设计和仿真实训课程等改革措施，以期提高教学效果和学生实践能力。叶飞等［4］在新工科与工程教育专业认证背景下，对化工设计课程的教学内容、教学过程和考核方式进行了教学改革，探索了虚拟仿真实验教学、课赛融合、应用现代软件工具等改革措施，取得了良好的教学效果。也有部分学者从“环境工程设计基础”课程具体章节的教学内容上进行了小范围的改革探索，也取得了较好的教学效果［5］。以上教学改革的成果，都可以在“环境工程设计基础”的后续教学过程中进一步落实并发挥作用。

近年来，采取以项目为案例进行教改的研究也开始起步。张媛媛［6］针对目前教学方式存在的一些问题，提出教学改革的方法，在原有理论教学的基础上，增加实际工程项目案例，激发学生学习兴趣，提高教学效果。秦晓海［7］针对环境工程专业的“环境工程设计基础”课程特点及教学中存在的难点，从教学视角、具体教学方法等方面进行探索，从融合形象思维与逻辑思维的角度出发，运用现代信息技术手段，采用案例分析与项目探究法的复合型教学方法，改进“环境工程设计基础”课程教学方法，提高了课程的教学效果。以上研究成果为以项目设计为基础的教学改革提供了一定的思路，但由于研究内容相对分散，系统性不强，仍然有很多方面值得深入研究。

本文以“环境工程设计基础”课程中开展的同步项目设计为主线的教学改革为基础，从教学内容、教学方法、考核方式、效果等方面进行了详细介绍，同时，针对教学改革执行过程中的不足提出了建议。本文提出的以项目设计为理念的教学改革思路，希望对环境类专业教学改革起到一定的参考作用，对于其他工科专业工程设计基础类课程的教学具有一定的借鉴作用。

一、课程同步项目设计作业内容构建

要取得较好的同步训练效果，分配给学生训练的工程项目是否合适是关键。同步项目设计训练的内容应涵盖环境工程设计的主要教学内容，包括水、气等核心课程；设计范围应明确，便于学生根据教学进度自主完成；题目大小应符合实际，学生能在规定时间内基本完成。根据以上原则，经课组教师出题后讨论，确定了某锅炉脱硫工程设计、某锅炉脱硝工程设计、某市城市生活污水处理厂设计、某工业园电镀废水工程设计等几个同步项目设计题目，供学生分组选择。

同步项目设计训练作业也对各部分的内容提出了初步要求，如设计规范和标准部分要求完成同步项目的设计依据，包括参照的法律法规、标准、政策等依据；工艺流程部分要求根据工艺流程选择的原则，比较国内外技术现状，确定采用的工艺流程；物料平衡部分要求根据提供的工程参数，完成相应的物料平衡计算和能量平衡计算；设备选型部分要求根据设备选型的原则，完成工程主体构筑物参数设计和设备的选型；车间布置部分要求根据设备布置的原则，完成工程主体构筑物和设备的平面布置与立面布置；管道布置部分要求根据管道布置的原则，完成主要物流管道布置；非工艺设计部分要求完成给排水、防火、自动化控制等工程非工艺设计内容；工程概算部分要求完成主体工程的概（预）算，进行工程的运行成本估算，并对工程的环境效益、经济效益等进行分析。

二、同步项目设计过程管理

过程管理是同步项目设计执行好坏的关键，也是本次教学改革能否取得预期效果的关键。本课组在第一次课上将同步项目设计训练教学改革的目的、方式、考核方式和在期评成绩中的权重等向学生进行了宣讲，使学生了解本次改革的重要性，并能在项目执行过程中认真对待。第一次课后即将学生以班级为单位进行了分组，每班4～6组，每组推选组长1人，负责项目设计训练过程中人员任务安排、上下沟通、作业提交等工作。课组利用学校现有在线教学平台，在每章课程结束后发布本章同步项目设计训练要求达到的具体要求、完成内容，以作业形式由组长提交（如图1）。

三、同步项目设计考核

与课程改革相配套，必须改变原有的平时作业+理论考试的加权期评的考核方式，才能体现学生同步项目设计的劳动付出。经课组商议，拟将同步项目设计训练的权重增加到期评成绩的40%，平时作业成绩占期评成绩的权重由20%减少到10%。同步项目设计训练的成绩由每章同步项目设计训练作业和项目答辩两部分组成。同步项目设计训练作业由在线教学平台提交后给出每部分的成绩。项目答辩采用翻转课堂的形式，每组由1名学生为主汇报人，汇报整个设计过程的最终成果。由所有任课教师组成考核小组，对学生的汇报进行提问和评价。不同组的学生可以互相提问和回答，同一项目组的学生可以回答教师及学生的提问。课组教师根据每章同步项目设计作业完成情况和答辩情况综合评定同步项目设计部分的分数。

四、总体效果

通过在“环境工程设计基础”教学过程中进行同步项目设计训练，改变了以前将工程设计知识“满堂灌”，而学生到实际应用时“一脸懵”的状况。学生在同步项目设计过程中，从项目选题到设计依据、工艺流程、设备选型、设备布置、管道布置、非工艺设计、项目概（预）算等进行了全过程的初步训练。同时，通过从项目选题到项目设计、分组讨论、项目汇报、其他组项目的聆听与提问，相当于经历了从项目投标师到项目工程师、项目设计师、项目经理、项目实施方、项目评审专家等多角色的转换。

学生对本次教学改革的评价较好，认为通过同步项目设计训练，使其在学习书本知识的同时，利用网络和图书资料拓展了知识面，了解了工程设计过程中很多的参数、计算公式等不止来源于专业课，还来自手册和文献资料；对工程设计文件的编制规范、工程设计的深度等有了初步的认识，而不仅停留在理论层面；通过组内分工合作，认识到了项目设计过程中团队协作的重要性。

院教学督导团成员在认真听取学生汇报项目设计成果后，也对改革的内容、形式和成效给予了高度的认可，建议在全院其他专业进行推广。

五、不足和建议

本次在环境工程和环境科学专业中进行的同步项目设计训练为第一次尝试，在取得成绩的同时，课组教师也发现了执行过程中的一些问题和不足：（1）部分项目设计的题目太大，在学生还有较多专业课程的情况下，要完成全部设计内容存在较大的难度，时间和精力冲突的问题较突出，导致设计的深度不够。如有些工艺流程较长，构筑物、设备多，构筑物的设计、设备选型、概（预）算等环节工作量大，学生难以按要求完成。（2）部分章节给出的设计要求不够详细、明确，导致学生在设计时方向错误，疑问也较多。由于学生都是第一次接触设计，对设计内容不清楚，有些组设计太粗略，达不到预期改革效果；而有些组的学生在细节上花费了太多精力，导致整体完成不理想。（3）学生汇报时重点不够突出，无法针对设计成果进行汇报，导致有些小组汇报超时。（4）学生的代入感有待增强，不能完全体会项目设计全过程中不同角色的定位。

针对这些问题，教学改革课组与学生、院教学督导团进行了充分的讨论，广泛听取建议，拟在以后的项目设计训练中进行优化。（1）在项目内容安排上，进一步细化项目条件，进一步明确各章训练要求。如烟气中氮氧化物处理工程项目需要进一步明确烟气温度、氧含量等参数，并明确要求学生在设计中确定催化剂设计内容（催化剂类型、体积、层数、安装方式等）及还原剂设计（还原剂类型、投加量、计量方式、投加设备等）。对于工艺流程较长的项目设计，只需要学生针对1～2个核心工序进行构筑物尺寸、概（预）算和运行成本分析，也只对1～2台主体设备进行选型。一方面让学生能集中精力做深，达到初步设计的深度；另一方面可以平衡不同项目设计之间的难度。（2）在正式汇报前需要对学生拟汇报的PPT提前进行指导。部分学生对PPT要展现的重点内容不清楚，对观众最想从汇报里面获取的信息没有概念。通过指导，可以让学生在汇报时较快进入主题。（3）在训练过程中强调不同角色的重要性。在不同阶段有意识提醒学生在这个环节中可以以哪些角色出现，不同角色的关注点在哪里，可以让学生更多地体会设计的不同层次。

通过本次在环境工程设计课程中设置同步项目设计训练，改变学生被动接受的方式，学生获取知识的主动性明显增加，对项目设计知识的获取途径、项目设计的范围和深度等有了更高的认识，教学改革取得了较好的效果。对改革过程中的不足，也提出了很好的建议，为以后的改革提供了更明确的目标。

参考文献

［1］李柏林，夭开芳，李晔，等.环境工程设计基础课程教学现状及改革探索［J］.西部素质教育，2017，3（14）：135-136.

［2］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.

［3］王春花.新工科背景下化工设计课程教学改革探索［J］.化工高等教育，2019，36（4）：57-59+100.

［4］叶飞，孙明.新工科与工程教育专业认证背景下化工设计课程教学改革［J］.广东化工，2019，46（7）：229-230.

［5］吴莉娜，孔惠.环境工程设计与概预算教学改革探讨［J］.中国现代教育装备，2016（5）：55-57.

［6］张媛媛.高校环境工程设计基础课程教学改革方式研究［J］.大众科技，2014，16（3）：121-122.