“資源循環工程設計”課程建設探索與實踐

馬立文 席曉麗 王曼

[摘 要] “資源循環工程設計”課程是資源循環科學與工程專業的一門特色工科專業課。通過工程設計專業知識、設計案例及設計實操三個維度的教學內容，運用多媒體資源、實例訓練和設計實習等教學方法，使學生掌握資源循環工程設計的基本技能，具備分析和解決資源循環工程實際問題的初步能力，提升綜合學習和團隊協作能力。“資源循環工程設計”課程建設的探索與實踐，為進一步推進教學改革奠定了基礎。

[關鍵詞] 資源循環;工程設計;教學內容;教學方法

[基金項目] 2019年度北京工業大學優質綜合設計類課程建設項目“資源循環工程設計課程”（048000514120513）

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

[中圖分類號] G642.3? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）21-0097-04? ?[收稿日期] 2020-09-03

資源循環利用是指根據資源的成分、特性和賦存狀態，對自然資源綜合開發、原材料充分加工利用和廢物回收再生利用，通過各環節的反復回用，發揮資源的多種功能，使其轉化為社會所需物品的生產經營行為[1]。隨著我國經濟的持續發展，資源和環境的約束日益突出，大力推進資源循環產業，已經成為共識[2]。資源循環利用是國家鼓勵發展的戰略性新興產業，對于建設資源節約型和環境友好型社會具有重要意義。北京工業大學資源循環科學與工程專業自2011年獲批設立，依托本校有色金屬二次資源循環再造的科研優勢，開設了一系列材料、冶金類基礎及專業課程，提升學生在本領域的理論知識水平，培養學生的工程設計和創新實踐能力。工程設計類課程是工程專業學生運用學科和技術基礎知識解決復雜工程問題的綜合性課程，是培養未來工程師職業能力、職業素養和職業操守的核心環節[3]。“資源循環工程設計”是屬于資源循環科學與工程本科專業的工程設計類課程。以有色冶金工廠設計為參考[4]，學習廢棄有色金屬循環再利用工程設計的基礎概念、工藝流程設計的基本原則和方法、資源循環過程的質量和能量衡算、設備選型計算與設計、廠址選擇、車間配置設計、管道設計、范例研究等，培養學生資源循環工程設計的初步能力，為將來從事工程設計工作奠定基礎。

本文從課程特點、教學內容、教學理念和設計、教學方法手段、教材建設、網絡教學資源建設、師資隊伍建設、實驗教學改革等方面對“資源循環工程設計”課程建設的探索與實踐進行了討論和總結。

一、“資源循環工程設計”課程的特點

“資源循環工程設計”課程是北京工業大學資源循環科學與工程本科專業的必修課，其特點是將資源循環工藝設計、冶金計算與設備選型等關鍵模塊緊密結合，著重介紹資源循環工廠設計的基本概念、基本原理和基本方法，使學生具備分析和解決資源循環工程實際問題的初步能力，并能進行資源循環工廠的設計（包括工藝流程設計、質量和能量衡算、設備選型計算、廠址選擇、車間配置設計和管道設計等）。學生通過本課程的學習，支撐以下畢業要求的達成：（1）掌握工程設計和材料開發全周期、全流程的基本設計、開發的方法和技術，了解影響設計目標和技術方案的多因素影響。（2）能夠針對資源循環工程實踐中組分—工藝—性能—環境影響—經濟成本之間可能出現的相互矛盾與沖突問題，完成單元工序或設備部件的設計。（3）在設計中能夠考慮社會、健康、安全、法律、文化、環境等因素。（4）了解專業常用的現代儀器、信息技術工具、工程工具和專業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的軟件工具、數據技術、網絡資源、分析儀器等現代工程和信息技術工具對資源循環流程、再生材料或產品組分、性能設計、循環技術研發、工藝及設備選擇、環境影響評估等復雜工程中的問題進行分析、計算、設計與優化。（6）善于與團隊其他成員合作共事，分享信息，完成所分配的任務，并在此基礎上發揮領導作用，組織協同工作的開展。最終使學生全面了解資源循環工程設計過程，掌握利用資源循環工程設計的基本原理和使用原理分析問題、解決問題的方法，幫助學生樹立工程應用意識，并使學生掌握工程設計的方法和過程。

二、教學內容

依據資源循環科學與工程專業的特點，依托北京工業大學國家重點學科材料學及新型功能材料教育部重點實驗室的特色優勢，充分利用北京工業大學在有色金屬資源循環領域的科學研究優勢，在學校和學部對資源循環科學與工程專業大力投入的基礎上，積極擴展“資源循環工程設計”課程內容，在教學內容安排上進行創新，突出“內容系統、注重實踐、結合實例”的特色。“內容系統”是指課程深度結合本專業有色金屬資源循環原理及工藝過程，對工廠設計的質量和能量衡算、設備選型計算、廠址選擇、車間配置設計及管道設計等進行全方位的介紹，使學生對工程設計有完整系統的認識;“注重實踐”是指在課程內容的安排方面，進行大量設計類計算的講解與聯系，通過將大型設計任務分解為具體工段單元，進行精講精練，強化設計技能的學習;“結合實例”是指依托北京工業大學一系列產學研科技轉化項目，讓學生通過典型案例，學習工程設計知識，并可以在本校自主研發的稀缺金屬資源循環工業過程優化系統中試平臺上進行觀摩實操。通過上述三個層次的創新性安排，使得本課程的教學內容相比同類工程設計課程更具實踐性和新穎性，開拓了學生的視野，增強了學生對科技轉化為生產力的課本層面及實物層面的認識。

三、教學理念和設計

“資源循環工程設計”課程的教學理念是注重實踐、強調創新、師生互促。具體體現在以下方面：（1）以工程實踐為指導。將資源循環工程設計的實踐教學建立在理論教學基礎之上，為理論的延續、擴展和深化提供保障，實踐教學課堂是理論聯系實際、培養學生掌握科學方法和提高動手能力的重要平臺。通過構建理論與實踐相結合的協同教學模式，提升學生的工程設計能力和解決復雜工程問題的能力。（2）以能力提升為根本。擺脫“填鴨式”知識教學，通過講解與提問、情景模擬等啟發學生自主思考，開展設計任務競賽，利用小組協作的方式，鍛煉學生團隊協作、口頭和書面交流表達能力，通過設計軟件等實用工具擴展教學，提升學生利用工具解決問題的能力，激發學生的創新熱情。（3）以師生互動為保障。教學相長，教師適時補充教學案例，及時更新前沿知識，不斷總結知識點和設計技巧，及時反饋給學生，同時建立師生定期交流的模式，及時收集學生對課程及課堂學習的各種反饋，并持續改進。利用網絡資源，建立師生交流網絡課程學習小組，增加資源共享程度和互動，激發學生課上和課下學習的主動性，鼓勵學生依托課程的專業知識參與創新創業項目。