专业认证背景下设计类课程项目式教学实践——以环境工程专业“污水管道工程”课程为例

张 婷，贾小宁，谢 刚，赵 霞，周智芳

（兰州理工大学 石油化工学院，甘肃 兰州 730050）

一、概述

工程教育是我国高等教育的重要组成部分，对工程教育进行专业认证是国际通行的工程教育质量的保障，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础，其核心是要确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求，是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。

根据工程教育专业认证的要求和本校环境工程专业人才的培养要求，围绕区域经济发展和环境保护，环境工程专业培养德智体美劳全面发展的社会主义事业合格建设者和可靠接班人，培养具有可持续发展和生态文明理念，具备废水、废气、固体废物及物理性污染防治和环境规划、资源保护等方面的知识、能力和素质，能够在政府部门、科研机构、设计单位、环保相关单位或工矿企业从事环境工程领域相关工作的高级专门人才。培养的学生在毕业五年左右应具有以下能力：（1）能够践行社会主义核心价值观，具有良好的人文素养、社会责任感和职业道德；具备团队协作精神、沟通交流和工程项目管理能力；（2）具备数学、自然科学、工程学的基础知识，掌握环境工程专业知识与技能，能够胜任环境工程设计、评价与规划、研究与开发、工程运营与管理等方面工作；（3）能够不断学习新知识，跟踪环境工程学科前沿，运用现代技术研究与开发污染治理新工艺、新技术和新设备；（4）具有可持续发展理念，具备国际视野和跨文化交流能力，能够通过自主和终身学习适应职业发展的要求。

项目式教学法（PBL）是一种以学生为中心的面向真实问题解决的国际教学方式，具有以项目为主线、以教师为引导、以学生为主体的特点，改变了以往被动的教学模式，创造了学生主动参与、自主协作、探索创新的新型教学模式。针对这个目标，一些工程设计类的课程可采用项目式教学的方法，在基本理论的基础上建立一个立体的知识体系并引导学生解决问题。“污水管道工程”课程是高等学校环境工程专业的学科专业主干课，主要介绍污水沟道系统，雨水沟道系统和排水泵站的规划设计以及施工等内容。该课程是一门设计型的课程，非常适合采用项目式教学。

二、污水管道工程课程的项目式教学设计

（一）设计理念

根据工程教育专业认证的要求，为培养具有污水处理设计能力的学生，让学生能够针对环境污染问题提出自己的设计方案并进行设计和绘图，我们提出了设计型课程的项目式学习的3C1D理念，3C是Comprehend（知识理解），Case-study（案例学习）和Conceive（项目构思），1D是Design（方案设计），指的是在项目式学习过程中学生先通过教师讲解对基本知识有一个全面的理解，然后通过案例学习了解项目设计的方法和步骤，再根据教师给定的项目进行设计方案的构思，最后根据构思好的方案进行设计和计算并绘制图纸。3C1D模式注重学生学习的自主性和实践性，强调课程的整体化、系列化、全面化和有机化。

（二）总体设计

“污水管道工程”课程进行项目式设计的依据是该门课程的教学大纲，该课程的主要内容包括排水管渠系统，排水管渠水力计算，污水管道系统的设计，城镇雨水管渠的设计，排水泵站的设计，排水管渠施工、管理和养护，城镇排水工程的规划等。根据环境工程专业认证的要求，污水管道工程课程应达到一个课程教学目标，即通过该课程的学习，学生能够系统地学习污水管道系统和雨水管道系统的设计计算、排水泵站的设计计算、排水管渠施工等内容，能够进行对各类废水进行妥善的收集和处理，设计完善的排水管网系统，使污水能够顺利地排入污水处理厂。

“污水管道工程”课程的3C1D模式分解如图1所示。总的知识体系分为六大部分，包括排水沟道系统的体制，排水沟道系统上的构筑物，污水沟道系统设计，雨水沟道系统设计，排水泵站设计，排水管道施工与维护。在学生理解这些知识的基础上，给学生一些简单的项目案例进行学习，如污水沟道设计案例，雨水沟道设计案例，排水泵站设计案例等。学生在学习这些案例的同时，会思考某个案例用到了哪些学过的知识，并将学过的知识体系进行重新排列组合，这是将课本知识应用于实际能力培养的第一步。将雨污水排水沟道设计和泵站设计等简单案例进行有机整合，便形成了“城镇排水工程规划”完整的复杂案例。在案例学习的基础上，给学生一些比较接近实际的设计题目，让学生根据所学知识和案例进行项目构思、项目设计，并进行相应的图纸绘制。通过3C1D模式的应用，学生不仅学习了相关设计理念和知识，也能将所学知识应用到实际的设计项目中，如在课程设计和毕业设计中加入相应的内容进行强化训练，学生便能熟练掌握该种类型的设计，在毕业后的工作实践中也能够针对实际的城镇排水问题提出自己的设计方案并进行设计和图纸绘制。

图1 “污水管道工程”课程的3C1D模式分解图

（三）项目设计

根据课程内容设计的项目一览表如表1所示。

表1 污水管道工程项目设计一览表

从课程的项目设计一览表中可以看出，整个课程可以按照三个项目来进行设计，每个项目又可以分成若干个模块，每一个模块对应不同的教学内容，分配相应的学时。通过项目设计可将各章之间的内容紧密联系起来，便于学生对各章知识的掌握，达到融会贯通的目的，且在掌握知识的同时将所学知识应用于环境工程复杂问题的解决。

（四）项目式教学的实施

我们以“污水排水管网设计”项目中的“模块3：污水沟道系统的设计”为例来说明项目式教学的实施过程，这个模块的教学目的是让学生能在选择好排水体制以及完成排水工程规划的基础上进行污水管道的设计。教学过程可以分为三个阶段：项目引入阶段、项目实施阶段和项目总结阶段。

在项目引入阶段，为了引起同学们的兴趣，教师讲授与人们生活息息相关的水的使用和排放，例如家庭用水设备及排放废水中污染物的种类，居民区生活污水的产生，排放和收集等，学生在这一阶段的主要活动是聆听，如果碰到他们感兴趣的话题可以进行适当的讨论。

在项目实施阶段，教师正式进入主题，先介绍污水设计流量的确定方法，例如公式法、调查法等；然后介绍污水管道系统的平面布置，包括排水区界的确定，排水流域的划分，污水厂和出水口位置的选择，污水管道系统路线的拟定以及泵站的设置等；再讲解水力学设计方法，由于这部分内容比较重要，需要进行详细解析，这里可以引入一个案例，在讲解案例的过程中让学生循序渐进地掌握设计方法。最后就是实践阶段：给学生一个实际的设计题目，让学生根据所学知识进行完整的设计，可以让学生分组讨论后确定设计方案，教师可以在旁边指导，并给予意见和建议。

在项目总结阶段，每组学生根据所给的题目和要求进行汇报答辩，讲述设计过程及结果，教师和其他学生认真聆听，给出意见或提出问题，最后教师根据汇报答辩情况给出成绩。

（五）项目式教学的教学效果评价

教学效果评价是对学生综合学习效果的评估和量化，采用一种新的教学模式时更要对教学效果进行跟踪和评估，以确定该种教学模式的可行性以及相对于传统模式的优越性。同时也可以从中发现项目式教学活动中存在的问题，为项目式教学方法、项目设计等方面的改进提供参考依据。本研究以教师评价及日常行为记录两种评价方式相结合，对学生的项目完成情况与学习效果进行评价。

教师评价主要是针对学生对每一个模块的掌握程度给予相应的评估。仍然以“污水排水管网设计”项目中的“模块3：污水沟道系统的设计”为例，我们设计了几个学生应该掌握的技能作为教师评价的评判标准，例如是否会计算街坊面积，是否会计算设计流量，是否会确定设计参数，是否会查水力学算图，是否会进行水力设计等，根据学生的项目式作业给出相应的评判结果和分数。

结语

在工程教育专业认证的大背景下，为培养具有解决复杂环境问题的毕业生，针对环境工程专业设计型课程进行教学改革，开展多种资源辅助下的项目式教学是具有一定的现实意义的。本研究针对设计类课程的项目式学习提出了全新的3C1D理念，注重学生学习的自主性和实践性，强调课程的整体化、系列化、全面化和有机化。在项目式教学中融入3C1D理念，让学生在掌握基础知识的前提下学会自主探究，有利于激发学生的学习兴趣，提高学生的研究能力，培养学生的创新思维，加深对基础理论的理解，实现知识的迁移，为OBE理念下的人才培养打下良好基础。