資源循環科學與工程專業教學改革與實踐
——以《工藝課程設計》教改為例

范金禾

（西安建筑科技大學材料科學與工程學院，陜西 西安 710055）

2020年9月，習主席在第75 屆聯合國大會上關于“碳達峰”“碳中和”的發言，是全球應對氣候變化道路上的又一個里程碑事件，這將對推動城市綠色轉型，建立健全多層次綠色低碳循環發展經濟體系至關重要。資源循環科學與工程專業是國家為了滿足節能減排、低碳經濟、循環經濟等戰略性新興產業對高素質人才的需求在2010年設立的本科新專業。《工藝課程設計》是資源循環科學與工程專業本科生集中實踐教學環節之一。西安建筑科技大學的資源科學與工程專業依托材料科學與工程的大材料專業辦學，資源專業培養方案的課程體系需要學生具備修完《工程制圖》《材料工程基礎》《材料工程設備》《生產實習》等課程，之后在第7 學期開設《工藝課程設計》，該課程要求學生獨立完成一個生產企業的工藝及主要生產車間的設計，它是培養和檢驗學生將課程理論知識應用到工業設計具體實踐中的能力。

2017年教育部發布關于《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐》的通知，要求開展各高校新工科研究和實踐[1]。中國現階段發展的基本國策是節約資源、保護環境，明確了建設資源節約型和環境友好型社會，實現科學發展的目標[2]。社會不斷進步，“綠色經濟”“可持續發展”越來越受到人們的關注和重視，因此，專業工程設計人員的社會責任就越來越大，傳統《工藝課程設計》教學流程和模式應順應新時代要求，改革勢在必行。

1 課程教學中存在的主要問題

人才是創新型國家假設的第一資源，高等院校的課程優勢創新人才培養的重要渠道和著力點。然而現階段，在高等教育實際教學過程中的某些問題依舊非常突出[3,4]，首先，教材內容陳舊，甚至其中內容與當前行業新情況脫節，特別是專業內的國內外熱點問題涉及較少，而導致教材題材不具有代表性和典型性、學生對信息的攝入量有限等問題。其次，常規的“灌輸式”或“填鴨式”教學方法，學生吸收接收課程知識點大多是被動的，學生的學習目的也僅僅是應付考試，取得學分；在很大程度上嚴重影響學生對該門課程的學習興趣，其自主學習能力相對較差，學生主觀能動性不足，“難教難學”局面可想而知。第三，受“見識”淺所限，在學習過程中，學生的感性認識及對知識遷移的能力欠缺，加之老師“空洞”講授相關知識點，都大大增加了學生的學習難度，從而致使學生工程實踐能力的培養和創新能力的發揮大大縮水。

2 改革的思路與措施

2.1 學生結合實際選題，開展專題討論

在舊的教學大綱安排中，工藝課程設計題目往往選擇某生產廠單一的制品，選題和設計內容涵蓋水泥、耐火材料、陶瓷及混凝土的工廠/車間工藝設計、生產主輔設備選型等教學實踐環節，設計題目沒有考慮學生所選專業及就業方向，而是任課教師制定并分配給自然班級的所有學生，這樣不可避免地會與學生今后職業規劃方向產生偏差，即與學生實際需求脫鉤，因而學生對課程設計興趣和積極性注定不可期。為扭轉這一不良現象，課程教學大綱和實施方案做出改進。首先，在課程設計選題和內容上，從行業發展方向出發，緊跟資源專業科研發展前沿，調研并總結近3年資源專業學生就業實際情況，提出課程設計題目，突出題目新穎性，并就每一個題目，劃分階段專題和制定計劃安排。其次，由全班統一題目變革為多題目，以小組為單位，小組人數3～4 人不等（根據當年選課人數略有變動）。題目如：“年處理100 萬t 建筑垃圾制備再生建筑材料生產線工藝設計”、“30 萬t/a 礦渣粉磨工藝設計”、“預應力高強混凝土管樁廠工藝設計”、“太陽能電池生產線工藝設計”等。選擇老師提供的設計題目時，學生可充分考慮自己今后工作性質及個人興趣，在設計過程中，鼓勵學生的自主創新，其中工藝/車間流程及生產主輔設備選型等環節，老師適時地給學生予以指導。根據實施教改后的學生反饋數據統計顯示：興趣度明顯提升，學生個人獨立完成情況良好。達到了教學大綱對于工藝課程設計的要求及與學生的專業方向和就業實際緊密聯系等幾方面的預期目標。

2.2 基于設計題目的專題教學組織

與傳統專業理論課程模式“教師講授—學生聽講”的被動、機械的既定教學組織模式不同，專題研討課的核心是主題研討并及時反饋研討效果，進而調整改進教學組織模式。工藝課程設計的教學組織流程階段可劃分為：布置設計題目—調研、查閱資料，制作ppt—專題匯報及自由發言互動—總結與建議—重/難點講解—工藝設計、設計繪圖及撰寫說明書等環節。

改革后的教學組織流程優點在于：提高學生課上和課下的學習效率，師生角色的不斷轉換和緊密互動關聯貫穿教學組織流程的“生命周期”。老師的角色更靈活豐富，在新模式中老師由傳授者進化為參與者、引導者和促進者。作為參與者，在設計過程中教師參與其中，并及時掌握學生設計進度和需求，創造學生無拘無束地與教師討論和交流的環境和機會，鼓勵學生大膽表達自己的想法。作為引導者，教師依賴于自己專業知識積累和經驗，在需要時答疑解惑。作為促進者，在師生之間互動過程中，針對學生遇到困難和壓力，恰當干預，盡力疏導解決；幫助學生處理好同學之間的人際交往關系，旨在培養學生的合作精神和全局觀念。

2.3 搭建“專業實踐需求（或問題）”為導向的內容架構

作為資源循環科學與工程專業而言，其培養方案里所設立的課程眾多，涵蓋了本專業所需要的所有基礎和專業知識，《工藝課程設計》要求學生將理論應用于實踐，開始之初往往不知如何下手。這個時候就需要老師引導學生，從專業設計問題（需求）著手，采用研討的方式，旨在打破傳統專業理論課程體系中“基礎準備—原理/方法/原則—實踐/案例應用分析”的順序知識講授，在實踐需求引導和驅動下，將專業知識點和教學安排順序進行拆解并重組使其模塊化，再通過設計題目整合集成知識模塊，串聯各教學環節，形成實踐導向、題目、研學一體的教學模式。

工藝課程設計任務包括：確定生產工藝流程，確定產品配料、熱工參數等，質量和能量平衡計算、主輔機設備計算及選型，環保安全措施等，編寫設計計算說明書；繪制平面布置圖和工藝布置圖兩大階段多個環節。其中，質量和能量平衡計算、主輔機設備計算及選型都是圖紙繪制的基礎。上述幾個階段分別涉及了多門課程，通過研討可以打通課程間整合渠道，找到合適整合接口，梳理專業知識模塊中的知識點，從而將專題研討課中知識模塊實踐應用需求及時在設計課訓練中得以強化，建立起從“理論認知”到“實踐應用”環節的快速通道。

2.4 借助科研服務平臺等資源，增加學生科研實踐，培養學生實踐能力和創新思維

西安建筑科技大學設有資源循環科學與工程二級學科博士點和二級學科碩士點各1 個，擁有“生態建筑材料國家地方聯合工程研究中心”和“中國循環經濟工程技術協同創新中心”。通過設置“資源循環科學與工程創新實踐”環節，使學生參與到教研室教師承擔的科研項目和企業技術服務項目中去，利用課余時間和假期開展科研實訓，改善學生專業“見識淺”，開拓其視野，這些體驗和經歷能夠豐富學生工程實踐閱歷，激發學生專業熱情，對學生創新能力培養提供契機和土壤。

2.5 注重過程和科學考核方式

課改前，課程設計成績由三部分組成：平時、成果和答辯，比例分別為20%、60%和20%。考慮到專題研討教學環節引入，重新科學化考核方式和制度。在平時成績中加入過程量化考核，打分以專題研討表現為依據，平時成績所占比例增到50%，同時降低成果所占比例至30%，答辯成績維持不變。專題研討幫助學生明晰了設計的全過程，在過程中為成果奠定了基礎，并實實在在地考察和培養了學生理論應用于實踐的能力。

3 課程教學改革的體會

《工藝課程設計》是一門集實踐性和實用性于一體的專業基礎課程。工藝課程設計重在培養學生理論聯系實際、具備設計本專業領域復雜工程問題的解決方案的能力。本課程改革通過引入專題討論，搭建“專業實踐需求（或問題）”為引導和驅動的知識思維架構，借助科研服務平臺等資源，增加學生科研實踐，培養學生實踐能力和創新思維，以及注重過程和科學考核方式幾項措施，開闊學生視野，激發學生自學和研討展示興趣，通過課程設計訓練，提升學生思辨應答、團隊合作等綜合素質能力，為學生今后專業課程研修、畢業設計以及就業打下堅實基礎。