资源循环科学与工程专业实验教学体系优化

［摘 要］ 实验教学体系是高校实施质量工程的重要组成部分。以“工程教育认证”为导向，以本科专业类教学质量国家标准为依据，对资源循环科学与工程专业的实验教学体系进行了优化，构建了验证与演示性的专业基础实验、综合与设计性的专业方向实验、创新与探索性的综合实验以及以延伸和补充学生能力为目的的拓展实验，形成实验项目数逐级减少、学生学习能力不断增强的阶梯式实验教学新体系，为资源循环科学与工程专业顺利通过“工程教育认证”提供支撑条件。

［关键词］ 工程教育认证；资源循环科学与工程；阶梯化体系

［基金项目］ 2020年度西安建筑科技大学一流专业建设项目“资源循环科学与工程专业方向实验教学体系完善”（YLZY0502S02）；2020年度西安建筑科技大学一流专业建设项目“资源循环科学与工程专业实验教学体系研究与建设”（YLZY0502Z02）

［作者简介］ 周 媛（1978—），女，陕西西安人，工学硕士，西安建筑科技大学材料科学与工程学院工程师（通信作者），主要从事实验室教学与管理研究；李 辉（1971—），女，陕西西安人，工学博士，西安建筑科技大学材料科学与工程学院教授，主要从事资源循环科学和工程教学与管理研究；郑武魁（1983—），女，陕西西安人，工学博士，西安建筑科技大学材料科学与工程学院副教授，主要从事资源循环科学和工程教学与管理研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）43-0137-04 ［收稿日期］ 2022-09-21

引言

工程科技人才是世界各国应对政治、经济、科技、文化及生态环境挑战的中坚力量，这种中坚力量的数量和质量却面临不断下滑的现状［1］。基于此背景，专业认证机构针对高等教育部门设立了工程教育的专门性认证，即工程教育专业认证。工程教育专业认证强调以学生为中心，以学生的学习质量为重心，目的在于审核毕业生是否达到相应行业既定的质量标准。工程教育专业认证重视在办学一定阶段后对教育教学质量、办学成果、成效等进行周期性的“产出性再认证”［2］。工程教育认证是工程教育质量获得国际通行的保障制度，也是实现工程教育和工程师资格国际互认的重要途径［3-5］。若将高等教育的专业发展与工程认证进行衔接，一方面可以提升专业内涵、提高人才培养质量；另一方面也能够提升专业知名度，有助于工程“毕业生”获得国际通行的执业资格。可见，工程教育专业认证在促进高等教育发展、提升教育质量方面有重要的意义［6］。

资源循环科学与工程专业是为了满足国家节能减排、低碳经济及循环经济等战略性新兴产业对高素质人才的迫切需求于2010年设立的新兴交叉学科专业，涉及环境科学、经济、管理等诸多学科的交叉与融合［7］，属于厚基础、重实践、强能力的应用型学科。西安建筑科技大学资源循环科学与工程专业于2011年获批设立，本专业旨在培养熟悉资源—产品—再生资源—产品的多向式资源循环与经济可持续发展规律，充分掌握资源循环利用技术的基本原理和与其相关的化学、过程工程、材料制备工艺与装备、材料服役性能及环境影响等方面的基础知识和基本理论，了解资源循环科学与工程技术的发展动态和学科前沿，培养具有创新创业意识、跨文化交流能力、解决资源综合利用方面的科学与工程实际问题的能力，能在资源循环利用、材料科学与工程、环境保护等相关领域从事科学研究、工程技术开发、工艺流程设计、生产过程操作和管理、项目管理等方面工作的创新型、应用型高级专门人才。该校的资源循环科学与工程专业主要依附原材料科学与工程专业承办［8］，隶属于化工制药类，以固体废弃物的综合利用为专业特色，目前，此专业属于四星级专业。此专业的实验教学也一直依附于原材料专业的实验教学条件展开。经过几年的教学实践，逐步发现现有的实验教学体系存在以下问题：专业方向实验教学项目数较少，综合性与设计性实验占比较低，实验教学体系与原材料专业的实验教学体系重合度较高，未体现本专业特色等，已不能适应工程教育发展的要求。因此，如何架构体现我校资源专业特色的实验教学体系，满足工程教育认证的要求，成为亟待解决的问题。

本文以西安建筑科技大学资源循环科学与工程专业为研究对象，提出“工程教育认证”背景下，该专业实验教学体系优化的具体思路和方案，为本专业顺利通过工程认证提供支撑条件。

一、阶梯式实验教学体系的设计思路

在重新对现有资源专业实验教学体系进行梳理的基础上，依据成果（目标）导向机制，对该专业的实验教学体系进行反向设计。结合毕业要求、对应知识能力的要求、理论课程教学知识点的分布，重新架构了专业基础实验、专业方向实验、综合性实验以及拓展性实验四个阶段阶梯式实践教学平台（如图1所示），并对每个阶段的实验类型、教学方式和学生学习能力的培养提出了具体要求。

（一）专业基础实验项目的设计

专业基础实验以验证性与演示性实验为设计重心，兼顾综合性和设计性实验。专业基础实验占比达到国家的要求以及每门专业课中至少开设4个实验的要求。新实验教学体系以课程体系中专业课的具体教学内容和知识点的分布为设计依据，将基础实验部分分为传递工程原理基础实验、材料科学基础实验和材料研究方法基础实验三个实验板块。每个实验板块根据课堂理论教学的需求和学生能力培养考核点的具体要求合理规划实验内容。材料科学基础实验内容以固相反应、烧结为主，传递工程原理基础实验内容以传质、传热和燃烧为主，材料研究方法以材料制备中的原材料及成品的基本物理化学性质表征为主（具体实验内容见图1所示），实验类型的设置以达到国家标准中综合性、设计性实验占比大于60％的要求为目标。此实验项目设计的目的是使学生掌握以材料专业为背景的资源循环科学与工程专业的基础理论知识、学会常用仪器的使用、物质的定性与定量分析、基本物理量和基本化学参数的测定，让学生掌握分析材料的组成—结构—性质—应用之间的关系以及材料制备过程中动量、能量、质量的传递规律和影响传递效率的因素与原因，具备根据材料研发需要选择合理表征分析途径的专业素养。在此实验项目的实施过程中，以教师的讲授和演示为主，在学生理解基本的实验原理，熟悉基本操作和实验注意事项的基础上，以小组为单位进行实验操作，使学生学会如何解释实验现象、处理实验数据和分析实验结果，支撑培养目标中学生能够掌握扎实的专业理论知识，综合应用数学、自然科学、工程基础、专业知识、现代信息与测试技术等解决资源循环科学与工程领域的复杂科学与工程问题的能力。经过基础实验的训练，提高学生的动手能力、理解能力和分析能力，为后续进行专业实验奠定良好的基础。

（二）专业方向实验项目的设计

本专业原有的实验教学体系包括“固体流化床特性测定”“反应器内物料停留时间分布”两个实验项目，涉及“过程工程单元操作”这一门专业课程。综合考虑《材料类教学质量国家标准》和《化工制药类教学质量国家标准》的规定，该专业的专业实验教学体系存在以下问题。

1.实验项目数不达标。实验项目数达不到国家标准中专业实验不少于7个实验的标准，也不能完成至少1种材料的制备的规定。

2.实验内容不全面。无分离和资源加工工艺实验。

针对以上问题，依据本校资源专业的特点，新实验教学体系中专业实验的设计思路是以综合性、设计性实验项目的设计为重心，在产品设计、工艺分析以及产品加工等环节更贴近生产实际。面向固体废弃物综合利用的发展热点，依托本专业方向先进科研成果，以与本专业密切相关的学生需掌握的新材料的基本工艺和技术为重点。因此，新实验教学体系的开发增设了“离心泵性能测试及应用”“洞道干燥曲线的测定”“筛分效率测定实验”“固体废弃物的破碎与筛分”“固体废弃物的浮选与分离”“磁性物料分选回收”“简单固废利用”等7个综合性、设计性实验项目。以上实验项目的设计从原料的破碎、筛分到分选、回收，结合基础实验中对原料基本物理化学性质的分析，从而形成了较为完整的物料预处理和分析过程。新增的专业实验项目一方面弥补了原有综合性、设计性实验项目较少，涉及材料和工艺方法单一等缺陷，又在此基础上进一步明确了综合性与设计性实验的主体地位。在此实验项目的实施过程中，要求学生根据教师设定的实验内容自行设计实验参数，并对实验结果进行分析总结，本实验模块为学生提供思考、钻研、动手实践的机会，充分锻炼学生在学习专业知识过程中解决本专业领域的复杂工程问题，培养学生综合利用所学的专业知识开发、选择并使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具综合设计、解决方案实际问题的能力，为进一步参加创新性、探索性实验打下坚实的基础。

（三）综合实验项目的设计

以创新性、探索性实验项目的设计为重心，充分利用本单位的科研设施，依托材料专业的先进科研成果，以固体废弃物综合利用为设计重点，开发系列新材料制备、资源加工工艺等实验项目。在此类实验项目的实施过程中，学生根据教师既定的实验内容范围、实验条件等，通过查阅相关的文献资料，自行设计原则实验原材料、设计实验方案、选择实验方法、拟定实验操作程序，并在教师的指导下自行解决实验项目实施过程中所遇到的技术问题，完成实验内容、处理实验数据以及对实验结果进行分析、讨论和总结。通过这种未知结果的探究性实验，可让学生多角度、多方位地进行思考，激发学生对本专业新兴领域的研究兴趣，挖掘学生的知识潜力，有利于培养学生的探索、进取精神，增强学生的创新和创业意识。培养学生对资源综合利用实践中的材料产品、工艺流程、技术装备、环境影响进行研究、开发和综合设计的能力。培养学生对资源循环过程中涉及的技术组合、系统集成、生态关联等进行初步分析的能力，培养学生的创新意识、团队合作意识，让学生具备终身学习、自我提升、跨文化交流、组织协调和在多领域团队中行使职责的能力。此实验项目的设计在于使学生了解并掌握本专业技术发展前沿的基础上，为学生将来的毕业设计，从事资源循环科学与工程领域的设计、研究和开发等工作以及今后研究生阶段的学习奠定基础。

（四）拓展性实验项目的设计

针对“传递工程原理”“过程工程单元操作”“分析测试技术方法”三门基础课程以及“资源循环科学与工程原理”“固体废弃物资源化”等核心课程理论知识点多、知识点之间联系紧密的特点，根据其课堂教学内容知识点的分布增设“物料邦德粉磨功指数测定”“生态水泥材料的制备与性能检测”“工业固体废弃物水化活性测试与评价”“胶凝材料性能测试”“含尘气体粉尘浓度测定”“粉体物料比表面积测定”“固体材料的孔分布测定”“粉体物料的真密度测试”“粉煤灰中磁珠分选”“尾气中SOx与NOx测定”“可燃固体废弃物的热值检测”“城市生活垃圾的热解特性分析”等部分拓展性实验项目。为了拓展资源循环科学与工程专业学生的知识面，在固废综合利用的基础上设置了水污染处理、大气污染处理等实验项目，形成完整的固、液、气三废综合利用的实验体系，在拓展性实验项目的实施过程中，教师以讲授和引导为主，学生通过学习和操作能够掌握更多类型的分析测试技术以及多种废弃物综合利用的途径，丰富和充实了整个实验教学体系的内容，在全面提升学生能力以及扩大学生就业面方面具有重要的意义。

结语

“工程教育认证”引发的工程教育改革越来越受到教育界的关注，资源循环科学与工程作为新兴专业的领军专业，提高其工程科技人才的培养质量刻不容缓。本文提出的资源循环科学与工程专业的阶梯式实验教学体系可为本专业的工程教育认证建设、培养新型工程人才提供支撑，为资源循环科学与工程领域培养适用于工程技术、科学研究、管理与经营以及交叉行业的多样化人才奠定基础。

参考文献

［1］赵卫红.工程认证背景下精细化工专业实验教学改革［D］.兰州：西北民族大学，2017.

［2］杨跃.师范专业认证制度改革的现实困境与治理对策：基于新制度主义理论视角的分析［J］.现代教育管理，2018（2）：71-76.

［3］蒋廷臣，王秀萍，焦明连，等.测绘专业认证背景下的“GNSS测量原理与应用”课程教学研究［J］.测绘通报，2017（1）：154-156+160.

［4］曹清明，周文化，林亲录，等.以培养目标达成度为导向的食品营养学课程设计［J］.湖南科技学院学报，2017，38（7）：139-141.

［5］汪磊，石嵘，刘陕南.基于工程教育认证的《土力学与地基基础》教师队伍建设［J］.时代教育，2017（3）：115+124.

［6］侯江华.面向工程教育认证的专业改革与实践［D］.新乡：河南科技学院，2020.