新工科背景下基于OBE理念的环境工程专业毕业设计质量提升探索

摘要：本科毕业设计是系统提升学生工程设计能力和创新意识的重要载体。本文以宁波大学环境工程专业为例，基于新工科建设和工程教育专业认证对毕业设计的要求，着重分析了本科毕业设计的现状和存在问题，并从指导教师能力提升、选题、过程指导和答辩管理等方面提出了提高学生毕业设计质量的途径，进而提升环境工程专业学生创新性解决复杂环境工程问题的能力。

关键词：新工科；OBE理念；环境工程；本科毕业设计；质量提升

1概述

为培养具有国际竞争力的创新型应用技术人才，提升我国高等教育的国际竞争力，近年来许多高校纷纷根据工程教育认证标准重新修订人才培养方案并进行课程教学改革［13］。工程教育认证以产出为导向（OutcomebasedEducation，OBE），注重学生工程实践能力的培养，有利于促进专业教育水平的持续提高。同时，随着国家创新驱动发展、“互联网+”“一带一路”“中国制造2025”“碳达峰碳中和”等重大战略的实施，又迫切需要高校创新工程教育的理念，进行“新工科”建设［47］。“新工科”建设凸显了不同学科间的交叉融合，同时也更注重学生工程实践能力和创新能力的培养［8］。

新工科建设与工程教育专业认证，在实质上都是以学生为中心的工程人才培养［9］。而毕业设计作为高校本科工程教育人才培养的最后一个综合性实践环节，学生可以在教师指导下运用大学三年多所学的基本理论、专业知识和基本技能系统、深入地研究某一生产和科研问题，以培养学生的工程设计能力、科研素养、创新意识和创造能力，这既是对专业知识的一个应用实践期和能力水平提升期，也是新工科环境下教学的一个绝佳考核期［1011］。如何利用好毕业设计这一环节，提升学生设计水平和本科毕业设计质量，更好地发展“新工科+OBE理念”的新型教育，是本文的研究目的。因此，本文从新工科和OBE理念视角，基于宁波大学环境工程专业本科毕业设计现状，着重分析了近几年毕业设计过程中存在的问题，探讨了提高学生工程设计能力的途径，并规范了毕业设计全过程指导，以期提高工科毕业设计质量，也为其他工科专业起到辐射和示范作用。

2毕业设计现状及问题分析

为了适应新工科培养理念和工程教育认证要求，突出训练学生的工程设计能力，我校环境工程专业本科毕业设计类型自2019年起全部改为工程设计类。设计过程包括选题、开题论证、工程设计、中期检查、设计成果完成及答辩等阶段。综合分析毕业设计的现状发现主要存在以下问题：

2.1选题阶段

毕业设计最关键的就是选题，选题质量是决定学生毕业设计质量的首要因素［1213］。为了保证毕业设计的质量，我校每年10月中下旬启动毕业设计的出题选题工作。宁波大学环境工程专业近5年参与毕业设计的学生每年为14～26人，2019—2023年毕业设计题目类型分布如图1所示。

由图1可见，近几年设计类型逐渐丰富，主要包括工艺设计类、市政管网设计类、环保设备设计类和规划设计类，题目覆盖面比较广，基本包括了环境工程需要解决的复杂工程问题的设计种类。但是，工艺设计类占比超过85%，其中水处理工艺设计数量最多，超过设计总量的50%；市政管网设计、环保设备设计及规划设计类每年仅有1～2项，说明指导教师偏重于工艺设计类题目，尤以水处理工艺设计为主，也从侧面说明了指导教师工程背景相对较少且种类单一。这是因为本专业大部分教师的科研方向偏向于给水净化和污水处理，且每年的设计内容相似度较高，缺乏一定的创新性，不利于学生综合能力的提高，也限制了学生选题的多样性。

同时，本专业毕业设计选题主要来源于实际工程或结合教师教学、科研的虚拟工程，偏向解决实际工程设计问题的题目相对较少，设计成果较少应用到实际中。此外，由于新进教师大多缺乏工程实践经验，在选题方向上把握不够准确，导致课题工程背景薄弱，从选题开始就已经无法保证毕业设计的质量；课题工作量较大，面对一人一题的选题模式，学生压力较大；教师出题一般也较少考虑到学生的专业兴趣和个人能力等方面的差异，导致部分学生的主观能动性较差，毕业设计质量因此偏低。

2.2开题论证阶段

设计方案的合理性会直接影响毕业设计的进度和质量。选题结束后，学生需要根据任务书要求，开展文献资料收集、工程背景调研、资料整理利用，并于11月下旬提交文献综述及开题报告等材料。毕业设计选题与开题论证的时间间隔较短（仅1月左右），学生熟悉题目、查阅文献、资料收集整理、学习相关软件的时间较短。图2为近5年我校环境工程专业本科毕业生就业情况分布。由图2可见，近年来，由于就业压力日益严峻，本专业80%以上的学生都会选择报考研究生或公务员，而大四上学期正是考试复习的关键时期，因此学生用在开题准备的时间就更加有限。

由于时间紧，任务重，学生对设计选题的理解多浮于表面；开题论证时发现部分学生对国内外的工程技术现状了解不全面，对类似工程资料的分析利用能力欠缺，导致文献综述仅仅是对相关文献的“综”而无“述”，开题报告中对设计方案的选择论证证据不充分，同时也较少考虑环境、经济、社会、运行、管理等方面的问题，导致所选的设计工艺与实际严重脱节，工程应用可行性较低。

2.3设计阶段

设计阶段是整个毕业设计过程中最重要、投入时间最多的阶段，一般在每年的12月—次年4月进行，学生要通过实验或调研优选方案，编制设计说明书，进行设计计算和工程图纸绘制，最终呈现设计成果。但是，由图2可以看出，本专业的考研升学率逐年上升，大部分学生在设计阶段都面临着研究生复试、公务员或就业面试等，导致毕业生很难将精力全部投入毕业设计过程。这就导致学生提交的毕业设计初稿存在诸如绘图不规范、设计参数选取不合理、设计说明书计算错误较多、项目概算和运行不合理、文本格式排版不美观、文献引用杂乱无章等问题，需要经过多次修改才能符合要求。

2.4评阅答辩阶段

我校的毕业设计评阅工作主要由指导教师、交叉评阅教师和答辩小组评阅共同完成，而行业或企业专家的参与度较低，这也不符合新工科及工程教育认证的要求。同样地，答辩过程中，行业或企业专家参与度亦不高；部分学生对答辩工作不重视，读图说图不够熟练，PPT演讲表达能力差距比较明显。

3毕业设计质量提升途径探索

新工科背景下基于OBE理念的教学设计需要以学生为中心，以能力产出为导向。毕业设计应尤其注重学生综合能力的训练，以工程能力培养为目标，以毕业设计质量提升为抓手，从指导教师到学生，从选题到方案开题论证，到设计阶段的工艺比选、设计计算和经济概算，再细化到各阶段的具体指导，最后完成毕业设计答辩，实现本科毕业设计质量的全面提升［14］。针对环境工程毕业设计存在的问题，具体可以从以下几方面进行探索研究。

3.1提高指导教师工程能力，加强校企联合培养力度

教师的工程能力与实践经验对毕业设计选题、开题论证及设计阶段的学业指导至关重要［12］。目前我校大部分专业教师的教育和从业经历相对简单，较少涉及实际工程的应用，工程设计指导水平较低，因此必须要提高指导教师的工程能力，同时联合行业、企业，共同进行毕业设计指导。具体方法如下：（1）每年选题开始前邀请工程经验丰富的教师或设计行业工程师进行工程设计培训，并对缺乏工程经验的青年教师进行传帮带指导。（2）每年聘请行业、企业工程经验丰富的专家来校培训，尤其是关于不断更新的工程技术标准、工程制图规范及企业应用需求等，使得高校教师及时适应日益严格的新标准和新需求。（3）从学校或学院层面加强与行业、企业的合作，建立稳定的产学研合作基地，定期委派教师利用假期或周末时间到企业接受工程培训；同时鼓励教师与企业间的科研合作，共同解决企业生产实践问题，以提高教师自身工程实践能力，还可将科研课题转化为毕业设计选题。（4）聘请行业或企业工程经验丰富的工程师、专家等作为校外兼职导师，实行校企双导师指导，加强校企联合培养力度，确保企业导师的参与度，同时实现校内指导教师工程实践能力和学生工程设计能力的双提高。

3.2加强选题环节管理，注重因才设题

设计选题是保证毕业设计质量的基础，为了提高毕业设计的质量，务必加强选题环节的管理，具体措施包括：（1）通过大三暑期的生产实习使学生深入了解行业、企业的工程项目运行情况，趁机对学生的工程兴趣和爱好偏向进行问卷调查，以便于指导教师出题时充分考虑学生兴趣和社会需求，设计出有吸引力、贴合企业实际需求的毕设题目，从而体现以学生为中心的培养理念。（2）教师设计选题时要充分考虑学生的知识水平和能力水平，要有一定的难度梯度，以适应不同能力的学生选题，达到提高学生工程能力和因才设题的目的；同时学生还可以根据自身情况提前与目标导师联系，这样设计出来的选题能更好地贴合学生实际情况，充分调动学生的积极性和主动性。（3）指导教师设计选题时应与时俱进，引入“新工科”教育理念，积极邀请行业或企业导师参与选题环节，根据国家政策导向、社会需求和企业生产运行过程中亟须解决的工程问题，确定相应的题目和研究方向。（4）为满足学生对不同学科知识的融会贯通，还可为跨专业考研的学生设立校内“双师制”指导模式，即本专业指导教师与其他专业教师（如计算机、化工、机械、海运、海洋、力学、建筑学等）共同指导，进行交叉学科的应用研究，以求培养交叉学科人才，增强学生读研或就业竞争力。

3.3加强专业课程设计过程训练，缓解毕业设计与考研、就业的时间冲突

由于毕业设计时间节点与学生考研、考公和找工作的时间严重冲突，毕业设计的质量很难有效保证，因此可以将毕业设计开始时间提前到大三结束的暑假，即生产实习结束后，“趁热打铁”进行选题，既可以充分发挥学生的主观能动性，又可以提前协调好毕业设计和考研、就业之间的时间分配。

此外，毕业设计是对近三年所学专业知识和技能的综合运用，因此建议加强专业课程的设计过程训练。本专业安排了较多的工程实践能力训练，包括独立设课的“工程制图与计算机绘图”“水污染控制工程课程设计”“大气污染控制工程课程设计”“固体废物处理处置课程设计”，还在诸多专业课程教学中安排了设计大作业的训练，如“物理性污染控制工程”“泵与泵站”“给水排水管网系统”“建筑给排水工程”“环境工程概预算”“工程项目管理”等课程。只有在前期的专业课程设计实训环节达到了熟练应用环境工程基本理论、专业知识、设计标准和规范、设计手册及绘图工具等解决相关课程设计问题时，到了毕业设计阶段才会胸有成竹，设计过程才能游刃有余，轻松圆满地完成任务。所以必须强化课程设计过程训练，严格评价标准，保证学生课程目标高质量达成，只有这样才能保证毕业设计的质量提升，同时又可以缓解毕业设计过程与学生考研或就业求职的时间冲突。

3.4细化指导过程，创新性培养学生的工程能力

毕业设计过程指导是保证毕业设计质量的关键，也是后期答辩的基础，因此可以细化指导过程，制订合理的指导方案，有计划、有针对性地分阶段指导，实现全过程地培养和提高学生的工程能力。

首先，指导教师可以根据学生特点及选题内容，提前在毕业设计系统下达任务书，任务书中应该包括项目背景和概况、主要任务和目标、主要设计内容和基本要求、设计成果要求、进度安排及主要参考资料清单等内容。任务书下达后，指导教师应尽快开展对学生进行资料收集、文献综述和开题报告的专项辅导，以提高学生的学习效率。

其次，在开题论证阶段，指导教师应提前对学生的开题材料（文献综述、开题报告）进行审核，对存在的问题进行指导，指导学生追踪学术前沿、综合分析各类资料，尤其是如何根据项目需求和存在问题选择合适的工艺、工程，进行方案比选，最终确定适合项目的最优方案。如有学生基础较薄弱，不能够理解所采用的工艺，还要针对具体工艺加强指导，使学生真正明白工艺方法再采用，拒绝生搬硬套，真正做到“知其然并知其所以然”，这样才能保证后续的设计过程能够顺利进行。

最后，设计阶段是学生要花费大量时间和精力的重要阶段，也是毕业设计成果高质量呈现的关键时期。在设计阶段，要制定详细的时间节点，有效控制课题进度，并在答辩前两个月进行中期检查，如未达到要求的由学院发布警示通知，以确保课题能够按照时间要求完成；采取师生集中工作制度，这样不仅能够提高学生的工作效率，同时也加强了指导教师与学生的沟通交流，及时发现错误并改正；定期与行业或企业导师进行面谈或视频交流，请企业导师答疑解惑，给学生讲解设计规范、标准及注意事项等问题。在设计阶段，重点指导学生如何进行工程布局、设计选型、设计计算和标准绘图，指导学生基于工程背景如地域、面积、规模等进行合理布局；帮助学生理解设计参数选择的差异性，确保设计参数科学合理，计算正确；帮助学生理解工程图纸的规范性，提高学生的工程图纸绘制能力；指导学生合理计算工程建设及运行过程的经济概算、项目管理等内容，逐步提高学生的工程设计能力。此外，为深化新工科和工程教育理念，还可鼓励学有余力的学生深入学习，大胆设计，进行自主创新。

3.5加强答辩管理，完善成绩评定办法

高校新工科和工程教育的发展离不开社会的认可和行业、企业专家的保驾护航，这既是本科教育持续改进和发展的必要环境，同时也是高等教育持续发展的影响因素［12］。为进一步培养学生解决复杂环境工程问题的能力，鼓励行业或企业专家参与毕业设计的成绩评定工作，由校企双师共同指导的毕业设计必须经过校外导师的评阅认可方能进入答辩环节。邀请具有工程背景的同行专家或企业导师作为答辩组成员全程参与答辩，以便对学生解决复杂环境工程问题的手段和方法等进行提问和评价；同时尽量采取小组间交叉开展毕业设计答辩的形式，即指导教师与学生不在同一答辩组，避免指导教师干扰因素的影响。

学生毕业设计的总成绩由指导教师评阅、交叉评阅和答辩小组评阅三部分组成，评分比例分别为40%、20%和40%。答辩前指导教师（包括校内导师和企业导师）及交叉评阅教师严把材料审核，对于存在设计文本较差、图纸不规范、论文查重超标等问题的学生，不允许参加答辩。答辩时答辩小组认真记录学生存在的问题，并于答辩后由指导教师审核材料，查看设计成果整改情况，合格后方可审核通过。严格成绩评定过程，成绩评定方法要严格按照课程大纲中的课程目标分值比例对所支撑的课程目标达成情况进行评分，科学评价学生的课程目标达成与否，以便根据存在问题在下一年的毕业设计环节进行持续改进。

结语

新工科背景下基于OBE理念对本科毕业设计严格把关，不仅可以提高学生的工程设计专业技能，更能系统培养学生的批判思维和创造创新能力。本文通过对地方高校环境工程专业毕业设计现状及存在问题的分析，提出了“以学生为中心、以能力提升为导向”的毕业设计质量提升途径，强调了从提高指导教师工程能力、加强校企联合培养，到加强选题环节管理、注重因才设题，从加强专业课程设计过程训练，再细化到各阶段全过程指导过程，创新性地培养学生的工程能力，最后完善毕业设计评阅和答辩管理，进而实现高质量培养工程技术人才的目标。

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基金项目：本文得到2022年宁波大学教学改革研究项目重点项目（JYXMXZD2022028）；宁波市公益类科技计划项目（2022S119）；2023年宁波大学“四新”教学改革研究项目（SXJXGG2023012）；2023年宁波大学土木工程与地理环境学院一流本科课程培育建设项目及2021年度“双万计划”省级一流本科专业建设点支持

作者简介：姚敏（1982—），女，满族，辽宁抚顺人，博士，讲师，研究方向：水污染控制与治理、污染土壤修复与利用；韩俊成（1989—），男，汉族，安徽颍上人，博士，讲师，研究方向：环境微生物学、水污染控制；李兵（1977—），男，汉族，江苏姜堰人，博士，副教授，研究方向：固体废弃物资源化利用。