“資源循環(huán)工程設(shè)計(jì)”課程建設(shè)探索與實(shí)踐

馬立文 席曉麗 王曼

[摘 要] “資源循環(huán)工程設(shè)計(jì)”課程是資源循環(huán)科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)特色工科專(zhuān)業(yè)課。通過(guò)工程設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)、設(shè)計(jì)案例及設(shè)計(jì)實(shí)操三個(gè)維度的教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用多媒體資源、實(shí)例訓(xùn)練和設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)等教學(xué)方法，使學(xué)生掌握資源循環(huán)工程設(shè)計(jì)的基本技能，具備分析和解決資源循環(huán)工程實(shí)際問(wèn)題的初步能力，提升綜合學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力?！百Y源循環(huán)工程設(shè)計(jì)”課程建設(shè)的探索與實(shí)踐，為進(jìn)一步推進(jìn)教學(xué)改革奠定了基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞] 資源循環(huán);工程設(shè)計(jì);教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法

[基金項(xiàng)目] 2019年度北京工業(yè)大學(xué)優(yōu)質(zhì)綜合設(shè)計(jì)類(lèi)課程建設(shè)項(xiàng)目“資源循環(huán)工程設(shè)計(jì)課程”（048000514120513）

[作者簡(jiǎn)介] 馬立文（1982—），女，湖南湘潭人，工學(xué)博士，北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部副教授，主要從事有色金屬循環(huán)再造研究;席曉麗（1975—），女，山西垣曲人，工學(xué)博士，北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部教授（通信作者），主要從事資源循環(huán)理論與技術(shù)研究;王 曼（1987—），女，河北保定人，工學(xué)博士，北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部助理研究員，主要從事高性能金屬結(jié)構(gòu)材料研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.3? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）21-0097-04? ?[收稿日期] 2020-09-03

資源循環(huán)利用是指根據(jù)資源的成分、特性和賦存狀態(tài)，對(duì)自然資源綜合開(kāi)發(fā)、原材料充分加工利用和廢物回收再生利用，通過(guò)各環(huán)節(jié)的反復(fù)回用，發(fā)揮資源的多種功能，使其轉(zhuǎn)化為社會(huì)所需物品的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)行為[1]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，資源和環(huán)境的約束日益突出，大力推進(jìn)資源循環(huán)產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)成為共識(shí)[2]。資源循環(huán)利用是國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，對(duì)于建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)具有重要意義。北京工業(yè)大學(xué)資源循環(huán)科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)自2011年獲批設(shè)立，依托本校有色金屬二次資源循環(huán)再造的科研優(yōu)勢(shì)，開(kāi)設(shè)了一系列材料、冶金類(lèi)基礎(chǔ)及專(zhuān)業(yè)課程，提升學(xué)生在本領(lǐng)域的理論知識(shí)水平，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)和創(chuàng)新實(shí)踐能力。工程設(shè)計(jì)類(lèi)課程是工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生運(yùn)用學(xué)科和技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題的綜合性課程，是培養(yǎng)未來(lái)工程師職業(yè)能力、職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)操守的核心環(huán)節(jié)[3]?！百Y源循環(huán)工程設(shè)計(jì)”是屬于資源循環(huán)科學(xué)與工程本科專(zhuān)業(yè)的工程設(shè)計(jì)類(lèi)課程。以有色冶金工廠設(shè)計(jì)為參考[4]，學(xué)習(xí)廢棄有色金屬循環(huán)再利用工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)概念、工藝流程設(shè)計(jì)的基本原則和方法、資源循環(huán)過(guò)程的質(zhì)量和能量衡算、設(shè)備選型計(jì)算與設(shè)計(jì)、廠址選擇、車(chē)間配置設(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)、范例研究等，培養(yǎng)學(xué)生資源循環(huán)工程設(shè)計(jì)的初步能力，為將來(lái)從事工程設(shè)計(jì)工作奠定基礎(chǔ)。

本文從課程特點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)理念和設(shè)計(jì)、教學(xué)方法手段、教材建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)、師資隊(duì)伍建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革等方面對(duì)“資源循環(huán)工程設(shè)計(jì)”課程建設(shè)的探索與實(shí)踐進(jìn)行了討論和總結(jié)。

一、“資源循環(huán)工程設(shè)計(jì)”課程的特點(diǎn)

“資源循環(huán)工程設(shè)計(jì)”課程是北京工業(yè)大學(xué)資源循環(huán)科學(xué)與工程本科專(zhuān)業(yè)的必修課，其特點(diǎn)是將資源循環(huán)工藝設(shè)計(jì)、冶金計(jì)算與設(shè)備選型等關(guān)鍵模塊緊密結(jié)合，著重介紹資源循環(huán)工廠設(shè)計(jì)的基本概念、基本原理和基本方法，使學(xué)生具備分析和解決資源循環(huán)工程實(shí)際問(wèn)題的初步能力，并能進(jìn)行資源循環(huán)工廠的設(shè)計(jì)（包括工藝流程設(shè)計(jì)、質(zhì)量和能量衡算、設(shè)備選型計(jì)算、廠址選擇、車(chē)間配置設(shè)計(jì)和管道設(shè)計(jì)等）。學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，支撐以下畢業(yè)要求的達(dá)成：（1）掌握工程設(shè)計(jì)和材料開(kāi)發(fā)全周期、全流程的基本設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計(jì)目標(biāo)和技術(shù)方案的多因素影響。（2）能夠針對(duì)資源循環(huán)工程實(shí)踐中組分—工藝—性能—環(huán)境影響—經(jīng)濟(jì)成本之間可能出現(xiàn)的相互矛盾與沖突問(wèn)題，完成單元工序或設(shè)備部件的設(shè)計(jì)。（3）在設(shè)計(jì)中能夠考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化、環(huán)境等因素。（4）了解專(zhuān)業(yè)常用的現(xiàn)代儀器、信息技術(shù)工具、工程工具和專(zhuān)業(yè)模擬軟件的原理和使用方法，并理解其局限性。（5）能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)能浖ぞ?、?shù)據(jù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)資源、分析儀器等現(xiàn)代工程和信息技術(shù)工具對(duì)資源循環(huán)流程、再生材料或產(chǎn)品組分、性能設(shè)計(jì)、循環(huán)技術(shù)研發(fā)、工藝及設(shè)備選擇、環(huán)境影響評(píng)估等復(fù)雜工程中的問(wèn)題進(jìn)行分析、計(jì)算、設(shè)計(jì)與優(yōu)化。（6）善于與團(tuán)隊(duì)其他成員合作共事，分享信息，完成所分配的任務(wù)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用，組織協(xié)同工作的開(kāi)展。最終使學(xué)生全面了解資源循環(huán)工程設(shè)計(jì)過(guò)程，掌握利用資源循環(huán)工程設(shè)計(jì)的基本原理和使用原理分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法，幫助學(xué)生樹(shù)立工程應(yīng)用意識(shí)，并使學(xué)生掌握工程設(shè)計(jì)的方法和過(guò)程。

二、教學(xué)內(nèi)容

依據(jù)資源循環(huán)科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，依托北京工業(yè)大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科材料學(xué)及新型功能材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的特色優(yōu)勢(shì)，充分利用北京工業(yè)大學(xué)在有色金屬資源循環(huán)領(lǐng)域的科學(xué)研究?jī)?yōu)勢(shì)，在學(xué)校和學(xué)部對(duì)資源循環(huán)科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)大力投入的基礎(chǔ)上，積極擴(kuò)展“資源循環(huán)工程設(shè)計(jì)”課程內(nèi)容，在教學(xué)內(nèi)容安排上進(jìn)行創(chuàng)新，突出“內(nèi)容系統(tǒng)、注重實(shí)踐、結(jié)合實(shí)例”的特色?！皟?nèi)容系統(tǒng)”是指課程深度結(jié)合本專(zhuān)業(yè)有色金屬資源循環(huán)原理及工藝過(guò)程，對(duì)工廠設(shè)計(jì)的質(zhì)量和能量衡算、設(shè)備選型計(jì)算、廠址選擇、車(chē)間配置設(shè)計(jì)及管道設(shè)計(jì)等進(jìn)行全方位的介紹，使學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)有完整系統(tǒng)的認(rèn)識(shí);“注重實(shí)踐”是指在課程內(nèi)容的安排方面，進(jìn)行大量設(shè)計(jì)類(lèi)計(jì)算的講解與聯(lián)系，通過(guò)將大型設(shè)計(jì)任務(wù)分解為具體工段單元，進(jìn)行精講精練，強(qiáng)化設(shè)計(jì)技能的學(xué)習(xí);“結(jié)合實(shí)例”是指依托北京工業(yè)大學(xué)一系列產(chǎn)學(xué)研科技轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，讓學(xué)生通過(guò)典型案例，學(xué)習(xí)工程設(shè)計(jì)知識(shí)，并可以在本校自主研發(fā)的稀缺金屬資源循環(huán)工業(yè)過(guò)程優(yōu)化系統(tǒng)中試平臺(tái)上進(jìn)行觀摩實(shí)操。通過(guò)上述三個(gè)層次的創(chuàng)新性安排，使得本課程的教學(xué)內(nèi)容相比同類(lèi)工程設(shè)計(jì)課程更具實(shí)踐性和新穎性，開(kāi)拓了學(xué)生的視野，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的課本層面及實(shí)物層面的認(rèn)識(shí)。

三、教學(xué)理念和設(shè)計(jì)

“資源循環(huán)工程設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)理念是注重實(shí)踐、強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新、師生互促。具體體現(xiàn)在以下方面：（1）以工程實(shí)踐為指導(dǎo)。將資源循環(huán)工程設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)建立在理論教學(xué)基礎(chǔ)之上，為理論的延續(xù)、擴(kuò)展和深化提供保障，實(shí)踐教學(xué)課堂是理論聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動(dòng)手能力的重要平臺(tái)。通過(guò)構(gòu)建理論與實(shí)踐相結(jié)合的協(xié)同教學(xué)模式，提升學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。（2）以能力提升為根本。擺脫“填鴨式”知識(shí)教學(xué)，通過(guò)講解與提問(wèn)、情景模擬等啟發(fā)學(xué)生自主思考，開(kāi)展設(shè)計(jì)任務(wù)競(jìng)賽，利用小組協(xié)作的方式，鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、口頭和書(shū)面交流表達(dá)能力，通過(guò)設(shè)計(jì)軟件等實(shí)用工具擴(kuò)展教學(xué)，提升學(xué)生利用工具解決問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。（3）以師生互動(dòng)為保障。教學(xué)相長(zhǎng)，教師適時(shí)補(bǔ)充教學(xué)案例，及時(shí)更新前沿知識(shí)，不斷總結(jié)知識(shí)點(diǎn)和設(shè)計(jì)技巧，及時(shí)反饋給學(xué)生，同時(shí)建立師生定期交流的模式，及時(shí)收集學(xué)生對(duì)課程及課堂學(xué)習(xí)的各種反饋，并持續(xù)改進(jìn)。利用網(wǎng)絡(luò)資源，建立師生交流網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)小組，增加資源共享程度和互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生課上和課下學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，鼓勵(lì)學(xué)生依托課程的專(zhuān)業(yè)知識(shí)參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。