“环境工程设计”课程教学改革的探索

包艳萍 李晓飞

佛山科学技术学院环境与化学工程学院 广东佛山 528000

目前,国家高度重视可持续发展,践行“绿水青山就是金山银山”的理念,大力发展环境保护事业。近年来随着我国环境工程高等教育事业的高速发展,对环境工程专业毕业生解决实际问题的能力,特别是工程设计的能力,提出了更高的要求,给高校人才培养带来了新的挑战[1]。

“环境工程设计”是环境工程专业学生必修的专业课程之一,其性质和目的为适应环境保护事业发展和社会对环境人才的迫切需求,满足社会对环境专业毕业生解决实际问题的能力,特别是工程设计的能力而开设的课程。“环境工程设计”是连接专业基础理论与工程应用的纽带,是建立工程思维、解决复杂环境工程问题的重要课程。该课程结合生态文明建设理念,系统讲授“环境工程设计”的关键要素,包括设计基础资料及前期工作、工艺流程设计、初步设计及施工图设计、环境工程技术经济分析等。“环境工程设计”一般以理论讲授和设计实践相结合的模式开展教学工作,但限于多方面的原因,设计相关的实践教学开展深度不够,而“环境工程设计”理论课程往往内容抽象,学生兴趣不高、学习意愿不强,导致整体教学效果出现欠佳的情况[2]。鉴于此,针对“环境工程设计”教学实践中面临的教学难题,教学改革势在必行。

1 “环境工程设计”课程的特点及教学目标

1.1 “环境工程设计”的特点

(1)交叉性、复杂性和多样性。“环境工程设计”是多学科理论和技术的交叉,其知识和理论体系不仅源于工程技术领域,还源于自然科学、社会科学领域。“环境工程设计”与给水排水工程、通风热力工程、建筑环境与设备工程、化学工艺与工程、能源工程等工程技术类学科密切相关,同时“环境工程设计”也与经济学和法学等社会科学学科密切联系。“环境工程设计”是以相关的法律法规为基础和要求开展的,同时必须重点考虑的是项目建设的技术经济问题,技术经济分析评价贯穿于设计全过程。

(2)创新性。随着社会经济的高速发展,环境问题日益严峻[3],传统环境工程技术已经逐渐不能满足新的环境保护的要求,因此必须发展新的技术,更新淘汰陈旧、低效设备,“环境工程设计”也将迎来新的挑战。

(3)经济性、社会性。“环境工程设计”既要充分考虑环境效益,同时也需要实现经济效益和社会效益的最大化,因此,“环境工程设计”是环境、经济和社会的结合。

1.2 “环境工程设计”课程的教学目标

“环境工程设计”课程是环境工程专业的一门专业课程,本课程注意与工程基础和专业技术类课程以及工程实践环节的衔接,主要介绍“环境工程设计”的基础知识、基本原则、设计程序、技术规范、污染物强度计算、环境工程工艺设计、环保设备选择与设计、初步设计的内容与文件编制、环境工程施工图设计、环境工程技术经济分析等知识(图1)。

图1 “环境工程设计”课程体系

该课程为理论教学,学时为32学时。教师通过讲授我国工程项目的法律法规,让学生了解环境工程项目从项目建议书、可行性研究报告、工程设计的基本方法,通过典型的工程案例、理论联系实际讲解完成工程项目的过程。希望学生通过本课程学习,能够掌握工程设计的基础知识、基本原则、设计程序等,并具备能够基本设计出满足特定需求的处理工艺流程的能力。同时还强调环境工程项目经济效益、环境效益和社会效益的学习,为学生今后从事“环境工程设计”工作打下基础。

2 “环境工程设计”课程教学现状及问题

从目前的教学效果来看,本课程存在以下问题。

2.1 课程设计不合理

“环境工程设计”具有交叉性、复杂性和多样性的特点,使得该课程的教学难度大。目前,我校环境科学专业32学时的“环境工程设计基础”均为理论课,没有安排相应的计算机图纸设计实践课,也没有安排课程设计等巩固提升训练,学生对环境工程项目设计的理解只停留在课本知识和理论上,没有经过实践锻炼,无法获得真正的提升。同时,大多数学生认为工程设计的理论、法规枯燥乏味。此外,我系虽然后续为学生安排了24个学时的“工程制图与计算机绘图”实训教学,但主要讲授的是CAD软件的使用,以及简单的构筑物图的绘制,并未涉及环境工程项目图纸绘制的完整流程,因此,学生在最后完成毕业设计的时候,容易出现理解混乱、实践操作经验不足,甚至图纸错误的情况。

2.2 学生学习动力不足

“环境工程设计”是工程应用性学科,要求学生具备相应的专业知识。但“环境工程设计”的教学多与其他相关学科课程的授课同步进行,如“水污染控制工程”“大气污染控制工程”“生态修复工程”等,学生消化吸收难度高。在课堂讨论上,学生参与热情不足;在完成课后作业上,学生重视度不高。同时,许多同学对该课程的价值认识不足,意识不到该课程对后续职业发展的重要性,学习欲望较低。此外,“纸上谈兵”式的教学模式无法唤起学生的学习热情,也无法达成以社会为导向的专业人才的培养目标。

2.3 教师队伍普遍缺乏应当具备的实际工程经验

目前,我系教师以研究型为主,尤其是近些年新引进的青年教师,大多数博士毕业后直接到高校任教,他们都是研究型人才,但却没有参与建设项目工程设计的实践经验,工程设计能力缺乏,“照本宣科”的教学方式即不能让学生很好地理解工程设计的具体过程,同时也无法提升学生的学习兴趣,难以达到良好的教学效果。

2.4 教材内容偏理论

我系环境工程专业学生使用的教材是陈杰瑢等主编的《环境工程设计基础》,该教材侧重于介绍“环境工程设计”的基本原则、设计的前期工作,工艺设计的选择与图纸绘制要求、环保设备设计基础等,对设备设计和工程投资、经济评价等也有相关的阐述,适用于理论教学。但对于工程项目设计的实际过程,该教材缺乏相应的案例介绍,学生的设计水平无法得到提升。

3 “环境工程设计”课程教学改革

“环境工程设计”的对象是对环境有影响的建设项目,主要指建成投产后,因排放废气、废水、废渣等污染物而一定会或可能会对环境带来污染的项目。“环境工程设计”不能片面地理解为初期设计任务,也不是单一的图纸设计,而是贯穿整个建设项目(图2)全过程的指导方针。因此,学校需从全局出发,全方位培养学生工程设计的能力,激发学生的学习热情,夯实教学效果,培育专业的环保人才。

图2 工程项目管理程序图[1]

3.1 注重学生实践操作能力的培养

增设“环境工程设计”上机课或课程设计,使学生获得一定的实践操作机会。同时要关注理论和实践的结合及平衡二者的重要性,可以有侧重,但一定要讲练结合,及时将理论转化为实践。从环境污染防治工程工艺流程设计、设备选型、构筑物设计与计算、车间厂房布置与设计、管道布置与设计等到图纸绘制,让学生全程参与并进行实操训练,让学生理解并掌握“环境工程设计”的原则、注意事项及设计要点。

3.2 激发学生学习动机及兴趣

学习动机是学习的内驱力,兴趣是学习最好的老师和最佳动机。因此,充分激发学生的学习热情、调动学生学习的积极性是保障教学效果的关键。“环境工程设计”常常因单调的教师课堂讲课的授课模式,以及学习内容的抽象性和学生认知的局限性,导致学生学习热情不高。“环境工程设计”课程的大部分时间用来介绍“环境工程设计”的基本原则、设计的前期工作、建设项目工程分析、工艺流程的设计、环保设备的设计等内容,为了让学生对“环境工程设计”有比较充分的理解,我们在讲授工艺流程设计时,以生活污水处理厂为例,从项目选址、工艺流程选择、进出水质参数的计算、管道布置与设计等方面进行阐述,让学生充分理解“环境工程设计”在实际工程中的应用。在教学中经常跟学生分享一些工程经验,如介绍工程项目建设过程中所涉及的工作单位及工作人员职责,甚至行业收入,让学生对“环境工程设计”行业有充分的认识,为学生制定个人职业规划、确定职业发展方向提供参考。同时可激发学生的学习热情,发挥学生的主观能动性,活跃课堂气氛,引导学生自主学习。

3.3 校企合作共建课程

校企合作共建课程是指高校与企业合作,共同开发、设计、实施和评估课程的一种教育模式。这种模式不仅可以提高学生的实践能力,还可以为企业提供更多的人才资源。针对我系教师工程背景欠缺、“环境工程设计”能力不足的问题,拟邀请企业具有环境工程项目设计经验的工程师进行共同授课,并参与指导课程设计、图纸绘制等实践教学工作。利用工程师丰富的工程项目设计经验,结合校内教师较强的理论基础,校企合作共建工程可达到良好的教学效果。

3.4 多版本教材融合教学

笔者在深入解读课标内容及环境工程学科核心素养内涵的基础上,将各版本教材的内容进行联系、对比、整合,立足学情,选择适合深度学习的详细而精确的学习内容,在陈杰瑢等主编的《环境工程设计基础》教材的基础上,笔者推荐学生学习陈家庆主编的《环保设备原理与设计》[4]、张统主编的《污水处理工程方案设计》[5]、王春荣主编的《水污染控制工程课程设计及毕业设计》[6]等,并在授课中缩减了《环境工程设计基础》教材中重点不突出的章节,增加了《污水处理工程方案设计》中的城市污水处理厂设计案例分析,并针对毕业设计工作开辟了毕业设计专题等教学内容,通过融合各版本教材内容,关注学生学习过程,促进学生深度学习。

3.5 增设相关专业课程

“环境工程设计”是多学科相关专业知识的交叉融合,理论知识面广而深。“环境工程设计”与其他多项工程技术领域密切相关,尤其是“给水排水工程”“通风热力工程”“建筑环境与设备工程”等,涉及大量计算,学生没有这方面的基础时学习“环境工程设计”消化吸收难度高。鉴于此,我系增开了一系列相关课程,包括“水力学水泵”“给水排水管道工程”“大气污染控制工程”“水污染控制工程”“固体废弃物处理处置”“环境工程案例”等课程,这些课程与“环境工程设计”相辅相成,为培育专业的环保人才创造了条件。

4 结论

“环境工程设计”课程在环境工程学科人才培养体系中占有举足轻重的地位,是培养学生工程思维和设计能力的重要教学环节,是学生顺利完成毕业设计的基础,也是学生毕业后参加工作迅速融入工作岗位并开展工程项目相关工作的重要前提。提高本课程的教学质量,必须要从课程的总体定位和教学目标着手,改革教学方法、提高教师的授课水平、完善教学内容并增设相关专业课程等,通过对课程的全面优化,激发学生的学习动力,提高教学效果,注重学生能力的培养,为社会输送环境工程专业人才。