基于“新工科”创新人才培养的资源循环科学与工程专业教学体系建设

刘 晨,高 悦,岳钦艳*,王 燕,李 倩,高宝玉

(1.山东大学(青岛) 本科教育办公室,山东 青岛 266237;2.山东大学 环境科学与工程学院,山东 青岛 266237)

资源循环科学与工程专业涉及到环境工程、化学工程与工艺、应用化学、材料科学与工程、机械制造及其自动化、电子信息工程等多个学科,是典型的多学科交叉型专业。为了培养适应“新工科”背景具备资源循环创新理念的高素质复合型人才,10多年来,各学校在原有专业基础上形成了具有不同特色的资源循环科学与工程专业教学体系,并在教学实践中不断完善。为了完善对专业应用型创新人才的全方位培养,经过多年的课程建设与教学实践,形成了特色鲜明的“课堂教学—实践教学—工程设计—科技创新”的多元化教学体系。

山东大学的资源循环科学与工程专业是在山东大学环境科学与工程学院的基础上建立的,师资力量雄厚。专业依据我校已有的教学基础,通过设立通识教育课程、学科基础平台课程、专业基础课程以及实践课程等必修课程,并结合通识教育选修课程和专业选修课程,建设成具有环境保护特色的资源循环科学与工程专业的课程体系。使学生建立与资源循环相关的基本理论知识框架,在此基础上培养学生的动手能力、实践能力和创新能力。

1 课堂教学

资源循环专业涉及到多个学科和多个方向,具有综合性和多样性的特点,通过以下措施不断丰富教学内容：①资源循环作为一个新的专业,缺乏相关的专业教材,因此在教材的选用以及教学内容的完善方面,授课教师及时跟踪国家的新政策、新标准和新技术,把多种相关教材、学术界著名学者出版的专业书籍、各行业资源化前沿领域的管理要求、科研成果和论文内容等,不断补充完善到课堂教学中。②教师随时随地搜集有关资源循环的资料和案例,在与相关科研部门和企业合作的过程中,把获得的第一手有关资源循环的现场资料和案例,带到课堂上介绍给学生,有利于学生了解技术发展潮流,提高解决实际问题的兴趣。③授课教师多年来一直工作在科研和实际应用第一线,在与国内外同行的交流中,把自己的科研新成果、会议上获得的新技术和新发现及时融合到课堂上,在相关的章节进行穿插讲授。

在教学过程中,注重课程学习与学生能力的培养,在保证教学内容的前提下,丰富教学形式,完善资源循环的课程体系。在课堂讲授的基础上,结合多媒体影音资料、网络资源、工程现场实地考察等多种教学形式,适时地补充新的教学信息,让课本理论知识更加生动;在教学形式上,积极进行教学方法和评价体系的改革创新,鼓励教师采用翻转课堂、小组讨论等教学形式,增加与学生的互动环节,从传统的以教师为核心逐步转向以学生为核心的教学形式,以提高学生对理论知识的理解、搜集文献能力、分析和总结文献信息、自主创新能力、动手操作能力、实践运用能力、沟通协作能力、演讲展示能力和团队协作能力等。

2 实践教学

资源循环科学与工程专业是一类工程性较强的应用型学科,要求学生具有较强的实践能力。在所学各门基础课和专业课程的基础上,在山东大学教学改革项目《资源循环科学与工程新专业实践教学体系建设》和《新工科背景下“五位一体”创新实践教学模式的探索——基于污染控制与资源循环综合实验建设》及多个实验室软件建设项目的支持下,教学团队充实了专业基础实验课中资源化的实验,开设了资源专业本科生的综合性专门化实验课程,并建立多个实践基地进行产学研合作,完善了资源专业的实践教学体系,对本科生的创新能力、实践技能和解决复杂工程问题能力的培养和提高起到了重要作用。

2.1 专业基础课程教学实验的充实

结合资源专业的特点,在专业基础课程中增加资源化的实验。如在固体废物处理处置与资源化课程的实验中,教学团队根据课程特点,将长期研究出的有关资源化的科研成果进行了梳理和总结,在学校实验室软件建设项目的支持下,形成了多项适合为资源专业本科生开设的教学实验项目,充实到资源循环科学与工程新专业的基础实验教学中。课题组陆续开发的教学实验室软件建设项目和多个基础教学实验,充实到本科生必选实验或自选实验中,取得了很好的教学效果。

2.2 综合性专门化实验课程的建设

为了提高资源专业本科生解决复杂工程问题的能力,开设了资源专业本科生的创新性专门化实验课程。通过充分的调研,根据资源循环科学与工程专业的特点,依托所承担的多项国家级、省部级科研成果,结合社会需求,精心挑选了与理论课相适配、与工程实际相结合的实验内容,创设了多个具有一定技术水平的综合性特色实验项目。在此基础上,进一步完善了资源专业专门化教学实验课程体系。本科生通过对每一个实验的操作,能够全面理解和掌握废水和固体废物等资源化的方法和理论,对开拓学生思维、提高学生的科研能力和解决复杂工程问题的能力发挥了非常重要的作用。

2.3 建立实践基地,促进实践改革

在实践环节,加强产学研合作,建立了有关工业固体废物、农业固体废物、污泥、生活垃圾等多个再生资源处理与利用的实践教学基地,实现“校企结合、学用融合”。与相关企业签订了实训基地协议、基地挂牌、并加大宣传力度,加大学校、企业的投入。聘请基地的业务骨干为本科生做讲座和案例授课,鼓励企业共建实训基地的同时,在学院设立奖学金,支持优秀学生更好地完成学业,提高人才培养的质量。该教学措施为学生开拓了视野,提供了接触社会的机会,进一步加深了学生对所学理论知识的认识和理解。

3 工程设计课程

为了提高学生的设计能力和工程思维,教学团队在教学大纲和教学计划的设置与安排上,开设了本科生的设计课程如化工原理设计课、固体废物资源化设计课、废水资源化设计课、生物质能源工程设计课等,在各门课程中着重增加了资源化工艺设计课程的比例,在可再生可回收资源如废水、废气、工业固废、生物质利用等方面涵盖了资源化技术的多个领域。目前,已经为多届资源专业本科生开设了以废水中重金属分离、提纯、再利用工艺的资源循环工程设计,以大豆蛋白废水处理与再利用的废水资源化设计课程,以工业固废资源利用为目标的燃煤矸石的循环流化床锅炉设计课程,以生物质能源资源利用为目的的畜禽粪便发酵及沼气利用设计课程等。

在设计过程中,还组织学生带着设计中的问题配合相关课程到企业参观实习。如在进行畜禽粪便发酵及沼气利用课程设计的过程中,组织学生到相关企业参观实习。学生对于这种教学方式非常感兴趣,自发组成了项目小组,通过分头查阅资料,整理相关的知识内容、企业概况和生产工艺,对将要参观的现场都有了初步的了解,更有利于发现问题,找到与工程技术人员交流的话题。参观完成后,每个学生根据自己总结实习的感受、发现的问题,在提交设计报告的基础上,对所设计的课题有了更深一步的理解,知识点得到了进一步的拓展,更有利于全面掌握相关领域的知识。

4 科技创新

资源循环科学与工程是一个实践性很强的专业。通过课堂理论知识的传授,教学实验的开展以及校企结合的各种活动,大大激发了广大学生科研和创新的积极性,许多学生积极申请进入各专业实验室开展课外科技创新实践活动,参与各项科研项目的研究。学生根据自己学到的知识和科研兴趣,结合目前各行业存在的环境问题,自行提出题目并在教师的指导下设计实验方案,在实验室中开展并完成实验研究。如在工业水处理、固体废物处理处置与资源化课程的基础上,学生开展了多个国家级、省级创新实验项目,本科生经历了立题、论证、实验、结题、撰写完整的技术报告及汇报等全部环节,有效训练了学生自主创新、自主学习、团队沟通与协商、解决复杂工程问题的能力。

结合国家、山东省和山东大学开展的各项大学生课外科技活动的开展,学生积极参加挑战杯竞赛、节能减排大赛、社会实践评比、科普创意大赛、科技创新大赛等,获得了多项国家级奖励和省级奖励,成绩斐然。依托污泥陶粒项目,成立的“济南高岳环保技术有限公司”获得第八届“挑战杯”山东大学学生创业计划竞赛国家金奖,“超轻污泥陶粒—绿色相变储能材料的制备及应用”项目获得第五届全国大学生节能减排大赛国家银奖。在对电子固体废物处理与资源化研究的基础上,本科生以“节”外生污,如何保“节”治污?“节能灯回收处理问题探究与方案设计”项目参加了“第八届全国大学生节能减排——社会实践与科技竞赛”,获得了一等奖;基于生物质活性炭的研发项目“废弃禽羽制备活性炭”获得了第七届(金川杯)“全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛”全国一等奖等。

5 结语

在新时代背景条件下,要满足我国对高素质专业应用型人才全方位培养的需求,建立“课堂教学—实践教学—工程设计—科技创新”的多元化教学体系非常必要。该教学体系的实施,有利于激发学生的学习热情、开拓学生的思维,大大提高学生的实践技能、创新能力、科研能力和解决复杂工程问题的能力,为21世纪“新工科”创新型优秀人才的培养发挥了重要作用。