“工業(yè)固體廢物資源化”選修課教學(xué)改革與實(shí)踐

趙然 李紅霞

摘 要“工業(yè)固體廢物資源化”是高校環(huán)境工程專業(yè)選修課程之一，主要分析了目前高校“工業(yè)固體廢物資源化”課程的特點(diǎn)及教學(xué)過程中存在的問題，如授課形式單一、缺乏對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課等問題。本文對目前課程教學(xué)中存在的普遍問題進(jìn)行了剖析，并提出了一系列教學(xué)改革，如：開設(shè)實(shí)驗(yàn)課、科研項(xiàng)目式教學(xué)和案例式教學(xué)，以促進(jìn)該門課程的改革，達(dá)到教學(xué)相長的目的。

關(guān)鍵詞 工業(yè)固體廢物資源化;教學(xué)改革;環(huán)境工程

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.33.027

Teaching Reform and Practice of the Elective course of Resource

Utilization of Industrial Solid Waste

ZHAO Ran[1][2]， LI Hongxia[1]

（[1] College of Material and Metallurgy， Inner Mongolia University of Science & Technology， Baotou， Inner Mongolia 014010;

[2] State Key Laboratory of Multi-metal Resources Comprehensive Utilization， Baiyun Obo Mine， Inner Mongolia Autonomous Region， Baotou， Inner Mongolia 014010）

Abstract "Industrial solid Waste recycling" is one of the elective courses of environmental engineering major in colleges and universities. It mainly analyzes the characteristics of the course of "industrial solid waste recycling" in colleges and universities and the problems existing in the teaching process， such as the single teaching form， the lack of corresponding experimental classes and other problems. This paper analyzes the common problems existing in current course teaching， and puts forward a series of teaching reforms， such as set up laboratory classes， scientific research project teaching and case teaching， in order to promote the reform of the course and achieve the purpose of teaching and learning.

Keywords industrial solid waste resource; teaching reform; environmental engineering，

引言

“工業(yè)固體廢物資源化”是高等學(xué)校環(huán)境專業(yè)一門非常重要的專業(yè)選修課，是一門理論結(jié)合實(shí)踐的課程，[1]通過講授使學(xué)生系統(tǒng)地了解并掌握工業(yè)固體廢物處理的基本概念、基本原則、典型工藝和設(shè)備等，結(jié)合課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，如：實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文等，培養(yǎng)學(xué)生判斷和解決工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中固廢污染問題的基本能力，隨著科技的發(fā)展，在各種工業(yè)生產(chǎn)中，排放出有毒的、腐蝕性的、放射性等固體廢棄物的總量巨大、種類繁多，固體廢棄物堆積會(huì)嚴(yán)重污染大氣、土壤和水源，具有長期性和隱蔽性，對環(huán)境造成不可逆的影響。[2]2018年底，國務(wù)院印發(fā)《“無廢城市”建設(shè)試點(diǎn)工作方案》，正式啟動(dòng)“無廢城市”建設(shè)，各部門聯(lián)合開展多項(xiàng)治理工作，目前主要包括工業(yè)廢物、生活垃圾、農(nóng)業(yè)廢物等，國家亟須專業(yè)型人才從事固廢處理與工程設(shè)計(jì)、技術(shù)管理等工作，而這門課程就是通過學(xué)習(xí)固廢資源化的理論知識，來處理實(shí)際問題。

1 工業(yè)固體廢棄物資源化課程特點(diǎn)

該課程主要介紹了固體廢物資源化的基本原理、方法和技術(shù)，在此基礎(chǔ)上從不同行業(yè)固體廢棄物的組成、性質(zhì)入手，詳細(xì)論述礦業(yè)固體廢棄物、城市固廢、農(nóng)業(yè)固廢、放射性固廢、化學(xué)工業(yè)固體廢物的資源化，闡述了固廢毒物的鑒別標(biāo)準(zhǔn)和我國對固廢處理的一些法律法規(guī)，學(xué)習(xí)固廢的管理制度，固廢的收集與運(yùn)輸，工業(yè)固廢的一些處理技術(shù)，如：蒸餾、電解、活性炭吸附、離子交換等。最后闡述城市垃圾的填埋和廢舊物品的資源化處理。該課程主要有以下特點(diǎn)：

1.1 多學(xué)科交叉

固體廢棄物資源化這門課，具有內(nèi)容復(fù)雜、抽象等特點(diǎn)，涉及的各種工業(yè)生產(chǎn)過程繁多， 是環(huán)境學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)的交叉學(xué)科，學(xué)生需要運(yùn)用不同學(xué)科的知識體系來理解所學(xué)的內(nèi)容，才能真正掌握課程的精髓。

1.2 實(shí)踐性較強(qiáng)

這門課程主要是一門與工業(yè)生產(chǎn)過程結(jié)合緊密的課程，需要任課教師通過讓學(xué)生動(dòng)手參與實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)和案例分析等方法，深刻理解固廢處理的過程和工藝，切不可紙上談兵式的講解一些復(fù)雜過程，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

1.3 時(shí)效性強(qiáng)

隨著科技水平的不斷提高，廢棄物的種類不斷更新，國家的政策也隨之更新，教師要及時(shí)更新知識儲(chǔ)備，緊跟時(shí)代的步伐，課程涉及的內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)都需要不斷更新如：處理技術(shù)、固廢處理的標(biāo)準(zhǔn)以及當(dāng)?shù)丨h(huán)保的要求，來滿足社會(huì)的需求。

2 教學(xué)中存在的不足

授課模式主要是采用多媒體和板書授課，授課形式單一，由于是專業(yè)選修課，學(xué)生并不重視學(xué)習(xí)的內(nèi)容，而過于重視考試成績，且評價(jià)方式單一，學(xué)生對于課程本身的內(nèi)容無法與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合。環(huán)境專業(yè)的學(xué)生大部分畢業(yè)后會(huì)從事與環(huán)保、環(huán)境相關(guān)的專業(yè)，學(xué)生靠想象難以完全理解，但該課程并未開設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課，導(dǎo)致學(xué)生對授課內(nèi)容理解不深刻，積極性較差，教學(xué)效果不太理想。需要掌握固體廢物資源化的最新技術(shù)，具備分析和解決工作中實(shí)際問題的能力，所以該課程需要增加理論課對應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。

3 “固體廢棄物處理與資源化”課程的教學(xué)改革淺析

針對本門課程特點(diǎn)以及存在的問題，筆者結(jié)合本校的特點(diǎn)提出以下改革措施：

3.1 開設(shè)實(shí)驗(yàn)課

開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程是理工科類專業(yè)的學(xué)生參與實(shí)踐的主要形式之一，實(shí)驗(yàn)課是將教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)到現(xiàn)實(shí)生活中來。[3]各高?？梢愿鶕?jù)其學(xué)科和實(shí)驗(yàn)設(shè)備等特點(diǎn)，結(jié)合教材的內(nèi)容，制定與課堂教學(xué)相同課時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程，讓學(xué)生提前學(xué)會(huì)一些必要的檢測設(shè)備使用方法、檢測原理，如學(xué)生做“黃金行業(yè)氰渣毒性物質(zhì)浸出抑制新技術(shù)”實(shí)驗(yàn)前，先讓學(xué)生熟悉元素分析設(shè)備—電感耦合等離子光譜的使用方法，讓他們學(xué)會(huì)怎么將固廢樣品溶解，配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，和標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立，讓學(xué)生自己提前查閱資料，制定自己的實(shí)驗(yàn)方案。在實(shí)驗(yàn)過程中，詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后學(xué)會(huì)如何用軟件分析數(shù)據(jù)，自己思考實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，分析實(shí)驗(yàn)成功或者失敗的原因，提出改進(jìn)方案，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中得到鍛煉和收獲。

3.2 參與科研項(xiàng)目

參與教師科研項(xiàng)目是學(xué)生提高動(dòng)手能力的必要途徑。為了提高自身科研水平和調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，需要教師提前查閱文獻(xiàn)和調(diào)研、撰寫申請書、項(xiàng)目實(shí)施，在課前做大量的準(zhǔn)備工作，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)備的調(diào)試、藥品試劑的購買、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)等。例如在講授“礦業(yè)固體廢物處理與資源化”這章時(shí)，可讓學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)怎么采用白云鄂博尾礦制備微晶玻璃，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并了解微晶玻璃的燒結(jié)溫度，還可以嘗試用一些其他礦渣，如高爐渣、鉻渣、粉煤灰等，自行研發(fā)配發(fā)，生產(chǎn)微晶玻璃，并測試其硬度、機(jī)械強(qiáng)度等性質(zhì)。并參觀實(shí)驗(yàn)室展出的一些微晶玻璃材料（圖1），[4]內(nèi)蒙古科技大學(xué)依托白云鄂博共伴生礦廢棄物資源綜合利用國家地方聯(lián)合工程研究中心，經(jīng)過多年的深入研究，以尾礦為原料制備的CMAS微晶玻璃具有良好的成玻璃體系和結(jié)晶模型，其化學(xué)計(jì)量組成可調(diào)。此外，尾礦基微晶玻璃具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、良好的耐化學(xué)腐蝕性能、較高的抗熱震性能和可調(diào)節(jié)的熱膨脹系數(shù)，是一種很有前景的固體廢棄物處理材料。因此，這種微晶玻璃被廣泛應(yīng)用于冶金工程、建筑工程、化工、光學(xué)、微電子、生物醫(yī)藥、航空航天等制造業(yè)。從尾礦中制備的玻璃形成體系和結(jié)晶模型具有可調(diào)的化學(xué)計(jì)量組成。此外，尾砂基微晶玻璃具有廣闊的應(yīng)用前景，了解微晶玻璃的用途以及制作過程，以加深學(xué)生對礦業(yè)固廢資源化的理解。

3.3 開展互動(dòng)式教學(xué)

互動(dòng)式教學(xué)主要與老師進(jìn)行角色互換，將一些難度較小的章節(jié)，通過讓學(xué)生自己學(xué)習(xí)、查閱資料，在課堂上面用PPT講解。具體的實(shí)施方法是：在課堂最后預(yù)留30分鐘，采用分組的方式每組同學(xué)3～4人，每組選出組長講解15分鐘，然后由其余同學(xué)在聽完后進(jìn)行提問并且討論15分鐘，讓每名同學(xué)都參與進(jìn)來，最后老師給出點(diǎn)評意見，作為一次平時(shí)成績。這種方式可以打破傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并且更加督促學(xué)生在課下進(jìn)行思考和探索，而不是機(jī)械的參與。

3.4 開展案例教學(xué)與多媒體教學(xué)相結(jié)合

案例教學(xué)法主要是針對教材中某些難以理解的內(nèi)容，選擇當(dāng)?shù)氐囊恍┹^成熟的固體廢棄物處理資源化項(xiàng)目作為案例，[5]結(jié)合教材中相應(yīng)的知識點(diǎn)進(jìn)行講解，幫助學(xué)生梳理教材中抽象的工藝過程，通過圖片、錄像等直觀的演示出具體過程。例如筆者參與白云鄂博尾礦改性制備NH3-SCR脫硝催化劑的項(xiàng)目，主要制備方法是以白云鄂博尾礦為原料，采用有機(jī)泡沫浸漬法成功制備出泡沫陶瓷材料，在給學(xué)生講解這一過程時(shí)，首先將尾礦渣制備催化劑的工藝流程畫出清晰的圖（圖2），[6]然后在將制備過程拍照，最后將燒制成的泡沫陶瓷實(shí)物拍照（圖 3），并將實(shí)驗(yàn)過程錄制視頻，在課堂上放映講解，將實(shí)物拿到課堂上，讓學(xué)生有直觀的印象，同時(shí)下載一些固體廢棄物處置的典型視頻，選擇一些優(yōu)秀的作品鼓勵(lì)學(xué)生參加各種相關(guān)省部級大賽，如：挑戰(zhàn)杯、節(jié)能減排大賽等，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性，同時(shí)培養(yǎng)同學(xué)們的科研興趣，為以后攻讀研究生和工作奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

通過近幾年對“工業(yè)固體廢物資源化”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐，極大地豐富了其教學(xué)的內(nèi)容，選課的人數(shù)大幅度提高，學(xué)生們對這門課程非常感興趣，積極參與到課堂討論和對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中來，還有部分學(xué)生實(shí)習(xí)和畢業(yè)論文都選擇同一課題，教學(xué)改革不僅可以高質(zhì)量的完成這門課程的講解，而且提高了教師的科研水平，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程優(yōu)良更深的理解，后續(xù)我們?nèi)韵Ｍ@門課能夠分配更多的學(xué)時(shí)講解，可能會(huì)將一些知識點(diǎn)更深入的闡述出來，達(dá)到更好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 仲鑫，邱木清.《固體廢棄物處理與資源化》課程的教學(xué)改革探析[J].綠色科技，2021，23（13）：238-242.

[2] 楊軍.基于研究生綜合能力培養(yǎng)的教學(xué)模式改革與實(shí)踐——以固體廢棄物處理與資源化課程為例[J].教育教學(xué)論壇，2020（27）：201-202.

[3] 毛林強(qiáng)，胡林潮，張文藝.固體廢棄物處理與處置實(shí)驗(yàn)課程的思考及建議[J].科技教育，2019（36）：78-82.

[4] Hong-xia Li， Lei-bo Deng， Peng-fei Xu， et al. Evidence for non-thermal microwave effect in processing of tailing-based [J].Journal of the European Ceramic Society.2019.39（4）：1389-1396.

[5] 賈澤奇.淺談循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念下工業(yè)固體廢物資源化[J].低碳世界，2021，11（06）：38-39.

[6] 趙然，田子晨，趙增武，等.稀土尾礦泡沫陶瓷用于催化低濃度甲烷燃燒[J].稀土，2021，42（4）：35-44.