固體廢物處理與處置課程“耦合式”實驗教學模式探索

李亞林 劉蕾 劉帥霞

摘 要：本研究從應用技術類型本科院校環境類專業的教育培養理念出發，結合河南工程學院固體廢物處理與處置課程實驗教學中存在的問題，提出了教學內容和教學形式“耦合式”的實驗教學模式。實踐表明，新的實驗教學模式實現了固體廢物處理與處置實驗與其他主干課程的有效銜接，提高了學生的學習積極性、專業水平和實踐能力，改善了實驗教學的質量，所積累的經驗對應用技術類型本科院校有一定的借鑒意義。

關鍵詞：固體廢物處理與處置;應用型本科;實驗教學;改革與實踐

固體廢物處理與處置課程具有較強的實踐操作性和實用性，其中，實驗教學是該課程的重要組成部分，對培養學生解決實際問題的能力和創新思維有重要的作用。河南工程學院是河南省示范性應用技術類型本科院校，其教育培養理念是培養高層次的應用技術型人才。學?，F有的實驗課程多采用傳統單層級的教學模式，不能充分激發學生參與實驗過程的主動性和積極性。同時，學校固體廢物處理與處置課程在改革之前開設的實驗課程內容比較單一，與實際應用聯系偏少，無法滿足應用技術類型本科院校的人才培養要求。為了實現應用技術類型院校的人才培養目標.河南工程學院在2013年將固體廢物處理與處置實驗作為16學時的獨立課程納入環境工程和資源環境科學兩個專業的培養計劃當中，并在理論教學基礎上提出了“耦合式”的實驗教學模式。這里的“耦合式”有兩層含義：第一是綜合考慮實驗操作的難易程度和實驗本身的性質，以及與其他主干課程的聯系，選擇基礎實驗、專業實驗和綜合應用實驗與教學內容耦合;第二是采用實驗預約、實驗討論和實驗考核的機制與教學方式耦合。該實驗課程采用“耦合式”的教學模式進行授課，經過近3年的建設已初具成效。

一、實驗教學內容

固體廢物處理與處置課程理論教學以寧平教授主編的《固體廢物處理與處置》為教材，在理論教學的基礎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，設置了3個不同層次的實驗項目。

（一）基礎實驗

該層次的實驗重點在于訓練學生的基礎實驗技能，讓學生熟悉實驗中要使用的簡單儀器設備，為后續的實驗打下基礎。該部分實驗內容為典型固體廢物的特性測定，由固體廢物的含水率測定、有機質含量的測定和比阻的測定3個分項實驗構成，具體內容如圖1所示。

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

（二）專業實驗

該層次的實驗重點在于鞏固學生的專業基礎知識，引導學生進行初步的實驗設計，培養學生的專業實驗技能，是實驗教學的核心環節。該部分實驗內容為酸浸粉煤灰制備水處理絮凝劑，由粉煤灰活化焙燒、焙燒產物酸浸陳化和絮凝劑產品性質測定3個分項實驗構成，具體內容如圖2所示。

酸浸粉煤灰制備水處理絮凝劑是目前國內粉煤灰資源化利用的主要途徑之一，學校相關指導教師承擔有企業委托的橫向項目，與工程應用聯系緊密。固體廢物處理與處置課程實習環節中安排有相關絮凝劑生產企業的實地參觀，因此理論課程、實驗課程和實習環節可以形成統一有效的“耦合式”銜接，有利于增強學生對基礎理論知識向工程應用轉化的認知。專業實驗中，教師引導學生根據不同的實驗條件自行設計實驗流程，強化學生的主動學習意識。實驗過程由基礎實驗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，實現了儀器操作上的循序漸進，有利于學生全面掌握實驗儀器的使用方法。專業實驗為分組實驗，以班級為單位開展實驗教學，5人為一個小組進行實驗方案的設計，根據指導教師反饋的意見和要求完成實驗。

（三）綜合應用實驗

該層次實驗為基礎實驗和專業實驗的拓展延伸，重點在于引導學生將理論知識和生產實踐相結合，是培養學生創新應用能力的重要環節。該部分實驗內容為剩余污泥調理脫水及資源化，由污泥調理脫水、脫水泥餅固化和重金屬毒性浸出3個分項實驗構成，具體內容如圖3所示。

剩余污泥調理脫水是目前國內外城市污水處理廠剩余污泥的主要處理方式，與工程實踐聯系緊密。實驗中所采用的高壓隔膜板框壓濾機與小型污水處理廠使用的污泥脫水設備為同一型號，有利于學生了解污泥脫水的操作流程。實驗結合水污染控制工程課程實習中的污水處理廠參觀環節，有助于學生對工程實踐形成整體認識。同時，脫水泥餅固化是污泥填埋處置工程中的操作環節，而重金屬毒性浸出是污泥填埋后進行環境安全性評價的重要手段，與生產實習中的填埋場頂崗實習環節相結合，有利于強化學生的工程意識，培養學生的工程應用思維。實驗中的污泥調理裝置、隔膜板框壓濾機、恒溫恒濕養護箱、無側限抗壓儀、翻滾震蕩儀和柱浸出裝置均為實際工程中使用的設備，配合不同課程的現場參觀和實習，可以增強學生對工程實際應用的認識。將單純的理論知識轉化成實際技能，同時實驗過程中要多次使用基礎實驗和專業實驗中的儀器設備，有助于學生進一步鞏固所學知識，實現3類實驗的貫通耦合。綜合應用實驗為學生分組實驗，以班級為單位開展實驗教學，10人為一個組設計實驗方案，根據指導教師反饋的意見和要求完成實驗。

二、實驗教學方式

固體廢物處理與處置課程實驗教學以學生為主體，以教師為主導，給予學生充分的自主權，激發學生的積極性和創造力。在實驗教學過程中，針對實驗預約、實驗討論和實驗考核3個層次環節，教師采用不同的授課方式，在整體上相互銜接，形成“耦合式”的教學模式。

（一）實驗預約

實驗預約機制貫穿于基礎實驗、專業實驗和綜合應用實驗環節，以傳統的實驗指導書為基礎，指導教師進行實驗內容講解，其中基礎實驗講解全部內容，專業實驗和綜合設計性實驗僅講解基本內容和要求，不涉及具體實驗操作步驟。學生根據指導教師講解的內容完成撰寫實驗預習報告的任務，完成后在指導教師處進行預習報告檢查。指導教師就實驗中的核心內容和實驗方案進行提問，達到預約要求后進行登記預約，按照預約順序進行實驗，當實驗人數達到實驗裝置使用上限后，采用補位制度，即有學生完成實驗后，后續預約的學生方可進入實驗室進行實驗。

（二）實驗討論

實驗討論形式適用于專業實驗和綜合設計性實驗環節，學生進行組內討論后將實驗設計方案提交給指導教師審核。實驗過程中，不同小組的實驗方案有所區別，學生會遇到不同的實驗現象。比如，酸浸粉煤灰制備水處理絮凝劑的專業實驗中，針對酸的類型可以選擇不同濃度的鹽酸或硫酸，陳化時間也有所區別，最終制備獲得的產品會有氯化鋁、硫酸鋁、聚合氯化鋁和聚合硫酸鋁4種不同的絮凝劑，每種絮凝劑產品的性質也會有所區別，實驗組內和組與組之間可以針對不同的實驗結果進行分析討論，指導教師根據學生遇到的問題進行講解答疑。

（三）實驗考核

實驗考核安排在學生完成全部實驗后進行，分為理論考核和實際操作考核兩部分。理論考核以學生在實驗過程中需要掌握的知識點和犯錯較多的問題為主要考核內容，這樣做一方面有利于學生進一步熟悉相關的理論知識，另一方面考核的內容更具針對性。實際操作考核以實驗中學生需要掌握的基本操作技能為考核內容，教師采取學生抽簽的方式確定每個人的考核內容，這樣做既可以全面掌握學生對實際操作技能掌握的情況，也有利于針對實驗教學存在的問題進行歸納總結和后期調整。全部實驗完成后對學生的成績進行綜合評定，采用百分制進行評分，成績包括：實驗預約10%（包括預習報告完成質量，實驗準備情況）、實驗操作30%（包括操作規范性和儀器損壞情況）、實驗紀律10%（包括實驗出勤、實驗室規則遵守和實驗安全）、實驗報告30%（包括實驗設計、實驗結果和實驗創新）、實驗考核20%（包括理論考核和實際操作考核）。

三、 “耦合式”實驗教學模式實踐效果

在“耦合式”實驗教學模式的探索研究過程中，教師分別選擇環境工程專業不同年級的學生作為傳統組和改革組進行實踐效果的對比，傳統組按照教師講授和學生操作的教學模式完成實驗，改革組按照“耦合式”教學模式完成實驗，對兩組學生分別采取問卷調查的方式進行教學內容和教學方式的滿意度調查，發現學生對傳統實驗教學模式的認可度明顯低于對新實驗教學模式的認可度。我們在分析傳統組學生的意見時發現，學生對教學內容的不認可主要集中在兩個方面：第一，實驗內容較為陳舊，缺乏系統性、連貫性和創新性;第二，部分實驗內容與其他課程實驗手段、方法重復，同時又缺乏區分度和銜接性。這兩個方面的問題造成了學生對實驗內容的興趣不高。而學生對教學方式的不認可也主要集中在兩方面：一是部分學生認為傳統實驗只是重復實驗指導書和指導教師所講授的內容，整個過程屬于簡單的機械操作，難度不大;二是少部分學生不參加實驗過程，僅參考其他學生的實驗結果即可完成實驗報告，缺乏考核的公正性。我們在對改革組的滿意度進行調查過程中，發現學生普遍認為傳統組在教學內容和教學方式上存在的問題得到了較好的解決或改善。

四、結語

固體廢物處理與處置實驗作為獨立課程設置，單獨核算成績與學分，不僅有利于提高學生對實驗環節的重視程度，還能引導學生積極參與實驗各環節。同時，我們通過對固體廢物處理與處置課程“耦合式”實驗教學模式的探索，不僅實現了與環境專業主干課程的有效銜接，還讓學生將理論知識與實際應用、工程實踐相結合。這樣的舉措凸顯了河南工程學院作為示范性應用技術類型本科院校的特色。

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責編：月 輝