固體廢物處理處置工程實(shí)驗(yàn)新教學(xué)模式探索*

阮菊俊，朱 潔，杜長(zhǎng)明，湯葉濤，王詩(shī)忠，孫連鵬

(中山大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006)

教育部環(huán)境工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)于2005年指定《固體廢物處理與處置》為環(huán)境類的核心課程[1]?！豆腆w廢物處理與處置》作為環(huán)境工程專業(yè)必修的三大主體課程之一，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和工程性[2]。實(shí)踐教學(xué)作為知識(shí)與技能、理論與實(shí)際的融合點(diǎn)，可以在實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化的同時(shí)，充分培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性[3-4]。實(shí)驗(yàn)是實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要組成部分，因此許多高校設(shè)置了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程《固體廢物處理處置工程實(shí)驗(yàn)》，例如清華大學(xué)、中山大學(xué)等[5-7]。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，充分利用學(xué)生的好奇心及探索欲來(lái)激發(fā)其主觀能動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生利用所掌握的理論知識(shí)解決固體廢物處理處置過(guò)程中存在的實(shí)際問(wèn)題[8]?！豆腆w廢物處理處置工程實(shí)驗(yàn)》課程在響應(yīng)教育部“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的同時(shí)，旨在為我國(guó)培養(yǎng)一批“新工科”創(chuàng)新型固體廢物處理處置專業(yè)技術(shù)人才[9]。本文以中山大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院《固體廢物處理處置工程實(shí)驗(yàn)》課程為例，探討現(xiàn)有課程體系中存在的問(wèn)題，并探索建立固體廢物處理處置工程實(shí)驗(yàn)的新教學(xué)模式。

1 現(xiàn)有課程體系中存在的問(wèn)題

目前，我?！豆腆w廢物處理處置工程實(shí)驗(yàn)》課程在深化理論學(xué)習(xí)和提高創(chuàng)新能力方面仍有欠缺，存在的問(wèn)題包括以下4點(diǎn)：

(1)理論教學(xué)課程與實(shí)驗(yàn)課程分割，無(wú)法發(fā)揮協(xié)同作用。對(duì)于同一年級(jí)的學(xué)生，《固體廢物處理處置工程》理論課程授課與《固體廢物處理處置工程實(shí)驗(yàn)》課程開設(shè)的時(shí)間分別在大二下學(xué)期和大三上學(xué)期，實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)時(shí)間滯后于理論知識(shí)學(xué)習(xí)的時(shí)間。學(xué)生在接受《固體廢物處理處置工程》課程授課時(shí)，難以直觀地理解抽象的理論知識(shí)，只能間接地通過(guò)課本及PPT中的圖片來(lái)對(duì)抽象理論知識(shí)加以理解。這不僅使學(xué)生難以牢固掌握理論知識(shí)，甚至可能會(huì)造成學(xué)生對(duì)實(shí)際生產(chǎn)錯(cuò)誤的理解。而在大三上學(xué)期學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課程時(shí)，學(xué)生又因?yàn)檫z忘部分理論知識(shí)而對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和具體實(shí)驗(yàn)操作設(shè)置的原因知之甚少，只能按照書本或教師的要求機(jī)械操作。學(xué)生缺乏主觀能動(dòng)性，實(shí)驗(yàn)課程授課效果不佳。

(2)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備較為基礎(chǔ)，與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程脫節(jié)。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，固體廢物產(chǎn)量及種類不斷增多，其處理處置的實(shí)際生產(chǎn)工藝也在不斷地改良[10]。而實(shí)驗(yàn)室中所購(gòu)置的儀器設(shè)備較為基礎(chǔ)、簡(jiǎn)單，種類較少，而且更新?lián)Q代速度慢，難以跟上當(dāng)前固體廢物處理處置實(shí)際生產(chǎn)的步伐。將實(shí)踐教學(xué)囿于實(shí)驗(yàn)室，這不僅限制了學(xué)生的對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的了解，而且無(wú)法充分激發(fā)起學(xué)生的探索欲以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的責(zé)任感和使命感。

(3)實(shí)驗(yàn)教學(xué)程序化，教學(xué)效果不理想。目前實(shí)驗(yàn)課程多采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，先由實(shí)驗(yàn)室管理教師提前將本節(jié)實(shí)驗(yàn)課所需的樣品、試劑、儀器等準(zhǔn)備好之后，再由學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，最后提交一份與理論結(jié)果接近的實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為考核依據(jù)之一。學(xué)生在這種傳統(tǒng)、按部就班的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，幾乎沒有進(jìn)行獨(dú)立思考，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

(4)考核體系不科學(xué)，部分學(xué)生積極性較差。目前《固體廢物處理處置工程實(shí)驗(yàn)》課程的考核體系，主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)?yōu)橹?，出勤及平時(shí)表現(xiàn)成績(jī)?yōu)檩o。由于課程學(xué)時(shí)及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的數(shù)量有限，因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中由學(xué)生分組多人共同開展實(shí)驗(yàn)，并以組為單位上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。由于學(xué)生人數(shù)較多且均在同一時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師在考察時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確判斷每一位同學(xué)的平時(shí)表現(xiàn)。這導(dǎo)致部分學(xué)生雖實(shí)驗(yàn)課到場(chǎng)，但在分組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中偷懶，由其他組員完成實(shí)驗(yàn)，甚至在實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫過(guò)程中也敷衍了事，后續(xù)再由其他組員進(jìn)行補(bǔ)救。這種考核體系無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，也就不能進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

2 新教學(xué)模式的探索

2.1 “耦合式”教學(xué)模式

構(gòu)建理論授課與實(shí)驗(yàn)教學(xué)“耦合式”教學(xué)模式，充分發(fā)揮理論與實(shí)踐的協(xié)同作用?；谖倚Ｄ壳啊豆腆w廢物處理處置工程》理論課程及《固體廢物處理處置工程實(shí)驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)課程分別設(shè)置在不同學(xué)期授課的情況，將理論與實(shí)驗(yàn)課程調(diào)整至同一學(xué)期進(jìn)行授課，構(gòu)建理論授課與實(shí)驗(yàn)教學(xué)“耦合式”教學(xué)模式。對(duì)于理論課程中所授章節(jié)知識(shí)，在當(dāng)周內(nèi)開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。若因?qū)嶒?yàn)室設(shè)備限制，無(wú)法滿足理論課程所授知識(shí)的實(shí)驗(yàn)要求，則由授課教師在相關(guān)理論課程章節(jié)結(jié)束時(shí)放映工藝設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程視頻，以便加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。通過(guò)授課與實(shí)驗(yàn)“耦合式”教學(xué)模式，可以充分發(fā)揮理論與實(shí)踐的協(xié)同作用，在深化理論學(xué)習(xí)的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，同步提高理論授課與實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

2.2 “實(shí)驗(yàn)室-工廠”兩地教學(xué)機(jī)制

基于“產(chǎn)教融合”理念，形成“實(shí)驗(yàn)室-工廠”兩地教學(xué)機(jī)制，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際生產(chǎn)中存在問(wèn)題的自主創(chuàng)新思維。針對(duì)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備較為簡(jiǎn)單、基礎(chǔ)，種類較少，且更換速度慢，難以跟上當(dāng)前固體廢物處理處置工程步伐的問(wèn)題，基于“產(chǎn)教融合”理念將實(shí)驗(yàn)教學(xué)搬到固體廢物處理處置工廠中，形成“實(shí)驗(yàn)室-工廠”兩地教學(xué)機(jī)制。授課教師帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)工廠開展實(shí)地參觀實(shí)踐，由該工廠工程師作為校外教師，將該工廠內(nèi)處理各類固體廢物的生產(chǎn)工藝流程及各個(gè)設(shè)備單元詳細(xì)講解給學(xué)生。同時(shí)，授課教師在開展實(shí)驗(yàn)課時(shí)，首先引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)設(shè)備與工廠內(nèi)新型設(shè)備進(jìn)行分析對(duì)比，提煉出如何升級(jí)基礎(chǔ)設(shè)備為新型設(shè)備，以解決實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中存在問(wèn)題。在返回學(xué)校實(shí)驗(yàn)室后，授課教師以新型固體廢物為例，引導(dǎo)學(xué)生思考如何升級(jí)改造實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)新型固體廢物的資源化。“實(shí)驗(yàn)室-工廠”兩地教學(xué)機(jī)制一方面可以增強(qiáng)學(xué)生的對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的了解，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)環(huán)境保護(hù)的責(zé)任感和使命感，另一方面更能充分激發(fā)起學(xué)生的探索欲和創(chuàng)新能力。

2.3 多元化教學(xué)

設(shè)置開放性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，共享教學(xué)與科研資源，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，在實(shí)現(xiàn)多元化教學(xué)的同時(shí)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。針對(duì)目前傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的程序化問(wèn)題，通過(guò)增加學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、整合學(xué)院固廢方向科研項(xiàng)目資源，開展多元化教學(xué)以打破常規(guī)程序化教學(xué)。開放性自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，是指授課教師指定一種安全系數(shù)較高的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)授給定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，自主查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)方案由授課老師及實(shí)驗(yàn)室管理老師進(jìn)行安全性評(píng)估并進(jìn)行修改補(bǔ)充后，由學(xué)生根據(jù)審核后的實(shí)驗(yàn)方案獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分享實(shí)驗(yàn)心得。共享教學(xué)與科研資源，則是指充分利用學(xué)科優(yōu)勢(shì)和豐富的科研資源，將研究生的研究課題與本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，由研究生指導(dǎo)本科生、本科生輔助研究生共同開展研究課題的實(shí)驗(yàn)。一方面，相較于課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，研究課題所需開展的實(shí)驗(yàn)更為系統(tǒng)且多樣，可以充分培養(yǎng)本科生的科研意識(shí)；另一方面，研究生實(shí)驗(yàn)安排繁重，由本科生輔助開展實(shí)驗(yàn)操作可以減輕研究生的實(shí)驗(yàn)工作量，從而進(jìn)一步促進(jìn)研究生將更多的時(shí)間和精力用于對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的思考總結(jié)及科技論文的撰寫。設(shè)置開放性自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)及共享教學(xué)與科研資源，可以突破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書+教師講解+學(xué)生操作的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主+教師引導(dǎo)+研究生輔導(dǎo)的多元化教學(xué)。在提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容過(guò)程中，將使學(xué)生感受到濃重的科研氛圍，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣與理解，激發(fā)學(xué)生的求知欲和探索欲，提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，有利于培養(yǎng)“新工科”創(chuàng)新型固體廢物處理處置專業(yè)技術(shù)人才。

圖1 多元化教學(xué)模式

2.4 優(yōu)化教學(xué)考核體系

優(yōu)化教學(xué)考核體系，提高實(shí)驗(yàn)過(guò)程所占考核權(quán)重，學(xué)生獨(dú)立撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并增加組員民主評(píng)價(jià)供教師考核參考，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。針對(duì)當(dāng)前考核體系不科學(xué)的問(wèn)題，優(yōu)化教學(xué)考核方式，提高實(shí)驗(yàn)過(guò)程所占考核權(quán)重，教師有意識(shí)地增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)巡查及觀察，并在巡查實(shí)驗(yàn)過(guò)程中隨機(jī)抽查學(xué)生一些實(shí)驗(yàn)操作問(wèn)題。由于實(shí)驗(yàn)室資金投入有限、場(chǎng)地有限，分組開展實(shí)驗(yàn)操作的形式仍需保留。但針對(duì)分組實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致部分同學(xué)積極性較差的問(wèn)題，可通過(guò)學(xué)生獨(dú)立撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告與增加組員民主評(píng)價(jià)供教師考核參考得到改善。由原本的小組合作撰寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，改為學(xué)生獨(dú)立撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。雖然同組學(xué)生共同開展實(shí)驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)是一致的，但不同的學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)處理和分析是不盡相同的。獨(dú)立撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告有利于鍛煉學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析能力，培養(yǎng)獨(dú)立科研的能力。組員民主評(píng)價(jià)則是指，每位組員在實(shí)驗(yàn)報(bào)告后附上每次實(shí)驗(yàn)操作中組員的表現(xiàn)排名，供授課教師考核參考。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系，教師可以更公正地判斷學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程中的表現(xiàn)，同時(shí)也充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

圖2 優(yōu)化教學(xué)考核體系

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)建立理論與實(shí)驗(yàn)“耦合式”教學(xué)模式、形成“實(shí)驗(yàn)室-工廠”兩地教學(xué)機(jī)制、開展多元化教學(xué)以及優(yōu)化教學(xué)考核體系，構(gòu)建固體廢物處理處置工程實(shí)驗(yàn)新教學(xué)模式。在該新模式下開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一方面可以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的了解，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際生產(chǎn)中存在問(wèn)題的自主創(chuàng)新思維；另一方面可以使學(xué)生感受到濃重的科研氛圍，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科研的興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，有利于培養(yǎng)“新工科”創(chuàng)新型固廢處理處置專業(yè)技術(shù)人才。