基于“新工科”創(chuàng)新人才培養(yǎng)的資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)體系建設(shè)

劉 晨,高 悅,岳欽艷*,王 燕,李 倩,高寶玉

(1.山東大學(xué)(青島) 本科教育辦公室,山東 青島 266237;2.山東大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266237)

資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)涉及到環(huán)境工程、化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、材料科學(xué)與工程、機(jī)械制造及其自動(dòng)化、電子信息工程等多個(gè)學(xué)科,是典型的多學(xué)科交叉型專業(yè)。為了培養(yǎng)適應(yīng)“新工科”背景具備資源循環(huán)創(chuàng)新理念的高素質(zhì)復(fù)合型人才,10多年來,各學(xué)校在原有專業(yè)基礎(chǔ)上形成了具有不同特色的資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)體系,并在教學(xué)實(shí)踐中不斷完善。為了完善對(duì)專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的全方位培養(yǎng),經(jīng)過多年的課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐,形成了特色鮮明的“課堂教學(xué)—實(shí)踐教學(xué)—工程設(shè)計(jì)—科技創(chuàng)新”的多元化教學(xué)體系。

山東大學(xué)的資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)是在山東大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院的基礎(chǔ)上建立的,師資力量雄厚。專業(yè)依據(jù)我校已有的教學(xué)基礎(chǔ),通過設(shè)立通識(shí)教育課程、學(xué)科基礎(chǔ)平臺(tái)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程以及實(shí)踐課程等必修課程,并結(jié)合通識(shí)教育選修課程和專業(yè)選修課程,建設(shè)成具有環(huán)境保護(hù)特色的資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)的課程體系。使學(xué)生建立與資源循環(huán)相關(guān)的基本理論知識(shí)框架,在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

1 課堂教學(xué)

資源循環(huán)專業(yè)涉及到多個(gè)學(xué)科和多個(gè)方向,具有綜合性和多樣性的特點(diǎn),通過以下措施不斷豐富教學(xué)內(nèi)容：①資源循環(huán)作為一個(gè)新的專業(yè),缺乏相關(guān)的專業(yè)教材,因此在教材的選用以及教學(xué)內(nèi)容的完善方面,授課教師及時(shí)跟蹤國家的新政策、新標(biāo)準(zhǔn)和新技術(shù),把多種相關(guān)教材、學(xué)術(shù)界著名學(xué)者出版的專業(yè)書籍、各行業(yè)資源化前沿領(lǐng)域的管理要求、科研成果和論文內(nèi)容等,不斷補(bǔ)充完善到課堂教學(xué)中。②教師隨時(shí)隨地搜集有關(guān)資源循環(huán)的資料和案例,在與相關(guān)科研部門和企業(yè)合作的過程中,把獲得的第一手有關(guān)資源循環(huán)的現(xiàn)場(chǎng)資料和案例,帶到課堂上介紹給學(xué)生,有利于學(xué)生了解技術(shù)發(fā)展潮流,提高解決實(shí)際問題的興趣。③授課教師多年來一直工作在科研和實(shí)際應(yīng)用第一線,在與國內(nèi)外同行的交流中,把自己的科研新成果、會(huì)議上獲得的新技術(shù)和新發(fā)現(xiàn)及時(shí)融合到課堂上,在相關(guān)的章節(jié)進(jìn)行穿插講授。

在教學(xué)過程中,注重課程學(xué)習(xí)與學(xué)生能力的培養(yǎng),在保證教學(xué)內(nèi)容的前提下,豐富教學(xué)形式,完善資源循環(huán)的課程體系。在課堂講授的基礎(chǔ)上,結(jié)合多媒體影音資料、網(wǎng)絡(luò)資源、工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察等多種教學(xué)形式,適時(shí)地補(bǔ)充新的教學(xué)信息,讓課本理論知識(shí)更加生動(dòng);在教學(xué)形式上,積極進(jìn)行教學(xué)方法和評(píng)價(jià)體系的改革創(chuàng)新,鼓勵(lì)教師采用翻轉(zhuǎn)課堂、小組討論等教學(xué)形式,增加與學(xué)生的互動(dòng)環(huán)節(jié),從傳統(tǒng)的以教師為核心逐步轉(zhuǎn)向以學(xué)生為核心的教學(xué)形式,以提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解、搜集文獻(xiàn)能力、分析和總結(jié)文獻(xiàn)信息、自主創(chuàng)新能力、動(dòng)手操作能力、實(shí)踐運(yùn)用能力、溝通協(xié)作能力、演講展示能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。

2 實(shí)踐教學(xué)

資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)是一類工程性較強(qiáng)的應(yīng)用型學(xué)科,要求學(xué)生具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力。在所學(xué)各門基礎(chǔ)課和專業(yè)課程的基礎(chǔ)上,在山東大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目《資源循環(huán)科學(xué)與工程新專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)》和《新工科背景下“五位一體”創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式的探索——基于污染控制與資源循環(huán)綜合實(shí)驗(yàn)建設(shè)》及多個(gè)實(shí)驗(yàn)室軟件建設(shè)項(xiàng)目的支持下,教學(xué)團(tuán)隊(duì)充實(shí)了專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課中資源化的實(shí)驗(yàn),開設(shè)了資源專業(yè)本科生的綜合性專門化實(shí)驗(yàn)課程,并建立多個(gè)實(shí)踐基地進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作,完善了資源專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系,對(duì)本科生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐技能和解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)和提高起到了重要作用。

2.1 專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)的充實(shí)

結(jié)合資源專業(yè)的特點(diǎn),在專業(yè)基礎(chǔ)課程中增加資源化的實(shí)驗(yàn)。如在固體廢物處理處置與資源化課程的實(shí)驗(yàn)中,教學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)課程特點(diǎn),將長期研究出的有關(guān)資源化的科研成果進(jìn)行了梳理和總結(jié),在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室軟件建設(shè)項(xiàng)目的支持下,形成了多項(xiàng)適合為資源專業(yè)本科生開設(shè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,充實(shí)到資源循環(huán)科學(xué)與工程新專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。課題組陸續(xù)開發(fā)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室軟件建設(shè)項(xiàng)目和多個(gè)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn),充實(shí)到本科生必選實(shí)驗(yàn)或自選實(shí)驗(yàn)中,取得了很好的教學(xué)效果。

2.2 綜合性專門化實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)

為了提高資源專業(yè)本科生解決復(fù)雜工程問題的能力,開設(shè)了資源專業(yè)本科生的創(chuàng)新性專門化實(shí)驗(yàn)課程。通過充分的調(diào)研,根據(jù)資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)的特點(diǎn),依托所承擔(dān)的多項(xiàng)國家級(jí)、省部級(jí)科研成果,結(jié)合社會(huì)需求,精心挑選了與理論課相適配、與工程實(shí)際相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,創(chuàng)設(shè)了多個(gè)具有一定技術(shù)水平的綜合性特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步完善了資源專業(yè)專門化教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系。本科生通過對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作,能夠全面理解和掌握廢水和固體廢物等資源化的方法和理論,對(duì)開拓學(xué)生思維、提高學(xué)生的科研能力和解決復(fù)雜工程問題的能力發(fā)揮了非常重要的作用。

2.3 建立實(shí)踐基地,促進(jìn)實(shí)踐改革

在實(shí)踐環(huán)節(jié),加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作,建立了有關(guān)工業(yè)固體廢物、農(nóng)業(yè)固體廢物、污泥、生活垃圾等多個(gè)再生資源處理與利用的實(shí)踐教學(xué)基地,實(shí)現(xiàn)“校企結(jié)合、學(xué)用融合”。與相關(guān)企業(yè)簽訂了實(shí)訓(xùn)基地協(xié)議、基地掛牌、并加大宣傳力度,加大學(xué)校、企業(yè)的投入。聘請(qǐng)基地的業(yè)務(wù)骨干為本科生做講座和案例授課,鼓勵(lì)企業(yè)共建實(shí)訓(xùn)基地的同時(shí),在學(xué)院設(shè)立獎(jiǎng)學(xué)金,支持優(yōu)秀學(xué)生更好地完成學(xué)業(yè),提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。該教學(xué)措施為學(xué)生開拓了視野,提供了接觸社會(huì)的機(jī)會(huì),進(jìn)一步加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解。

3 工程設(shè)計(jì)課程

為了提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和工程思維,教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃的設(shè)置與安排上,開設(shè)了本科生的設(shè)計(jì)課程如化工原理設(shè)計(jì)課、固體廢物資源化設(shè)計(jì)課、廢水資源化設(shè)計(jì)課、生物質(zhì)能源工程設(shè)計(jì)課等,在各門課程中著重增加了資源化工藝設(shè)計(jì)課程的比例,在可再生可回收資源如廢水、廢氣、工業(yè)固廢、生物質(zhì)利用等方面涵蓋了資源化技術(shù)的多個(gè)領(lǐng)域。目前,已經(jīng)為多屆資源專業(yè)本科生開設(shè)了以廢水中重金屬分離、提純、再利用工藝的資源循環(huán)工程設(shè)計(jì),以大豆蛋白廢水處理與再利用的廢水資源化設(shè)計(jì)課程,以工業(yè)固廢資源利用為目標(biāo)的燃煤矸石的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)課程,以生物質(zhì)能源資源利用為目的的畜禽糞便發(fā)酵及沼氣利用設(shè)計(jì)課程等。

在設(shè)計(jì)過程中,還組織學(xué)生帶著設(shè)計(jì)中的問題配合相關(guān)課程到企業(yè)參觀實(shí)習(xí)。如在進(jìn)行畜禽糞便發(fā)酵及沼氣利用課程設(shè)計(jì)的過程中,組織學(xué)生到相關(guān)企業(yè)參觀實(shí)習(xí)。學(xué)生對(duì)于這種教學(xué)方式非常感興趣,自發(fā)組成了項(xiàng)目小組,通過分頭查閱資料,整理相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容、企業(yè)概況和生產(chǎn)工藝,對(duì)將要參觀的現(xiàn)場(chǎng)都有了初步的了解,更有利于發(fā)現(xiàn)問題,找到與工程技術(shù)人員交流的話題。參觀完成后,每個(gè)學(xué)生根據(jù)自己總結(jié)實(shí)習(xí)的感受、發(fā)現(xiàn)的問題,在提交設(shè)計(jì)報(bào)告的基礎(chǔ)上,對(duì)所設(shè)計(jì)的課題有了更深一步的理解,知識(shí)點(diǎn)得到了進(jìn)一步的拓展,更有利于全面掌握相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)。

4 科技創(chuàng)新

資源循環(huán)科學(xué)與工程是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)。通過課堂理論知識(shí)的傳授,教學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展以及校企結(jié)合的各種活動(dòng),大大激發(fā)了廣大學(xué)生科研和創(chuàng)新的積極性,許多學(xué)生積極申請(qǐng)進(jìn)入各專業(yè)實(shí)驗(yàn)室開展課外科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng),參與各項(xiàng)科研項(xiàng)目的研究。學(xué)生根據(jù)自己學(xué)到的知識(shí)和科研興趣,結(jié)合目前各行業(yè)存在的環(huán)境問題,自行提出題目并在教師的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,在實(shí)驗(yàn)室中開展并完成實(shí)驗(yàn)研究。如在工業(yè)水處理、固體廢物處理處置與資源化課程的基礎(chǔ)上,學(xué)生開展了多個(gè)國家級(jí)、省級(jí)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,本科生經(jīng)歷了立題、論證、實(shí)驗(yàn)、結(jié)題、撰寫完整的技術(shù)報(bào)告及匯報(bào)等全部環(huán)節(jié),有效訓(xùn)練了學(xué)生自主創(chuàng)新、自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)溝通與協(xié)商、解決復(fù)雜工程問題的能力。

結(jié)合國家、山東省和山東大學(xué)開展的各項(xiàng)大學(xué)生課外科技活動(dòng)的開展,學(xué)生積極參加挑戰(zhàn)杯競(jìng)賽、節(jié)能減排大賽、社會(huì)實(shí)踐評(píng)比、科普創(chuàng)意大賽、科技創(chuàng)新大賽等,獲得了多項(xiàng)國家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)和省級(jí)獎(jiǎng)勵(lì),成績斐然。依托污泥陶粒項(xiàng)目,成立的“濟(jì)南高岳環(huán)保技術(shù)有限公司”獲得第八屆“挑戰(zhàn)杯”山東大學(xué)學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽國家金獎(jiǎng),“超輕污泥陶粒—綠色相變儲(chǔ)能材料的制備及應(yīng)用”項(xiàng)目獲得第五屆全國大學(xué)生節(jié)能減排大賽國家銀獎(jiǎng)。在對(duì)電子固體廢物處理與資源化研究的基礎(chǔ)上,本科生以“節(jié)”外生污,如何保“節(jié)”治污?“節(jié)能燈回收處理問題探究與方案設(shè)計(jì)”項(xiàng)目參加了“第八屆全國大學(xué)生節(jié)能減排——社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽”,獲得了一等獎(jiǎng);基于生物質(zhì)活性炭的研發(fā)項(xiàng)目“廢棄禽羽制備活性炭”獲得了第七屆(金川杯)“全國大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽”全國一等獎(jiǎng)等。

5 結(jié)語

在新時(shí)代背景條件下,要滿足我國對(duì)高素質(zhì)專業(yè)應(yīng)用型人才全方位培養(yǎng)的需求,建立“課堂教學(xué)—實(shí)踐教學(xué)—工程設(shè)計(jì)—科技創(chuàng)新”的多元化教學(xué)體系非常必要。該教學(xué)體系的實(shí)施,有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、開拓學(xué)生的思維,大大提高學(xué)生的實(shí)踐技能、創(chuàng)新能力、科研能力和解決復(fù)雜工程問題的能力,為21世紀(jì)“新工科”創(chuàng)新型優(yōu)秀人才的培養(yǎng)發(fā)揮了重要作用。