資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)改革與實踐
——以《工藝課程設(shè)計》教改為例

范金禾

（西安建筑科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710055）

2020年9月，習(xí)主席在第75 屆聯(lián)合國大會上關(guān)于“碳達(dá)峰”“碳中和”的發(fā)言，是全球應(yīng)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(zhuǎn)型，建立健全多層次綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系至關(guān)重要。資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)是國家為了滿足節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟、循環(huán)經(jīng)濟等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對高素質(zhì)人才的需求在2010年設(shè)立的本科新專業(yè)?！豆に囌n程設(shè)計》是資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)本科生集中實踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一。西安建筑科技大學(xué)的資源科學(xué)與工程專業(yè)依托材料科學(xué)與工程的大材料專業(yè)辦學(xué)，資源專業(yè)培養(yǎng)方案的課程體系需要學(xué)生具備修完《工程制圖》《材料工程基礎(chǔ)》《材料工程設(shè)備》《生產(chǎn)實習(xí)》等課程，之后在第7 學(xué)期開設(shè)《工藝課程設(shè)計》，該課程要求學(xué)生獨立完成一個生產(chǎn)企業(yè)的工藝及主要生產(chǎn)車間的設(shè)計，它是培養(yǎng)和檢驗學(xué)生將課程理論知識應(yīng)用到工業(yè)設(shè)計具體實踐中的能力。

2017年教育部發(fā)布關(guān)于《教育部高等教育司關(guān)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(xiàn)階段發(fā)展的基本國策是節(jié)約資源、保護環(huán)境，明確了建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，實現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的目標(biāo)[2]。社會不斷進(jìn)步，“綠色經(jīng)濟”“可持續(xù)發(fā)展”越來越受到人們的關(guān)注和重視，因此，專業(yè)工程設(shè)計人員的社會責(zé)任就越來越大，傳統(tǒng)《工藝課程設(shè)計》教學(xué)流程和模式應(yīng)順應(yīng)新時代要求，改革勢在必行。

1 課程教學(xué)中存在的主要問題

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

2 改革的思路與措施

2.1 學(xué)生結(jié)合實際選題，開展專題討論

在舊的教學(xué)大綱安排中，工藝課程設(shè)計題目往往選擇某生產(chǎn)廠單一的制品，選題和設(shè)計內(nèi)容涵蓋水泥、耐火材料、陶瓷及混凝土的工廠/車間工藝設(shè)計、生產(chǎn)主輔設(shè)備選型等教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，設(shè)計題目沒有考慮學(xué)生所選專業(yè)及就業(yè)方向，而是任課教師制定并分配給自然班級的所有學(xué)生，這樣不可避免地會與學(xué)生今后職業(yè)規(guī)劃方向產(chǎn)生偏差，即與學(xué)生實際需求脫鉤，因而學(xué)生對課程設(shè)計興趣和積極性注定不可期。為扭轉(zhuǎn)這一不良現(xiàn)象，課程教學(xué)大綱和實施方案做出改進(jìn)。首先，在課程設(shè)計選題和內(nèi)容上，從行業(yè)發(fā)展方向出發(fā)，緊跟資源專業(yè)科研發(fā)展前沿，調(diào)研并總結(jié)近3年資源專業(yè)學(xué)生就業(yè)實際情況，提出課程設(shè)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(tǒng)一題目變革為多題目，以小組為單位，小組人數(shù)3～4 人不等（根據(jù)當(dāng)年選課人數(shù)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(chǎn)線工藝設(shè)計”、“30 萬t/a 礦渣粉磨工藝設(shè)計”、“預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁廠工藝設(shè)計”、“太陽能電池生產(chǎn)線工藝設(shè)計”等。選擇老師提供的設(shè)計題目時，學(xué)生可充分考慮自己今后工作性質(zhì)及個人興趣，在設(shè)計過程中，鼓勵學(xué)生的自主創(chuàng)新，其中工藝/車間流程及生產(chǎn)主輔設(shè)備選型等環(huán)節(jié)，老師適時地給學(xué)生予以指導(dǎo)。根據(jù)實施教改后的學(xué)生反饋數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示：興趣度明顯提升，學(xué)生個人獨立完成情況良好。達(dá)到了教學(xué)大綱對于工藝課程設(shè)計的要求及與學(xué)生的專業(yè)方向和就業(yè)實際緊密聯(lián)系等幾方面的預(yù)期目標(biāo)。

2.2 基于設(shè)計題目的專題教學(xué)組織

與傳統(tǒng)專業(yè)理論課程模式“教師講授—學(xué)生聽講”的被動、機械的既定教學(xué)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(jìn)而調(diào)整改進(jìn)教學(xué)組織模式。工藝課程設(shè)計的教學(xué)組織流程階段可劃分為：布置設(shè)計題目—調(diào)研、查閱資料，制作ppt—專題匯報及自由發(fā)言互動—總結(jié)與建議—重/難點講解—工藝設(shè)計、設(shè)計繪圖及撰寫說明書等環(huán)節(jié)。

改革后的教學(xué)組織流程優(yōu)點在于：提高學(xué)生課上和課下的學(xué)習(xí)效率，師生角色的不斷轉(zhuǎn)換和緊密互動關(guān)聯(lián)貫穿教學(xué)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(jìn)化為參與者、引導(dǎo)者和促進(jìn)者。作為參與者，在設(shè)計過程中教師參與其中，并及時掌握學(xué)生設(shè)計進(jìn)度和需求，創(chuàng)造學(xué)生無拘無束地與教師討論和交流的環(huán)境和機會，鼓勵學(xué)生大膽表達(dá)自己的想法。作為引導(dǎo)者，教師依賴于自己專業(yè)知識積累和經(jīng)驗，在需要時答疑解惑。作為促進(jìn)者，在師生之間互動過程中，針對學(xué)生遇到困難和壓力，恰當(dāng)干預(yù)，盡力疏導(dǎo)解決；幫助學(xué)生處理好同學(xué)之間的人際交往關(guān)系，旨在培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和全局觀念。

2.3 搭建“專業(yè)實踐需求（或問題）”為導(dǎo)向的內(nèi)容架構(gòu)

作為資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)而言，其培養(yǎng)方案里所設(shè)立的課程眾多，涵蓋了本專業(yè)所需要的所有基礎(chǔ)和專業(yè)知識，《工藝課程設(shè)計》要求學(xué)生將理論應(yīng)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(dǎo)學(xué)生，從專業(yè)設(shè)計問題（需求）著手，采用研討的方式，旨在打破傳統(tǒng)專業(yè)理論課程體系中“基礎(chǔ)準(zhǔn)備—原理/方法/原則—實踐/案例應(yīng)用分析”的順序知識講授，在實踐需求引導(dǎo)和驅(qū)動下，將專業(yè)知識點和教學(xué)安排順序進(jìn)行拆解并重組使其模塊化，再通過設(shè)計題目整合集成知識模塊，串聯(lián)各教學(xué)環(huán)節(jié)，形成實踐導(dǎo)向、題目、研學(xué)一體的教學(xué)模式。

工藝課程設(shè)計任務(wù)包括：確定生產(chǎn)工藝流程，確定產(chǎn)品配料、熱工參數(shù)等，質(zhì)量和能量平衡計算、主輔機設(shè)備計算及選型，環(huán)保安全措施等，編寫設(shè)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(huán)節(jié)。其中，質(zhì)量和能量平衡計算、主輔機設(shè)備計算及選型都是圖紙繪制的基礎(chǔ)。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(yè)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(yīng)用需求及時在設(shè)計課訓(xùn)練中得以強化，建立起從“理論認(rèn)知”到“實踐應(yīng)用”環(huán)節(jié)的快速通道。

2.4 借助科研服務(wù)平臺等資源，增加學(xué)生科研實踐，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新思維

西安建筑科技大學(xué)設(shè)有資源循環(huán)科學(xué)與工程二級學(xué)科博士點和二級學(xué)科碩士點各1 個，擁有“生態(tài)建筑材料國家地方聯(lián)合工程研究中心”和“中國循環(huán)經(jīng)濟工程技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心”。通過設(shè)置“資源循環(huán)科學(xué)與工程創(chuàng)新實踐”環(huán)節(jié)，使學(xué)生參與到教研室教師承擔(dān)的科研項目和企業(yè)技術(shù)服務(wù)項目中去，利用課余時間和假期開展科研實訓(xùn)，改善學(xué)生專業(yè)“見識淺”，開拓其視野，這些體驗和經(jīng)歷能夠豐富學(xué)生工程實踐閱歷，激發(fā)學(xué)生專業(yè)熱情，對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供契機和土壤。

2.5 注重過程和科學(xué)考核方式

課改前，課程設(shè)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%?？紤]到專題研討教學(xué)環(huán)節(jié)引入，重新科學(xué)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(xiàn)為依據(jù)，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(xué)生明晰了設(shè)計的全過程，在過程中為成果奠定了基礎(chǔ)，并實實在在地考察和培養(yǎng)了學(xué)生理論應(yīng)用于實踐的能力。

3 課程教學(xué)改革的體會

《工藝課程設(shè)計》是一門集實踐性和實用性于一體的專業(yè)基礎(chǔ)課程。工藝課程設(shè)計重在培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、具備設(shè)計本專業(yè)領(lǐng)域復(fù)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(yè)實踐需求（或問題）”為引導(dǎo)和驅(qū)動的知識思維架構(gòu)，借助科研服務(wù)平臺等資源，增加學(xué)生科研實踐，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新思維，以及注重過程和科學(xué)考核方式幾項措施，開闊學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生自學(xué)和研討展示興趣，通過課程設(shè)計訓(xùn)練，提升學(xué)生思辨應(yīng)答、團隊合作等綜合素質(zhì)能力，為學(xué)生今后專業(yè)課程研修、畢業(yè)設(shè)計以及就業(yè)打下堅實基礎(chǔ)。