大數據分析在固體廢物處理與處置課程教學中的應用

劉紅盼 丁戈 楊和山 朱江 李忠彬

摘 要：隨著信息技術的飛速發展，大數據正以前所未有的方式改變人們的認知。作為環境專業中主干課程之一的“固體廢物處理與處置”同樣面臨巨大的機遇與挑戰。文章通過對“固體廢物處理與處置”課程教學內容和教學模式進行了探索和改革，探討了大數據分析在“固體廢物處理與處置”課程教學中的滲透作用，提升課程教學內容的前瞻性以提高人才培養的新模式，以期達到培養理論知識深厚，實踐能力強的人才目標。

關鍵詞：大數據；固體廢物處理與處置；教學新模式

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：2096-000X（2019）01-0099-03

Abstract： With the rapid development of information technology， big data is changing people's perceptions in an unprecedented way. As one of the main courses in the environmental profession， "Solid Waste Treatment and Disposal" also faces enormous opportunities and challenges. This paper explores and reforms the teaching content and teaching mode of the "Solid Waste Treatment and Disposal" course， discusses the penetration of big data analysis in the teaching of "solid waste treatment and disposal"， and enhances the forward-looking nature of the course teaching content. Improve the new model of talent cultivation， in order to achieve the goal of cultivating talents with profound theoretical knowledge and strong practical ability.

Keywords： big data； solid waste treatment and disposal； new teaching model

數據是信息的載體，但信息不是目的，判斷與決策才是信息的意義，如何將具象或抽象的事物數據化處理已成大勢所趨[1]。時下“大數據”一詞已成為人們的流行語，經過近幾年的發展，對于大數據的研究及在各領域中的應用給社會的發展產生了巨大的影響。對于大數據的應用目前更多的集中在對商業數據的分析，如阿里巴巴、京東、新浪等背后的云計算分析平臺，通過個人的行為來進行預測和判斷進而進行精準化服務。在環境專業的教學過程中也要適應時代的發展，進行相應的教學改革。

“固體廢物處理與處置”是環境科學與工程專業的主干課程之一。環境科學與工程專業是研究人類活動與環境關系的交叉學科群，涉及到化學、物理學、生物學、醫學、地學、工程學、經濟學、法學等各個領域的科學知識和技術，形成了一個多學科到跨學科的龐大科學體系。而關于固體廢物資源化研究理論與方法已大大超越了傳統環境科學與工程、地質與礦業科學等專業的范疇，而是基于礦物加工、地質學、材料科學、環境科學等學科相互交叉與滲透[2]。該門課程的教學效果直接關系到環境科學與工程專業學生能否掌握國內外處理和處置固體廢物的基本理論及處理處置的方法和固體廢物資源化利用的途徑和方法。為適應新形勢的發展，以解決固體廢物污染的問題，需要大量了解關于固體廢物處理的新技術、新方法以對具體問題提出最優的解決方案，此時大數據分析在該分析過程中顯得尤為重要。本文以提升“固體廢物處理與處置”課程教學內容的前瞻性和本科生綜合素質為目標，對教學內容進行改革探索研究，以期發現提高人才培養質量的新模式。

一、大數據時代下固體廢物處理與處置教學的機遇

隨著信息技術的飛速發展，云計算、千萬億次數據存儲的廣泛應用，“大數據”的時代浪潮正對整個社會的發展和人們的生活質量產生著革命性的影響。大數據擁有數據量大、數據類型多、數據處理速度快、數據價值密度低等四個基本屬性[3]。由于大數據相對傳統數據具有明顯的特性，其應用和發展已引起了政府部門、科技界和產業界的高度關注。大數據被認為是“未來的新石油”，對大數據的研究亦上升為國家意志，這對未來的科技與經濟發展必將帶來深遠影響。進入21世紀后，環境信息化進入新的高速發展期，2016年年初環保部審議通過的《生態環境大數據建設總體方案》則是一個明證，該方案通過積極建設環境數據服務和環保云平臺，以借助大數據分析來推進空氣質量監測預報、生態監測監察等工作。“智庫”一詞也同樣伴隨著“大數據”一詞的出現而日漸火爆，智庫又稱思想庫、智囊團等。國務院在 2016年12月27日公布的《“十三五”國家信息化規劃》作出 “重點建設戰略性、綜合性的高端智庫”的重要指示。王寧江等[4]提出未來的智庫將以大數據為支撐，以大數據產品為主營。楊瑞仙等[5]對大數據環境下的智庫情報分析進行了相關研究，并提出將大數據應用于課題研究以支持大數據在課題開展過程中的應用。

固體廢物既是污染物質的源頭也是其歸宿，其本身的處理處置涉及到水、氣及土壤污染的相關治理技術。固體廢物處理的技術難度在于其組分的復雜性，如何根據原料的組成成分選擇合適的處理技術是需要一直思考解決的難題？在經過近幾十年的原始實驗數據的積累，對自然界中大部分的固體廢物的組成成分變的日漸清晰，再加上信息技術的飛速發展，對固體廢物處理技術的精準化已日益成為熱點。

二、大數據時代下固體廢物處理與處置教學的挑戰

目前，固體廢物處理與處置課程教學的具有內容繁多、理論性強、學時短；教學模式單一等特點。“固體廢物處理與處置”是環境專業的專業技術必修課程之一，主要特征是以理論為前提，以應用為目的課程。本門課程是使學生們能了解固體廢棄物的產生及其對環境的危害，掌握目前國內外處理和處置固體廢棄物的基本理論及處理處置的方法，明確固體廢棄物管理的必要性和重要性，掌握固體廢棄物資源化利用的途徑和方法等。

我校結合本科教育實際情況，借鑒同類高校教學經驗，選用大多數高等院校環境專業所用的教材為寧平教授主編的“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材“固體廢物處理與處置”，在我校的本科生培養方案中，該門課程理論教學為48學時，其中實驗課時為16學時，理論學時為32學時。根據環境科學專業教學大綱要求，我校固體廢物處理與處置課程教學內容主要包括緒論；固體廢物的收集、貯存及清運；固體廢物的預處理；固體廢物的物化處理；固體廢物的生物處理；固體廢物的熱處理；固體廢物的資源化與綜合利用；固體廢物的填埋處置；危險廢物及放射性固體廢物等。通過調研，學生普遍反映課程學時不夠，課程內容多，理論性強，知識點不易掌握。

對于“固體廢物處理與處置”這門課程普遍采用傳統的授課模式，即老師講課、學生聽課。這種模式很容易造成學生不能集中精力認真聽講、感覺教學內容枯燥、容易造成厭學情緒，從而影響該門課程的教學效果。目前該門課程的實驗項目僅以傳統的驗證性實驗為主，缺乏訓練學生獨立思考能力和創新方面的綜合性實驗及研究性實驗。

三、大數據時代下固體廢物處理與處置教學的策略

在時代飛速發展的今天，目前的本科教育已不僅僅是參考書上面的知識點，更應該是多接觸時代的前沿知識。在此大數據展現出其巨大的優勢，可在紛繁復雜、規模巨大的信息中，根據特定的應用需求，從數據源中“汲取”精確的數據并歸納出前瞻性的內容。

（一）教學內容改革

在“固體廢物處理與處置”教學過程中，以打好學生理論基礎的前提下，利用大數據技術將中文環境類數據庫和英文環境類數據庫的前沿信息和知識資源以新知識歸納出來進行課程優化。“固體廢物處理與處置”課程課堂教學內容結構可分為原理性內容（基礎知識）、應用性內容（固體廢物處理與處置技術）、工程性內容（儀器設備及處理工藝流程）、學科前沿內容（熱點、關注點、新技術、新方法、新設備等）四大部分。對“固體廢物處理與處置”中“預處理”階段的“壓實”、“破碎”、“分選”及“固化”應重點運用礦物加工及冶金學科中的相關方法。在“焚燒”、“熱解”、“堆肥”、“填埋”及“生物處理”中的不同處理技術方法應多借鑒案例，從案例中讓學生對知識點加深理解。對固體廢物的綜合利用應分類進行總結分析探討，如生活垃圾、工業固體廢物、危險廢物、城市礦產、農業固體廢物及土壤修復等。對于固廢實驗的開展，應多開展綜合性和探究性實驗，如“城市污泥中Cu、Zn和Ni的測定”、“城市垃圾固體廢物組成的測定”、“城市污泥的處理與綜合利用實驗”、“電鍍污泥的電解法回收金屬實驗”和“固體廢物熱解法制備活性炭實驗”等培養學生獨立思考和創新能力。

（二）教學模式改革

在“固體廢物處理與處置”課程中應首先向學生介紹固體廢物處理的基本原理及技術方法；其次對不同類型的固體廢物應重點分析不同種類污染物的主要特征屬性、形成原因，以及國家、地方及行業的相關標準；再次對處理該種類型固體廢物所涉及的技術方法、工藝流程、技術設計過程中的裝置設備等運用大數據統計分析的結果對其進行解讀；最后讓學生了解當前國內外在不同類型固體廢物處理處置及資源化的主要研究熱點，并結合這些熱點介紹固體廢物的發展趨勢。通過此種方式來梳理“固體廢物處理與處置”課程的內容結構體系，讓學生更容易理解和把握知識脈絡。還可以通過項目的形式運用專題小組討論教學模式、案例教學模式、虛擬仿真模擬教學模式來提高學生對污染事件過程產生直觀認識，促進其對基本概念的理解和基本原理的掌握，培養學生分析和解決環境污染問題的能力。

還可通過建立“固體廢物處理與處置”課程交互式平臺課堂，在平臺課堂上分享國內外最新的固廢處理技術方法，充分利用學生的課下碎片化時間，讓學生根據自己的時間進行自主學習、隨時鞏固和溫習教學內容。通過平臺可讓學生們建立溝通交流的橋梁，教師可設定某一主題讓同學們開展辯論式的討論，同學們在參與討論的過程中通過查閱大量的資料對該主題就有了更加清晰、深入的了解。

（三）教學團隊建設與改革

“固體廢物處理與處置”課程教學團隊的建設與改革可分為硬件設施建設與改革和軟件建設與改革。硬件設施主要是指能夠開展固體廢物大數據建設所需的技術能力、信息資源等，如相關固體廢物數據庫、SPSS/SAS/EXCEL等數據分析軟件的購買等。軟件的建設主要是指教學團隊人員及相關制度的配置與制定上，對于“固體廢物處理與處置”課程教學團隊應以固體廢物大數據為基礎，固體廢物處理技術為核心，充分發揮和挖掘固體廢物數據的實際應用價值，以教學團隊帶動科研團隊，打造成一支理論基礎扎實、交叉學科緊密融合、應用成果豐富的專家隊伍。“固體廢物處理與處置”課程教學團隊應分為團隊帶頭人、骨干成員和普通成員三級，團隊帶頭人主要負責“固體廢物處理與處置”課程的全面管理，骨干成員主要負責“固體廢物處理與處置”課程中數據的分析及運用，普通成員主要負責“固體廢物處理與處置”課程中數據的收集及整理。

還可根據不同教師的研究方向總結其研究成果，通過學術報告的形式向學生開展某一主題或行業的講授。通過校企合作的方式選派教師去企業生產一線熟悉了解工藝流程、設備選型等，盡快成長為“雙師型”教師。也可聘請有經驗的工程師來參與到“固體廢物處理與處置”課程團隊的建設上來。

（四）教學評價改革

目前對于課堂教學評價存在評價方式單一、評價體系缺乏學科的針對性等缺點，“固體廢物處理與處置”課程評價主要是采用統一的閉卷考試，閉卷考試主要考察學生對基本概念的理解，但對于其綜合實際運用情況很欠缺。在電腦和手機智能化設備的普及以及微信、QQ、微博等網絡媒體的推動下，“固體廢物處理與處置”課堂的大數據分析評價有了一定的硬件保障。課堂教學本就是師生互動的過程，學生是知識的受體也是教學效果的體現者，而教師則是課堂教學的實施者和組織者。“固體廢物處理與處置”課程的教學效果的好壞受教師認知投入、情感投入以及行為投入的影響。大學階段是學生自主學習能力培養的重要階段，如何讓學生更好的管理好自己的學習過程以及如何讓老師更精確的了解每一位學生接受知識的程度顯得尤為重要。這些可利用問卷星等進行基礎數據的收集，再運用大數據分析軟件對數據進行整理和挖掘。可通過在線做題的方式對學生掌握的本節知識點進行考察，對于題目的設計上除了考核學生對基本原理和基本概念理解的基礎上，還應增強對學生具體項目的設計、計算過程的實際能力，了解學生對知識點的理解及運用情況。通過問卷的形式讓學生進行每節課的自我評價和學生之間的互評，讓學生更好的了解自己，老師可據此進行專門個性化的輔導以提高學生掌握和運用知識的能力，讓每位學生體驗到進步的喜悅。對于“固體廢物處理與處置”課程教師教學的評價應采用五個維度對其進行評價[6]：課前準備（10%）、基本素質（20%）、教學內容（30%）、教學方法（10%）以及教學效果（30%）。對于這五個維度教學的評價應有所偏重，古語有云“師者，傳道授業解惑也”。教學的主要目的不僅僅是傳授知識，更多的是還要教授學生做人的道理以及思考問題的思維方式，所以對于教學內容和教學效果的權重應有所增加。對于“固體廢物處理與處置”課程的評價主體應分為管理者、教師和學生三部分，同時對于教學效果應保證多元化和人性化，這也是素質教育以人為本的基礎。

四、結束語

大數據時代的到來為固廢行業的發展帶來了新的機遇與挑戰，作為高校教育工作者應站在時代的風口、緊跟時代的潮流，充分利用大數據的分析優勢，把“固體廢物處理與處置”課程由傳統的知識記憶改革發展到利用信息資源，充分發展和挖掘其優勢，豐富教學內容、教學模式，改革教學團隊和教學評價機制，全面提升學生理論知識和實踐能力。

參考文獻：

[1]張睿.數據分析在污染控制領域的節能優化應用[D].中國科學技術大學，2014.

[2]董發勤，徐龍華，彭同江，等.工業固體廢物資源循環利用礦物學[J].地學前緣，2014，21（5）：302-312.

[3]王壯，王瑟，周宏倉，等.大數據時代環境科學與工程教學的機遇與挑戰[J].教育與教學研究，2015，29（3）：85-87.

[4]王寧江.大數據智庫[J].浙江經濟，2016，30（4）：44-44.

[5]楊瑞仙，魏子瑤，權明 .大數據環境下的智庫情報分析研究[J].情報理論與實踐，2017，40（8）：30-36.

[6]劉秀梅.大數據時代大學英語課堂教學評價體系的構建[J].現代教育技術，2016，26（1）：94-99.