固體廢物學(xué)科發(fā)展與專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)淺議

何品晶

摘 要：我國固體廢物學(xué)科伴隨工程實(shí)踐的需要實(shí)現(xiàn)了突破性的發(fā)展，社會對固體廢物處理與資源化專業(yè)人才的需求和培養(yǎng)質(zhì)量要求也同步提高，推動了專業(yè)教學(xué)的改革和發(fā)展。本文分析了固體廢物處理與資源化學(xué)科的深度復(fù)合與交叉特點(diǎn)，闡明了本學(xué)科基礎(chǔ)知識面“廣”與專業(yè)教學(xué)容量“窄”的矛盾；探討了固體廢物處理與資源化“立體化”教學(xué)框架，為形成核心知識同質(zhì)、擴(kuò)增知識各有所長的固體廢物專業(yè)教學(xué)特色，提出了課程教學(xué)按知識點(diǎn)特征分類、按院校專業(yè)稟賦實(shí)施、實(shí)驗(yàn)和設(shè)計教學(xué)按基礎(chǔ)與拓展分類組合的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：固體廢物；專業(yè)教學(xué)；教學(xué)改革；規(guī)劃；知識點(diǎn)分類

一、我國固體廢物學(xué)科的發(fā)展?fàn)顩r

1.固體廢物處理應(yīng)用需求發(fā)展迅速

固體廢物污染控制與資源利用是環(huán)境工程的分支學(xué)科。2005—2015年，我國的固體廢物處理水平大幅度提高（見表1）。

可見，在過去的十年間，我國各類法定管理固體廢物的處理和綜合利用能力成倍提高。城市生活垃圾和危險廢物的規(guī)范處理率均已接近100%，一般工業(yè)固體廢物在產(chǎn)生量年均增長率9.5%的條件下，綜合利用率保持了上升

趨勢。

2.固體廢物處理技術(shù)的伴隨發(fā)展

在固體廢物處理應(yīng)用水平迅速發(fā)展的同時，我國固體廢物處理技術(shù)體系也得到了相應(yīng)發(fā)展。

在生活垃圾處理技術(shù)方面，主流的處理技術(shù)由衛(wèi)生填埋（2005年，處理率大于90%）向衛(wèi)生填埋和焚燒發(fā)電并重轉(zhuǎn)化（2015年，衛(wèi)生填埋處理率約60%，焚燒發(fā)電處理率約35%）；危險廢物處理的技術(shù)方法，從以粗放資源利用為主，轉(zhuǎn)為規(guī)范資源利用與處理處置協(xié)同，提高了危險廢物的處理能力和環(huán)境安全保障水平；一般工業(yè)固體廢物的資源綜合利用途徑則相對穩(wěn)定，仍以建材利用為主，這也是一般工業(yè)固體廢物綜合利用率難以再進(jìn)一步提高的制約因素之一。

3.固體廢物管理要求促進(jìn)處理技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展

伴隨著我國固體廢物處理能力的提高，固體廢物處理技術(shù)相應(yīng)演化，使固體廢物處理的可持續(xù)化水平顯著提高（例如，生活垃圾焚燒發(fā)電逐步替代傳統(tǒng)的衛(wèi)生填埋）。盡管如此，與我國全面現(xiàn)代化建設(shè)的要求比較，固體廢物處理技術(shù)仍需進(jìn)一步發(fā)展。其中，主要的管理側(cè)推動力來自生活垃圾分類處理和強(qiáng)化危險廢物規(guī)范化管理的要求。

目前，我國生活垃圾分類處理的重點(diǎn)是餐廚垃圾（包含飲食經(jīng)營場所產(chǎn)生的餐飲垃圾和居民生活垃圾中的廚余垃圾部分），餐廚垃圾經(jīng)分類收集后主要采用生物降解（轉(zhuǎn)化）方法處理利用。

危險廢物規(guī)范化管理的技術(shù)要求則主要是引入物化（分離）預(yù)處理技術(shù)，物化預(yù)處理的技術(shù)功能是改善危險廢物安全填埋及焚燒的原料條件、減少最終處理處置量和提高資源再利用可能性。

4.應(yīng)用技術(shù)的需要促進(jìn)固體廢物學(xué)科的形成與發(fā)展

我國固體廢物處理與資源化利用已形成由填埋（土地）處置、焚燒（熱）處理、生物轉(zhuǎn)化、物化分離和固結(jié)成型構(gòu)成的復(fù)合型技術(shù)體系。

與傳統(tǒng)的基礎(chǔ)或工程學(xué)科比較，固體廢物處理與資源化利用的各項(xiàng)技術(shù)本身就具有學(xué)科交叉的特征。例如，生活垃圾填埋就是巖土工程和微生物降解過程的復(fù)合，由于生活垃圾降解可以導(dǎo)致其力學(xué)性質(zhì)的顯著變化，學(xué)科復(fù)合形成了與各自傳統(tǒng)學(xué)科不同的科學(xué)問題和特有的解析方法。而作為固體廢物處理與資源化利用發(fā)展方向的復(fù)合型技術(shù)體系，其學(xué)科交叉和復(fù)合特征則更為深入和突出。我國生活垃圾主流處理技術(shù)已由直接填埋轉(zhuǎn)化為焚燒—填埋過程耦合，焚燒灰渣填埋后的轉(zhuǎn)化規(guī)律遵從流固相非催化反應(yīng)過程的原理，并同樣伴隨力學(xué)性質(zhì)的演化。

盡管同屬環(huán)境工程分支學(xué)科的大氣和水污染控制工程也具有學(xué)科交叉、復(fù)合的特征，但因固體廢物的濃縮態(tài)（按單位質(zhì)量廢物的可轉(zhuǎn)化物質(zhì)含量計）特征，固體廢物處理與資源化學(xué)科的交叉復(fù)雜性和復(fù)合深度表現(xiàn)得更為突出。

現(xiàn)代固體廢物處理技術(shù)體系依托的主要應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科如表2所示。

固體廢物處理與資源化學(xué)科是依托上述基礎(chǔ)學(xué)科，面向固體廢物處理的應(yīng)用需要，交叉綜合形成的新型學(xué)科。因此，其學(xué)科特點(diǎn)是：基礎(chǔ)學(xué)科覆蓋面廣、跨度大，知識點(diǎn)和方法高度交叉。

二、面向應(yīng)用的固體廢物專業(yè)教學(xué)體系

1.調(diào)整專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容的可能途徑

基于固體廢物處理與資源化學(xué)科方向的知識交叉和復(fù)合特點(diǎn)，固體廢物專業(yè)教學(xué)必須面對如何擴(kuò)增教學(xué)知識點(diǎn)容量的挑戰(zhàn)。

解決此問題可能的課程教學(xué)內(nèi)容調(diào)整方法有兩類：一是自基礎(chǔ)教學(xué)向上，系統(tǒng)擴(kuò)增教學(xué)內(nèi)容。將固體廢物處理與資源化學(xué)科方向所依托而傳統(tǒng)環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)中缺失的內(nèi)容，諸如巖土、機(jī)械、材料等學(xué)科的基礎(chǔ)知識點(diǎn)納入環(huán)境工程類專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容，支撐固體廢物專業(yè)教學(xué)。顯然，這種方式要求全面調(diào)整環(huán)境工程專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)的內(nèi)容，從本科教學(xué)容量看幾乎沒有可行性。二是增加專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容。在固體廢物專業(yè)課程中納入相關(guān)的知識點(diǎn)，但此方法因缺乏專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)的支撐，也難以取得良好的教學(xué)效果。

2.適宜的教學(xué)方法設(shè)計

上述討論表明，單純調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容難以解決固體廢物專業(yè)教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)，而適宜的教學(xué)內(nèi)容調(diào)整應(yīng)該采用“立體化”的策略，方能見效。

一是適度擴(kuò)增課程教學(xué)內(nèi)容。通過教材修訂等手段，適度擴(kuò)增固體廢物教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)提高學(xué)生的固體廢物專業(yè)知識和技術(shù)方法掌握水平。

二是課程向外延伸強(qiáng)化專業(yè)教學(xué)。通過實(shí)訓(xùn)平臺（實(shí)驗(yàn)/實(shí)習(xí)/設(shè)計）的建設(shè)和實(shí)施，強(qiáng)化固體廢物專業(yè)工程能力的培養(yǎng)，重點(diǎn)從技術(shù)方法方面提高學(xué)生的專業(yè)能力。

三是按專業(yè)源流優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容。固體廢物學(xué)科是高度交叉的知識體系，與此對應(yīng)的是，在國內(nèi)數(shù)百所開展環(huán)境工程和固體廢物專業(yè)教學(xué)的院校中，其專業(yè)源流同樣是多樣化的。既有從傳統(tǒng)的市政工程類專業(yè)發(fā)展而來，也包含化學(xué)化工類、農(nóng)業(yè)類、工業(yè)微生物類、土木類、熱能類、材料類專業(yè)衍生發(fā)展而來。因此各院校的專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)置和內(nèi)容也有相當(dāng)?shù)牟町?，并對?yīng)于固體廢物專業(yè)方向的不同知識點(diǎn)集群。依托專業(yè)基礎(chǔ)知識點(diǎn)集群的優(yōu)勢，開展各有側(cè)重的固體廢物專業(yè)教學(xué)，可以培養(yǎng)各具專長的學(xué)生，滿足社會對人才的差異化需求。

為此，各院校應(yīng)發(fā)揮不同的專業(yè)背景優(yōu)勢，培養(yǎng)核心知識同質(zhì)、而擴(kuò)增知識各有所長的固體廢物處理與資源化專業(yè)人才，為應(yīng)用單位提供全面的人才選擇。

三、固體廢物專業(yè)教學(xué)改革的實(shí)施方案

1.系統(tǒng)規(guī)劃專業(yè)教學(xué)體系框架

專業(yè)教學(xué)體系的規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容調(diào)整的綱要，綜合固體廢物處理與資源化專業(yè)方向國內(nèi)教學(xué)需求和國外教學(xué)實(shí)踐，遵循前述的固體廢物專業(yè)教學(xué)調(diào)整策略，提出適宜的“固體廢物處理與資源化專業(yè)教學(xué)體系規(guī)劃架構(gòu)”，如下圖所示。

該教學(xué)體系架構(gòu)的特點(diǎn)是，將原來以課堂教學(xué)為主的固體廢物處理與資源化專業(yè)教學(xué)，轉(zhuǎn)化為由設(shè)計和實(shí)驗(yàn)教學(xué)配套的多元化教學(xué)體系，并配置由多種教材構(gòu)成的系統(tǒng)教學(xué)支持體系，滿足固體廢物處理與資源化“三位一體”（課程、實(shí)驗(yàn)、設(shè)計）專業(yè)教學(xué)發(fā)展的需要。

2.設(shè)計專業(yè)課程教學(xué)提綱

實(shí)施固體廢物處理與資源化專業(yè)教學(xué)體系規(guī)劃課程建設(shè)的主要任務(wù)，是將該專業(yè)教學(xué)中“固體廢物處理與資源化技術(shù)”和“固體廢物管理”兩方面內(nèi)容予以剝離，以期教學(xué)內(nèi)容更為凝聚。通過將固體廢物處理與資源化專業(yè)教學(xué)知識點(diǎn)劃分為“公共”“技術(shù)”和“管理”3個集合（見表3），可以為按知識點(diǎn)集群劃分課程內(nèi)容提供依據(jù)。

其中，“技術(shù)”和“管理”分別納入“固體廢物處理與資源化技術(shù)”和“固體廢物管理”2門課程中講授；“公共”類知識點(diǎn)在兩門課程中均有涉及，但側(cè)重點(diǎn)需與課程主體知識點(diǎn)相一致。

課程教學(xué)提綱的確定解決了專業(yè)課程教學(xué)體系的基本問題，為專業(yè)課程教學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

3.課程知識點(diǎn)群分析和教學(xué)方法優(yōu)化

固體廢物處理與資源化專業(yè)教學(xué)方法優(yōu)化聚焦于課程多媒體課件編制。課件編制從知識點(diǎn)群分析入手，以優(yōu)化各類知識點(diǎn)的教學(xué)時數(shù)配置為目標(biāo)。

經(jīng)過對固體廢物處理與資源化專業(yè)課程知識點(diǎn)群教學(xué)必要性的鑒別分類，根據(jù)知識點(diǎn)篩選與分類的結(jié)果，針對不同類別的知識點(diǎn)群應(yīng)用不同的教學(xué)方法，并編配詳略不同的課件

內(nèi)容。

a類知識點(diǎn)群：為固體廢物專業(yè)方向的基本概念。其中，僅固體廢物“性質(zhì)鑒別”部分涉及方法性知識（例如，取樣、樣品預(yù)處理方法等），教學(xué)應(yīng)以描述和討論為主，其中的性質(zhì)鑒別方法可采用實(shí)驗(yàn)方法予以強(qiáng)化和鞏固。

b類知識點(diǎn)群：為固體廢物專業(yè)方向的專有技術(shù)。即焚燒、填埋、生物處理等，是本課程的重點(diǎn)。知識類型包括方法機(jī)理、工藝類型、典型設(shè)備（設(shè)施）及相應(yīng)的設(shè)計和操作方法，應(yīng)綜合采用課堂講述、課程設(shè)計和課程實(shí)驗(yàn)等方法開展教學(xué)，而教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)可結(jié)合相關(guān)院校的專業(yè)傳統(tǒng)予以選擇（例如，有能源工程傳統(tǒng)的學(xué)校可著重焚燒過程的爐內(nèi)相關(guān)知識教學(xué)，環(huán)境工程傳統(tǒng)的學(xué)?？芍胤贌^程的二次污染控制），以期取得更好的教學(xué)效果。

c類知識點(diǎn)群：為固體廢物專業(yè)方向的兼用技術(shù)。例如，固體廢物收集運(yùn)輸、機(jī)械預(yù)處理、穩(wěn)定化等，這類技術(shù)并非固體廢物專業(yè)方向的專有技術(shù)，但應(yīng)用于固體廢物處理與資源化時具有特定的方法特征，考慮到這類知識點(diǎn)群與相關(guān)學(xué)科的技術(shù)原理相似，或在固體廢物專業(yè)方向的適用面有較大的局限，其教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以工藝類型、典型設(shè)備為主干，設(shè)計和操作方法可相應(yīng)簡化，教學(xué)方法以課堂講授為主。

d類知識點(diǎn)群：為適用于固體廢物專業(yè)方向的其他通用技術(shù)。例如，固體廢物建材利用等，其應(yīng)用于固體廢物處理與資源化時，技術(shù)原理與方法沒有獨(dú)特性，或僅涉及十分有限的方法調(diào)整，其教學(xué)方式同樣以課堂講授為主，知識類型以典型工藝的基本知識為主。

上述知識點(diǎn)教學(xué)方法分類分析，為固體廢物專業(yè)課程——“固體廢物處理與資源化技術(shù)”和“固體廢物管理”的課程教學(xué)設(shè)計提供了依據(jù)，并可具體反映于多媒體課件內(nèi)容編制，形成包括主要知識點(diǎn)闡述、工藝計算示例、過程方法演示等內(nèi)容的授課教學(xué)體系。

4.教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)

“固體廢物處理與資源化技術(shù)”屬工程技術(shù)類課程，實(shí)驗(yàn)是其“立體化”教學(xué)體系的必要組成部分。為拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)容量，應(yīng)采用多元化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系，教學(xué)實(shí)驗(yàn)由課程實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)兩部分組成。課程實(shí)驗(yàn)應(yīng)覆蓋固體廢物處理與資源化技術(shù)課程的核心：基本特性和典型處理單元技術(shù)。例如，同濟(jì)大學(xué)設(shè)計的課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)包括：固體廢物預(yù)處理和熱值測定、固體廢物耗氧穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)、固體廢物產(chǎn)甲烷潛力實(shí)驗(yàn)、固體廢物浸出毒性評價，上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分別對應(yīng)于固體廢物的主流處理技術(shù)，即焚燒、生物處理和填埋處置的關(guān)鍵知識點(diǎn)。而固體廢物處理與資源化技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，則以拓展學(xué)生的知識面和技術(shù)方法掌握深度為目標(biāo)，內(nèi)容可與課程教學(xué)適當(dāng)脫鉤，一般應(yīng)定期編制指導(dǎo)書（實(shí)驗(yàn)任務(wù)書）為指南實(shí)施。

“課程實(shí)驗(yàn)”面向所有學(xué)生，以課程教學(xué)為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識與技術(shù)方法的深化，以及基本動手能力的培養(yǎng)；“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”則面向提高，不以課程教學(xué)知識點(diǎn)為限，以學(xué)生專業(yè)思維與基礎(chǔ)科研能力的培養(yǎng)為主要宗旨。

5.建立系列的設(shè)計教學(xué)體系

設(shè)計教學(xué)同樣是“固體廢物處理與資源化技術(shù)”課程立體化教學(xué)體系的重要組成部分。與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的分類相似，設(shè)計教學(xué)應(yīng)由課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計兩部分構(gòu)成。課程設(shè)計面向所有學(xué)生，應(yīng)編制課程設(shè)計指導(dǎo)書規(guī)范化實(shí)施，通過課堂輔導(dǎo)，傳授固體廢物處理與資源化技術(shù)的工程設(shè)計和建設(shè)程序，以及主體工藝設(shè)計計算方法，由學(xué)生自主完成達(dá)到“工程可行性”深度的固體廢物處理單元技術(shù)過程設(shè)計。

畢業(yè)設(shè)計只針對自主或雙向選擇的特定學(xué)生，其技術(shù)方向或任務(wù)內(nèi)容應(yīng)依托教學(xué)團(tuán)隊的工程實(shí)踐，體現(xiàn)所在院校的專業(yè)特長。教學(xué)的目標(biāo)重在拓展學(xué)生的工程設(shè)計能力，實(shí)施過程中學(xué)生參加設(shè)計組（可由教師和有帶教經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計院工程師組成），獨(dú)立完成指導(dǎo)教師分配的設(shè)計任務(wù)，設(shè)計內(nèi)容應(yīng)達(dá)到擴(kuò)大初步設(shè)計以上的深度，設(shè)計圖紙包含工程平面和立面總圖、主要設(shè)備設(shè)施的單體圖和大樣圖，也應(yīng)包含工程概預(yù)算等內(nèi)容，使學(xué)生的專業(yè)技術(shù)知識應(yīng)用能力得到全面的鍛煉。

固體廢物處理與資源化專業(yè)方向是環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)的重要組成部分。我國固體廢物處理與資源化工程應(yīng)用的迅速發(fā)展對人才的迫切需求，正在倒逼固體廢物專業(yè)教學(xué)的改革。在考慮專業(yè)教學(xué)的需要和各種制約因素的前提下，本文依據(jù)教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出，固體廢物教學(xué)應(yīng)以教學(xué)內(nèi)容和方法規(guī)劃為先導(dǎo)，結(jié)合各院校的科研積累和專業(yè)稟賦，選用或自編教材和課件，優(yōu)化專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容和方法，建設(shè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系（實(shí)驗(yàn)和設(shè)計）資料庫和平臺。通過持續(xù)的教學(xué)實(shí)踐探索和師資能力培養(yǎng)，可望突破既有環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)框架對固體廢物專業(yè)教學(xué)內(nèi)容和水平的限制，探索我國固體廢物專業(yè)教學(xué)發(fā)展的新途徑。

[責(zé)任編輯：余大品]