基于工程背景教育的资源循环科学与工程专业创新实践体系构建及其应用*

李 良，胡志泉，白晓琳，关晓彤，张冬梅，樊中免，杨旭鹏

(沈阳工业大学，辽宁 辽阳 111003)

资源循环科学与技术学科是一门交叉学科，涉及环境工程、化学工程与工艺、应用化学、材料工程、机械制造及其自动化、电子信息工程等多个学科。主要研究废弃物资源再生利用技术、关键机械零部件再制造、再生材料的性能和应用、节能减排效益分析等相关资源循环的科学和技术问题，是国家鼓励发展的战略性新兴产业急需的新兴学科，对于建设资源节约型和环境友好型社会具有重要意义。

资源循环科学与工程专业秉持立德树人，满足国家节能减排、低碳经济、循环经济等战略性新兴产业对人才的需求，聚焦石化、化工、材料等技术在石化、化工、新材料、新能源等行业转型升级中的应用，培养德、智、体、美、劳“五育并举”的资源循环类高素质技术应用型高级专门人才。专业核心课程包括四大化学、资源微生物学、化工原理、化学反应工程、污水处理及资源化、废弃高分子材料及资源化等理论课程；以及废弃物资源化课程设计、资源循环过程实训、专业综合实验等实践类课程，并且把这些课程作为创新创业基础课程。仅仅开设这些课程，还无法做到与时俱进，紧紧跟随十九大、国家十四五规划的步伐，为弥补这种缺陷，构建了创新实践教学体系。在实践教学过程中，遇到了诸多问题。例如，专业综合实验过程中，学生确定目标之后，涉及工艺设计、环境监测、产品表征、设备选择、管路拆装、电路控制、电工电子等知识。课外科技竞赛时，也经常碰到这类情况。为解决上述问题，本团队在2014年提出多学科多专业联合实践教学，于2019年组建创新实践基层教学组织，构建了基于工程背景理念[1-5]的实践创新体系，并将之应用于创新教育训练。

本专业创新实践教学体系的构建，其建设方向和重点主要放在国家安全、双碳计划以及国家“五位一体”战略之生态安全。研究内容涉及节能减排、水处理及资源化、废弃高分子资源化、生物质资源化、环境保护与可持续发展等方面，培养学生关注国家生态安全和资源安全。

1 创新实践体系构建的必要性

资源循环科学与工程专业创新实践教学体系构建的初衷是服务国家生态文明建设，确保国家资源安全和生态安全，进而实现可持续发展。因此，本体系构建是以下五个需要的必然。

1.1 是德育教育的需要

资源循环科学与工程专业的设立基于维护国家生态安全和资源安全以及环境保护与可持续发展。以十九大和十四五规划为契机，构建创新实践教学体系，拟进行以下德育教育：结合十四五规划，做好生态文明建设教育；结合“双碳”计划，做好节能减排教育；结合国家安全日，做好生态安全和资源安全教育。教育学生必须紧跟时代步伐，“勿以善小而不为”。以“无废校园”建设为契机，进行相关德育教育。

1.2 是个性化教育的需要

创新创业教育注重个性化培养，当学习目标确定之后，学生会专注于某些专业知识的强化学习，以便于为创新创业做好知识储备。教育学生做事需要专注，做好四年学习规划，确定学习目标，做到从一而终。例如水稻之父—袁隆平，一生投入到水稻的培育事业中。因此创新实践体系的构建是个性化教育的需要。

1.3 是体育教育的需要

在创新实践过程中可能需要远行去采集样品，无畏前路艰险，需要强大的体魄，团队中至少有一个这样的成员。例如，我们学校做精准扶贫工作，在做“因病致贫”调查时，为了查明到底什么原因致病，组织学生进行了一次样品采集，因为均在田间，车辆进不去，只能徒步进出。那次共采集土样20 kg，食材20 kg，水样25 L，走了近20 km的路程，还要将样品从一楼搬运到四楼，试想，没有强健的体魄，很难完成这样的工作。因此，创新实践体系的构建需要体育教育的配合。

1.4 是美育教育的需要

美育教育所述的美即“四美”，包括“心灵美、语言美、行为美、环境美”，本创新创业体系服务城乡乃至国家环境保护与可持续发展，需要进行美育教育，尤其是维护环境美。例如“十四五”节能减排综合工作方案提出“无废城市”建设，而我们从小事做起，提出“无废校园”建设，以学生为种子，将“无废”理念带到社会的每一个角落，以期服务“无废城市”建设，进而服务国家生态文明建设。

1.5 是劳动教育的需要

本创新实践体系指导学生如何做好实践规划、如何实施实践规划，这就需要进行劳动教育。有一句老话，“心往一处想，劲往一处使”，则事必成。劳动过程中，既有分工又有合作，既强调个性化，又强调团队意识，虽然每个学生、乃至每个团队的劳动内容、劳动量均不一致，看似各做各的，其实都在为一个目标努力。因此，劳动教育成为必须。

2 创新实践体系构建

2.1 制度建设

实践训练，安全先行；以人为本，安全第一，因此必须首先建立安全按制度。进入实验室的学生必须接受安全教育。模拟工厂的管理制度包括学生安全教育以及考试制度、学生签到制度、学生值班制度以及操作规程制度。安全教育之后，进行安全教育考试，必须达到满分才能进入实验室进行实验。

2.2 创新实践基层教学组织建设

2014年开始指导学生创新训练，教师团队主要以专业教研室教师为主，针对学生的指导群策群力，各负其责。另外，针对非专业知识，聘请外专业教师参与指导。教师之间互相学习，提高自身水平，真正实现多专业联合创新实践。例如，在创新训练中，专业教研室教师主要负责指导选题、实验方案设计与实施、文献检索与科技写作。在实施过程中，遇到自控问题，聘请自动化专业老师指导自控知识，物理教研室老师指导电工电子知识，装备专业老师负责设备选型及管路拆装，确保实践教学顺利进行。撰写材料，润色文字，由专业老师负责。

于2019年组建创新实践基层教学组织，成员包括化工、环境、机械、自动化等专业的老师，进一步明确了训练内容与形式，指导教师职责。

2.3 开放实验室

经学院批准，实验室面向学生创新团队全天候开放，随时进行实验。要求进入后必须严格执行签到制度、实验室安全制度和操作规程制度等。

2.4 课题来源

创新课题以国家规划热点问题为主，例如节能减排教育、污水处理及资源化、废弃高分子及资源化，将这些内容融入到实验教学中，并引导学生进行创新实践，为以后的工作和创业打下基础。主要过程包括从实验到毕业设计、从实验到创新训练，同时兼顾个性化培养。

3 创新实践体系应用

3.1 实现措施

学生入学之初，进行励志教育，做好四年规划，确定学习目标。结合专业特点，了解热点问题；结合自身兴趣，参加创新创业；结合创新教育，培养实践能力；结合创业教育，培养团队意识；结合校企合作，做到产学研用。

3.2 实施过程

指导学生做好大学四年的学习规划，结合专业特点，确定学业目标，为维护国家生态安全和资源安全而学习，融入与本专业有关的创新创业活动，进而在毕业之后能更好的服务社会和人民。在教师团队指导下，引导学生先创新、再创业。

3.2.1 组建创新团队，形成凝聚力

引导学生组建创新团队，要求团队成员有共同的兴趣爱好，并能够形成合力，成员之间做到互通有无。在团队中，队长具有一定的组织、协调和指挥团队开展工作的能力；成员具有独立或合作开展工作的能力，不能互相观望；至少有一名成员能就团队项目，以口头、文稿、图表等方式，准确表达自己的观点，回应质疑。

3.2.2 指导过程

教师团队引导学生学习国家和地方规划，了解本专业发展趋势和热点问题。灌输“先创新、再创业”理念，为创新创业打下基础。

创新团队，自由组合，提出创新目标，然后调研，与指导教师团队讨论，拟定研究课题，构建实验方法，然后实施，实施过程多数融入到实践教学环节。我们的具体做法是：在专业介绍和专业导论课程讲授过程中让学生了解自己的专业，做好四年规划，设定创新目标。在后续的实践学过程中，积极引导学生进行创新训练。同时教师团队对学生进行相关的文献检索、科研论文、结题报告、专利写作等方面的指导，既有统一讲授，又有单独指导，相辅相成。以资源微生物学课内实验为例，总学时24学时，1.5学分。其中验证型实验8学时，设计型实验16学时。“脂肪酸生产废水降解菌(群)的驯化、分离及应用”设计型实验，以辽阳市某脂肪酸厂生产废水为目标，该废水特点为高盐、高COD、高色度，以光合细菌为出发菌株，经过驯化与分离，得到了能够处理脂肪酸废水的耐盐光合细菌菌株，该菌株保藏在资源循环实验室。鉴于“脂肪酸生产废水降解菌(群)的驯化、分离及应用”实验成果，成功申报了2018辽宁省大学生创新计划项目“光合细菌处理脂肪酸废水”(省级)。目前，该项目已结题，发明专利“一种光合细菌处理脂肪酸废水生产菌体蛋白方法”已经于2021年7月获得授权，专利号：2018 1 1165625.8，授权公告号：CN 109205798。同时，为了优化该菌株处理脂肪酸废水的条件，该课题被选为2018年毕业论文题目“耐盐菌的筛选及其处理脂肪酸废水研究”。论文中，优化了脂肪酸废水的处理条件，收获了菌体蛋白，并进行了彩霞鱼喂养实验，取得了阶段性成果。设计型实验“高浓度有机废水降解菌(群)的驯化、分离及应用”。高浓度有机废水来自辽阳市某化工厂生产过程，其COD为300000 mg/L，其中除了碳、氢、氧，没有其他微量元素和营养物质，通过投加营养物质和微量元素液，以酵母为出发菌株，进过驯化与分离，收获了高浓度有机废水降解菌株，与辽阳宇净环保有限公司合作，委托上海美吉生物医药科技有限公司鉴定，该菌株为Fusarium_fujikuroi(合同编号为MJ20190520054)。该菌株保藏在资源循环实验室。该课题被选为2019年毕业论文题目，对前述条件进行了进一步优化，对该废水的处理效果良好。

3.3 收获成果

本创新实践体系构建至今，也就是从2014年至今，学生得到锻炼的同时，教师也收获了一定的成果，现将成果分述如下。

3.3.1 创新实践体系服务实践教学

宏伟区新开河黑臭水体治理项目，因为其工艺的综合性、实用性、真实性，被列为专业综合实验项目，并参加了“辽宁省普通高等学校本科大学生环境生态保护科技大赛”；结合新农村建设，开发了“微污染水源水生物活性处理技术”；结合实验室废水处理，进行了“实验室废水资源化研究”，三者均被列为专业综合实验项目，为进一步优化实验条件，后者被作为毕业设计课题。

3.3.2 创新实践体系服务专业建设

专业建设需要创新实践体系支撑，尤其是项目成果(如专利、论文、获奖等)等的支撑。创新实践体系教学团队宫指导给类项目指导大学生创新创业项目40余项，获得省级以上奖励30余项，2项发明专利和1项实用新型专利获得授权，发表论文3篇。

4 结 语

经过近5年的建设，基于工程背景教育理念的实践创新体系在校、院两级部门领导下，正平稳有序的在教学中应用，也会进一步在实践中不断完善。相信，在不久的将来会取得更好的成绩。