“资源循环工程设计”课程建设探索与实践

马立文 席晓丽 王曼

[摘 要] “资源循环工程设计”课程是资源循环科学与工程专业的一门特色工科专业课。通过工程设计专业知识、设计案例及设计实操三个维度的教学内容，运用多媒体资源、实例训练和设计实习等教学方法，使学生掌握资源循环工程设计的基本技能，具备分析和解决资源循环工程实际问题的初步能力，提升综合学习和团队协作能力。“资源循环工程设计”课程建设的探索与实践，为进一步推进教学改革奠定了基础。

[关键词] 资源循环;工程设计;教学内容;教学方法

[基金项目] 2019年度北京工业大学优质综合设计类课程建设项目“资源循环工程设计课程”（048000514120513）

[作者简介] 马立文（1982—），女，湖南湘潭人，工学博士，北京工业大学材料与制造学部副教授，主要从事有色金属循环再造研究;席晓丽（1975—），女，山西垣曲人，工学博士，北京工业大学材料与制造学部教授（通信作者），主要从事资源循环理论与技术研究;王 曼（1987—），女，河北保定人，工学博士，北京工业大学材料与制造学部助理研究员，主要从事高性能金属结构材料研究。

[中图分类号] G642.3   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）21-0097-04   [收稿日期] 2020-09-03

资源循环利用是指根据资源的成分、特性和赋存状态，对自然资源综合开发、原材料充分加工利用和废物回收再生利用，通过各环节的反复回用，发挥资源的多种功能，使其转化为社会所需物品的生产经营行为[1]。随着我国经济的持续发展，资源和环境的约束日益突出，大力推进资源循环产业，已经成为共识[2]。资源循环利用是国家鼓励发展的战略性新兴产业，对于建设资源节约型和环境友好型社会具有重要意义。北京工业大学资源循环科学与工程专业自2011年获批设立，依托本校有色金属二次资源循环再造的科研优势，开设了一系列材料、冶金类基础及专业课程，提升学生在本领域的理论知识水平，培养学生的工程设计和创新实践能力。工程设计类课程是工程专业学生运用学科和技术基础知识解决复杂工程问题的综合性课程，是培养未来工程师职业能力、职业素养和职业操守的核心环节[3]。“资源循环工程设计”是属于资源循环科学与工程本科专业的工程设计类课程。以有色冶金工厂设计为参考[4]，学习废弃有色金属循环再利用工程设计的基础概念、工艺流程设计的基本原则和方法、资源循环过程的质量和能量衡算、设备选型计算与设计、厂址选择、车间配置设计、管道设计、范例研究等，培养学生资源循环工程设计的初步能力，为将来从事工程设计工作奠定基础。

本文从课程特点、教学内容、教学理念和设计、教学方法手段、教材建设、网络教学资源建设、师资队伍建设、实验教学改革等方面对“资源循环工程设计”课程建设的探索与实践进行了讨论和总结。

一、“资源循环工程设计”课程的特点

“资源循环工程设计”课程是北京工业大学资源循环科学与工程本科专业的必修课，其特点是将资源循环工艺设计、冶金计算与设备选型等关键模块紧密结合，着重介绍资源循环工厂设计的基本概念、基本原理和基本方法，使学生具备分析和解决资源循环工程实际问题的初步能力，并能进行资源循环工厂的设计（包括工艺流程设计、质量和能量衡算、设备选型计算、厂址选择、车间配置设计和管道设计等）。学生通过本课程的学习，支撑以下毕业要求的达成：（1）掌握工程设计和材料开发全周期、全流程的基本设计、开发的方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的多因素影响。（2）能够针对资源循环工程实践中组分—工艺—性能—环境影响—经济成本之间可能出现的相互矛盾与冲突问题，完成单元工序或设备部件的设计。（3）在设计中能够考虑社会、健康、安全、法律、文化、环境等因素。（4）了解专业常用的現代仪器、信息技术工具、工程工具和专业模拟软件的原理和使用方法，并理解其局限性。（5）能够选择与使用恰当的软件工具、数据技术、网络资源、分析仪器等现代工程和信息技术工具对资源循环流程、再生材料或产品组分、性能设计、循环技术研发、工艺及设备选择、环境影响评估等复杂工程中的问题进行分析、计算、设计与优化。（6）善于与团队其他成员合作共事，分享信息，完成所分配的任务，并在此基础上发挥领导作用，组织协同工作的开展。最终使学生全面了解资源循环工程设计过程，掌握利用资源循环工程设计的基本原理和使用原理分析问题、解决问题的方法，帮助学生树立工程应用意识，并使学生掌握工程设计的方法和过程。

二、教学内容

依据资源循环科学与工程专业的特点，依托北京工业大学国家重点学科材料学及新型功能材料教育部重点实验室的特色优势，充分利用北京工业大学在有色金属资源循环领域的科学研究优势，在学校和学部对资源循环科学与工程专业大力投入的基础上，积极扩展“资源循环工程设计”课程内容，在教学内容安排上进行创新，突出“内容系统、注重实践、结合实例”的特色。“内容系统”是指课程深度结合本专业有色金属资源循环原理及工艺过程，对工厂设计的质量和能量衡算、设备选型计算、厂址选择、车间配置设计及管道设计等进行全方位的介绍，使学生对工程设计有完整系统的认识;“注重实践”是指在课程内容的安排方面，进行大量设计类计算的讲解与联系，通过将大型设计任务分解为具体工段单元，进行精讲精练，强化设计技能的学习;“结合实例”是指依托北京工业大学一系列产学研科技转化项目，让学生通过典型案例，学习工程设计知识，并可以在本校自主研发的稀缺金属资源循环工业过程优化系统中试平台上进行观摩实操。通过上述三个层次的创新性安排，使得本课程的教学内容相比同类工程设计课程更具实践性和新颖性，开拓了学生的视野，增强了学生对科技转化为生产力的课本层面及实物层面的认识。

三、教学理念和设计

“资源循环工程设计”课程的教学理念是注重实践、强调创新、师生互促。具体体现在以下方面：（1）以工程实践为指导。将资源循环工程设计的实践教学建立在理论教学基础之上，为理论的延续、扩展和深化提供保障，实践教学课堂是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台。通过构建理论与实践相结合的协同教学模式，提升学生的工程设计能力和解决复杂工程问题的能力。（2）以能力提升为根本。摆脱“填鸭式”知识教学，通过讲解与提问、情景模拟等启发学生自主思考，开展设计任务竞赛，利用小组协作的方式，锻炼学生团队协作、口头和书面交流表达能力，通过设计软件等实用工具扩展教学，提升学生利用工具解决问题的能力，激发学生的创新热情。（3）以师生互动为保障。教学相长，教师适时补充教学案例，及时更新前沿知识，不断总结知识点和设计技巧，及时反馈给学生，同时建立师生定期交流的模式，及时收集学生对课程及课堂学习的各种反馈，并持续改进。利用网络资源，建立师生交流网络课程学习小组，增加资源共享程度和互动，激发学生课上和课下学习的主动性，鼓励学生依托课程的专业知识参与创新创业项目。