固體廢物處理與處置課程“耦合式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索

李亞林 劉蕾 劉帥霞

摘 要：本研究從應(yīng)用技術(shù)類型本科院校環(huán)境類專業(yè)的教育培養(yǎng)理念出發(fā)，結(jié)合河南工程學(xué)院固體廢物處理與處置課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，提出了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式“耦合式”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。實(shí)踐表明，新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)了固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)與其他主干課程的有效銜接，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、專業(yè)水平和實(shí)踐能力，改善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，所積累的經(jīng)驗(yàn)對應(yīng)用技術(shù)類型本科院校有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：固體廢物處理與處置;應(yīng)用型本科;實(shí)驗(yàn)教學(xué);改革與實(shí)踐

固體廢物處理與處置課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐操作性和實(shí)用性，其中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該課程的重要組成部分，對培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新思維有重要的作用。河南工程學(xué)院是河南省示范性應(yīng)用技術(shù)類型本科院校，其教育培養(yǎng)理念是培養(yǎng)高層次的應(yīng)用技術(shù)型人才。學(xué)?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)課程多采用傳統(tǒng)單層級的教學(xué)模式，不能充分激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)過程的主動性和積極性。同時，學(xué)校固體廢物處理與處置課程在改革之前開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容比較單一，與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系偏少，無法滿足應(yīng)用技術(shù)類型本科院校的人才培養(yǎng)要求。為了實(shí)現(xiàn)應(yīng)用技術(shù)類型院校的人才培養(yǎng)目標(biāo).河南工程學(xué)院在2013年將固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)作為16學(xué)時的獨(dú)立課程納入環(huán)境工程和資源環(huán)境科學(xué)兩個專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃當(dāng)中，并在理論教學(xué)基礎(chǔ)上提出了“耦合式”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。這里的“耦合式”有兩層含義：第一是綜合考慮實(shí)驗(yàn)操作的難易程度和實(shí)驗(yàn)本身的性質(zhì)，以及與其他主干課程的聯(lián)系，選擇基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)和綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)與教學(xué)內(nèi)容耦合;第二是采用實(shí)驗(yàn)預(yù)約、實(shí)驗(yàn)討論和實(shí)驗(yàn)考核的機(jī)制與教學(xué)方式耦合。該實(shí)驗(yàn)課程采用“耦合式”的教學(xué)模式進(jìn)行授課，經(jīng)過近3年的建設(shè)已初具成效。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

固體廢物處理與處置課程理論教學(xué)以寧平教授主編的《固體廢物處理與處置》為教材，在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上綜合考慮與水污染控制工程和大氣污染控制工程2門課程的耦合銜接，設(shè)置了3個不同層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

（一）基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

該層次的實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)在于訓(xùn)練學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能，讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)中要使用的簡單儀器設(shè)備，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。該部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為典型固體廢物的特性測定，由固體廢物的含水率測定、有機(jī)質(zhì)含量的測定和比阻的測定3個分項(xiàng)實(shí)驗(yàn)構(gòu)成，具體內(nèi)容如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)中典型的固體廢物選用燃煤電廠產(chǎn)生的粉煤灰和市政污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥，其中，粉煤灰這一部分的知識點(diǎn)在大氣污染控制工程課程中的燃燒顆粒物產(chǎn)生環(huán)節(jié)有所涉及，而剩余污泥這一部分的知識點(diǎn)在水污染控制工程課程中的污泥脫水環(huán)節(jié)有所涉及，兩者均屬于典型的固體廢物。實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生對相關(guān)知識點(diǎn)有一定的了解，這有利于將不同課程的知識融會貫通，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。實(shí)驗(yàn)中使用的電熱鼓風(fēng)干燥箱、箱式電阻爐和真空比阻裝置的使用方法在其他課程實(shí)驗(yàn)中也有涉及。因此，該實(shí)驗(yàn)易于消除學(xué)生的陌生感，教師可以引導(dǎo)學(xué)生將本實(shí)驗(yàn)中儀器的使用條件和用途與其他課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比，增強(qiáng)學(xué)生的想象力，促使學(xué)生梳理整合不同課程的知識。需要注意的是，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為學(xué)生單獨(dú)操作實(shí)驗(yàn)，要求每個學(xué)生獨(dú)立完成。

（二）專業(yè)實(shí)驗(yàn)

該層次的實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)在于鞏固學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行初步的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心環(huán)節(jié)。該部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為酸浸粉煤灰制備水處理絮凝劑，由粉煤灰活化焙燒、焙燒產(chǎn)物酸浸陳化和絮凝劑產(chǎn)品性質(zhì)測定3個分項(xiàng)實(shí)驗(yàn)構(gòu)成，具體內(nèi)容如圖2所示。

酸浸粉煤灰制備水處理絮凝劑是目前國內(nèi)粉煤灰資源化利用的主要途徑之一，學(xué)校相關(guān)指導(dǎo)教師承擔(dān)有企業(yè)委托的橫向項(xiàng)目，與工程應(yīng)用聯(lián)系緊密。固體廢物處理與處置課程實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)中安排有相關(guān)絮凝劑生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)地參觀，因此理論課程、實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)可以形成統(tǒng)一有效的“耦合式”銜接，有利于增強(qiáng)學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識向工程應(yīng)用轉(zhuǎn)化的認(rèn)知。專業(yè)實(shí)驗(yàn)中，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，強(qiáng)化學(xué)生的主動學(xué)習(xí)意識。實(shí)驗(yàn)過程由基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中使用過的箱式電阻爐，過渡到恒溫水浴搖床，再延伸到高精密儀器原子吸收光譜儀的使用，實(shí)現(xiàn)了儀器操作上的循序漸進(jìn)，有利于學(xué)生全面掌握實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法。專業(yè)實(shí)驗(yàn)為分組實(shí)驗(yàn)，以班級為單位開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，5人為一個小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，根據(jù)指導(dǎo)教師反饋的意見和要求完成實(shí)驗(yàn)。

（三）綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

該層次實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)的拓展延伸，重點(diǎn)在于引導(dǎo)學(xué)生將理論知識和生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力的重要環(huán)節(jié)。該部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為剩余污泥調(diào)理脫水及資源化，由污泥調(diào)理脫水、脫水泥餅固化和重金屬毒性浸出3個分項(xiàng)實(shí)驗(yàn)構(gòu)成，具體內(nèi)容如圖3所示。

剩余污泥調(diào)理脫水是目前國內(nèi)外城市污水處理廠剩余污泥的主要處理方式，與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密。實(shí)驗(yàn)中所采用的高壓隔膜板框壓濾機(jī)與小型污水處理廠使用的污泥脫水設(shè)備為同一型號，有利于學(xué)生了解污泥脫水的操作流程。實(shí)驗(yàn)結(jié)合水污染控制工程課程實(shí)習(xí)中的污水處理廠參觀環(huán)節(jié)，有助于學(xué)生對工程實(shí)踐形成整體認(rèn)識。同時，脫水泥餅固化是污泥填埋處置工程中的操作環(huán)節(jié)，而重金屬毒性浸出是污泥填埋后進(jìn)行環(huán)境安全性評價的重要手段，與生產(chǎn)實(shí)習(xí)中的填埋場頂崗實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)相結(jié)合，有利于強(qiáng)化學(xué)生的工程意識，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用思維。實(shí)驗(yàn)中的污泥調(diào)理裝置、隔膜板框壓濾機(jī)、恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱、無側(cè)限抗壓儀、翻滾震蕩儀和柱浸出裝置均為實(shí)際工程中使用的設(shè)備，配合不同課程的現(xiàn)場參觀和實(shí)習(xí)，可以增強(qiáng)學(xué)生對工程實(shí)際應(yīng)用的認(rèn)識。將單純的理論知識轉(zhuǎn)化成實(shí)際技能，同時實(shí)驗(yàn)過程中要多次使用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)中的儀器設(shè)備，有助于學(xué)生進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識，實(shí)現(xiàn)3類實(shí)驗(yàn)的貫通耦合。綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，以班級為單位開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，10人為一個組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)指導(dǎo)教師反饋的意見和要求完成實(shí)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式

固體廢物處理與處置課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，給予學(xué)生充分的自主權(quán)，激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，針對實(shí)驗(yàn)預(yù)約、實(shí)驗(yàn)討論和實(shí)驗(yàn)考核3個層次環(huán)節(jié)，教師采用不同的授課方式，在整體上相互銜接，形成“耦合式”的教學(xué)模式。

（一）實(shí)驗(yàn)預(yù)約

實(shí)驗(yàn)預(yù)約機(jī)制貫穿于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)和綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，以傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書為基礎(chǔ)，指導(dǎo)教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容講解，其中基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)講解全部內(nèi)容，專業(yè)實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)僅講解基本內(nèi)容和要求，不涉及具體實(shí)驗(yàn)操作步驟。學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師講解的內(nèi)容完成撰寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告的任務(wù)，完成后在指導(dǎo)教師處進(jìn)行預(yù)習(xí)報告檢查。指導(dǎo)教師就實(shí)驗(yàn)中的核心內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行提問，達(dá)到預(yù)約要求后進(jìn)行登記預(yù)約，按照預(yù)約順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)人數(shù)達(dá)到實(shí)驗(yàn)裝置使用上限后，采用補(bǔ)位制度，即有學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，后續(xù)預(yù)約的學(xué)生方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（二）實(shí)驗(yàn)討論

實(shí)驗(yàn)討論形式適用于專業(yè)實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生進(jìn)行組內(nèi)討論后將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案提交給指導(dǎo)教師審核。實(shí)驗(yàn)過程中，不同小組的實(shí)驗(yàn)方案有所區(qū)別，學(xué)生會遇到不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。比如，酸浸粉煤灰制備水處理絮凝劑的專業(yè)實(shí)驗(yàn)中，針對酸的類型可以選擇不同濃度的鹽酸或硫酸，陳化時間也有所區(qū)別，最終制備獲得的產(chǎn)品會有氯化鋁、硫酸鋁、聚合氯化鋁和聚合硫酸鋁4種不同的絮凝劑，每種絮凝劑產(chǎn)品的性質(zhì)也會有所區(qū)別，實(shí)驗(yàn)組內(nèi)和組與組之間可以針對不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論，指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生遇到的問題進(jìn)行講解答疑。

（三）實(shí)驗(yàn)考核

實(shí)驗(yàn)考核安排在學(xué)生完成全部實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行，分為理論考核和實(shí)際操作考核兩部分。理論考核以學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中需要掌握的知識點(diǎn)和犯錯較多的問題為主要考核內(nèi)容，這樣做一方面有利于學(xué)生進(jìn)一步熟悉相關(guān)的理論知識，另一方面考核的內(nèi)容更具針對性。實(shí)際操作考核以實(shí)驗(yàn)中學(xué)生需要掌握的基本操作技能為考核內(nèi)容，教師采取學(xué)生抽簽的方式確定每個人的考核內(nèi)容，這樣做既可以全面掌握學(xué)生對實(shí)際操作技能掌握的情況，也有利于針對實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題進(jìn)行歸納總結(jié)和后期調(diào)整。全部實(shí)驗(yàn)完成后對學(xué)生的成績進(jìn)行綜合評定，采用百分制進(jìn)行評分，成績包括：實(shí)驗(yàn)預(yù)約10%（包括預(yù)習(xí)報告完成質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備情況）、實(shí)驗(yàn)操作30%（包括操作規(guī)范性和儀器損壞情況）、實(shí)驗(yàn)紀(jì)律10%（包括實(shí)驗(yàn)出勤、實(shí)驗(yàn)室規(guī)則遵守和實(shí)驗(yàn)安全）、實(shí)驗(yàn)報告30%（包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新）、實(shí)驗(yàn)考核20%（包括理論考核和實(shí)際操作考核）。

三、 “耦合式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式實(shí)踐效果

在“耦合式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索研究過程中，教師分別選擇環(huán)境工程專業(yè)不同年級的學(xué)生作為傳統(tǒng)組和改革組進(jìn)行實(shí)踐效果的對比，傳統(tǒng)組按照教師講授和學(xué)生操作的教學(xué)模式完成實(shí)驗(yàn)，改革組按照“耦合式”教學(xué)模式完成實(shí)驗(yàn)，對兩組學(xué)生分別采取問卷調(diào)查的方式進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的滿意度調(diào)查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的認(rèn)可度明顯低于對新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的認(rèn)可度。我們在分析傳統(tǒng)組學(xué)生的意見時發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的不認(rèn)可主要集中在兩個方面：第一，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為陳舊，缺乏系統(tǒng)性、連貫性和創(chuàng)新性;第二，部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與其他課程實(shí)驗(yàn)手段、方法重復(fù)，同時又缺乏區(qū)分度和銜接性。這兩個方面的問題造成了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的興趣不高。而學(xué)生對教學(xué)方式的不認(rèn)可也主要集中在兩方面：一是部分學(xué)生認(rèn)為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)只是重復(fù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和指導(dǎo)教師所講授的內(nèi)容，整個過程屬于簡單的機(jī)械操作，難度不大;二是少部分學(xué)生不參加實(shí)驗(yàn)過程，僅參考其他學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果即可完成實(shí)驗(yàn)報告，缺乏考核的公正性。我們在對改革組的滿意度進(jìn)行調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍認(rèn)為傳統(tǒng)組在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式上存在的問題得到了較好的解決或改善。

四、結(jié)語

固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)作為獨(dú)立課程設(shè)置，單獨(dú)核算成績與學(xué)分，不僅有利于提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的重視程度，還能引導(dǎo)學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)。同時，我們通過對固體廢物處理與處置課程“耦合式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索，不僅實(shí)現(xiàn)了與環(huán)境專業(yè)主干課程的有效銜接，還讓學(xué)生將理論知識與實(shí)際應(yīng)用、工程實(shí)踐相結(jié)合。這樣的舉措凸顯了河南工程學(xué)院作為示范性應(yīng)用技術(shù)類型本科院校的特色。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃紅麗，羅琳，周惜時，等.固體廢物處理與處置的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2014，（4）.

[2]王洪波，謝冰，張華，等.固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探討[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報，2012，（3）.

[3]孟君晟，史曉萍，王振廷，等.應(yīng)用型本科材料類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2016，（2）.

[4]陳爽.應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，（8）.

[5]王靜，華承鑫.固體廢物處理與處置課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].廣州化工，2016，（5）.

[6]穆丹琳，徐慧，肖峰，等.污泥調(diào)理對給水污泥脫水性能的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報，2016，（10）.

責(zé)編：月 輝