基于复杂工程问题解决能力培养的课程改革——以建筑给水排水工程为例

颉亚玮，高延红，刘宏远

（浙江工业大学土木工程学院，浙江杭州310014）

中国工程教育认证标准明确将解决复杂工程问题能力的培养作为本科工程教育的聚焦点。在我国现行的《工程教育认证通用标准解读及使用指南（2022版）》的12条毕业要求中，8条直接提及“复杂工程问题”，而其余4条则是对复杂工程问题解决能力的素质类要求［1］。

目前，全国已有49所高校的给排水科学与工程专业通过了住建部的专业评估（认证）。“建筑给水排水工程”是给排水科学与工程专业的核心专业课程之一，其特点在于知识点多而散，实践性极强且与现行规范标准结合紧密。在此背景下，如何基于课堂教学培养学生的复杂工程问题解决能力，实现课程的持续改进，是践行OBE教育理念，达成培养目标，并创建一流本科专业的关键所在。

复杂工程问题（ComplexEngineeringProblems）指的是复杂的工程问题，而不是复杂工程的问题。在《华盛顿协议》所描述的复杂工程问题的7个特征中［2］，“（1）必须运用深入的工程原理经过分析才可能解决”是本质，是复杂过程问题的天然属性，必然具备［1］。其余特征在建筑给水排水工程中集中体现在：“（2）需求涉及多方面的技术、工程和其他因素，并可能相互有一定冲突。”比如如何在保障供水可靠性和用水舒适性的同时实现节能供水和节约用水；“（4）不是仅靠常用方法就可以完全解决的。”如工程实践中涌现出的新技术和新设备，按部就班的常规设计或者施工方式就难以适应这种变化；“（5）问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业标准和规范中。”比如在自喷系统的设计计算时，对于越来越多的构造奇特、流线、不规则的建筑的最不利点处作用面积常常难以形成规范中的规则矩形；“（6）问题相关各方利益不完全一致。”建筑给排水工程是建筑物整体工程的一部分，随着建筑物承载的功能日益增多，建筑给排水中涉及的供排水管线面临和其他专业管线设计方案的协调问题。“（7）具有较高综合性，包含多个相互关联的子问题。”比如建筑给排水设计中通常包括给水、热水、排水、中水、消防等子专项，呈现了较高的综合性。

“建筑给水排水工程”是一门实践性很强的课程，工程设计实践中许多设计数据都是根据经验获得或可以在规范/标准中查表得到的；加之专业课时不断减少，该门课程的课堂讲授逐渐演变成“规范条文的应用指南”，缺乏对规范、标准或实际操作方法背后理论支撑的教授。在本科的培养目标要求下，工程实践方法固然重要，但使学生知其然并知其所以然、掌握工程经验的理论来源是极其重要且不可缺少的一环。因此当前针对理论原理的教学内容不是太多，而是太少、太浅。

当前的教学内容、课程设计和教学过程中对建筑给水排水工程中复杂工程问题的特征认识不足，认为一切按照标准规范即可，方案、技术等都是有经验的、成熟的，不存在复杂的工程问题，课程教授和考核内容以教材上的、记忆的内容为主，忽视了培养过程中对复杂工程问题识别和解决能力的训练。

理论原理是专业知识强有力的支撑，对培养学生解决复杂工程问题的能力具有重要作用。但在教学实践中发现，一方面专业课教学时长普遍不足，另一方面单纯的理论知识晦涩，学生学习兴趣不高；此外，还存在理论知识体系与专业实践应用脱节的现象，导致课堂教学中忽视基础知识教授。然而，没有基础知识支撑的工程应用是无本之木，不掌握基本原理的学生也很难具有创新精神。

以“工程问题，理论解决”的理念为指导，强化理论教学。改变目前教学“照表查、照书抄”的现状，优化教学内容侧重点。在教学过程和内容上，首先让学生明确本科教学的培养目标，在心中深植复杂工程问题的解决方法源自强大理论支撑的基本观念；其次在课堂教学中应让目前不被重视的工程中各种参数的理论原理重返课堂，教学内容应在经验数据、规范/标准条文背后的理论基础上有所偏重。

引入工程实例，根据课堂教学内容合理设计基础理论知识，转化为具体的工程实践任务，引导学生基于已有知识完成相关任务目标。通过让学生探究某一工程经验或规范条文后深层次原因强化理论原理和工程经验的结合，倒逼学生自主学习，提升课程的高阶性、创新性和挑战度。比如建筑给水排水工程实践中一个普遍的认识是排水通气系统和管材对排水立管的通水能力有显著影响，而且在《建筑给水排水设计标准》中也有相关建议数据，通过查表就能够满足设计基本要求，但如果学生的学习仅仅停留在此，就很难理解通气特性和管道内壁对排水能力的影响机理，也就不能解决目前为了提高排水能力而盲目扩大通气管径的错误做法。在课时限制下，教学内容要强本弱末：基本原理是本，工程应用和经验参数是末，指导学生探究表象背后的本质，才能立于主动学习的不败之地。理论不再是抽象的数字和公式，而是发现和解决问题的工具，不仅实现基础理论知识与专业知识的结合，也增强学生