固體廢物處理處置工程實驗新教學模式探索*

阮菊俊，朱 潔，杜長明，湯葉濤，王詩忠，孫連鵬

(中山大學環境科學與工程學院，廣東 廣州 510006)

教育部環境工程教學指導委員會于2005年指定《固體廢物處理與處置》為環境類的核心課程[1]?！豆腆w廢物處理與處置》作為環境工程專業必修的三大主體課程之一，具有較強的實踐性和工程性[2]。實踐教學作為知識與技能、理論與實際的融合點，可以在實現理論知識向實踐能力轉化的同時，充分培養學生創新能力、激發學生主觀能動性[3-4]。實驗是實踐環節的重要組成部分，因此許多高校設置了相應的實驗教學課程《固體廢物處理處置工程實驗》，例如清華大學、中山大學等[5-7]。在實驗教學過程中，充分利用學生的好奇心及探索欲來激發其主觀能動性，引導學生利用所掌握的理論知識解決固體廢物處理處置過程中存在的實際問題[8]。《固體廢物處理處置工程實驗》課程在響應教育部“卓越工程師培養計劃”的同時，旨在為我國培養一批“新工科”創新型固體廢物處理處置專業技術人才[9]。本文以中山大學環境科學與工程學院《固體廢物處理處置工程實驗》課程為例，探討現有課程體系中存在的問題，并探索建立固體廢物處理處置工程實驗的新教學模式。

1 現有課程體系中存在的問題

目前，我?！豆腆w廢物處理處置工程實驗》課程在深化理論學習和提高創新能力方面仍有欠缺，存在的問題包括以下4點：

(1)理論教學課程與實驗課程分割，無法發揮協同作用。對于同一年級的學生，《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驗》課程開設的時間分別在大二下學期和大三上學期，實驗課程的開設時間滯后于理論知識學習的時間。學生在接受《固體廢物處理處置工程》課程授課時，難以直觀地理解抽象的理論知識，只能間接地通過課本及PPT中的圖片來對抽象理論知識加以理解。這不僅使學生難以牢固掌握理論知識，甚至可能會造成學生對實際生產錯誤的理解。而在大三上學期學習實驗課程時，學生又因為遺忘部分理論知識而對實驗原理和具體實驗操作設置的原因知之甚少，只能按照書本或教師的要求機械操作。學生缺乏主觀能動性，實驗課程授課效果不佳。

(2)實驗室設備較為基礎，與實際生產過程脫節。隨著社會的快速發展，固體廢物產量及種類不斷增多，其處理處置的實際生產工藝也在不斷地改良[10]。而實驗室中所購置的儀器設備較為基礎、簡單，種類較少，而且更新換代速度慢，難以跟上當前固體廢物處理處置實際生產的步伐。將實踐教學囿于實驗室，這不僅限制了學生的對實際生產過程的了解，而且無法充分激發起學生的探索欲以及對環境保護的責任感和使命感。

(3)實驗教學程序化，教學效果不理想。目前實驗課程多采用傳統的教學模式，先由實驗室管理教師提前將本節實驗課所需的樣品、試劑、儀器等準備好之后，再由學生按照實驗步驟進行操作，最后提交一份與理論結果接近的實驗報告作為考核依據之一。學生在這種傳統、按部就班的實驗教學過程中，幾乎沒有進行獨立思考，不利于培養學生的創新思維。

(4)考核體系不科學，部分學生積極性較差。目前《固體廢物處理處置工程實驗》課程的考核體系，主要以實驗報告成績為主，出勤及平時表現成績為輔。由于課程學時及實驗設備的數量有限，因此在實驗教學中由學生分組多人共同開展實驗，并以組為單位上交實驗報告。由于學生人數較多且均在同一時間進行實驗，教師在考察時無法準確判斷每一位同學的平時表現。這導致部分學生雖實驗課到場，但在分組實驗過程中偷懶，由其他組員完成實驗，甚至在實驗報告撰寫過程中也敷衍了事，后續再由其他組員進行補救。這種考核體系無法調動學生學習的積極性和主動性，也就不能進一步培養學生的自主創新能力。

2 新教學模式的探索

2.1 “耦合式”教學模式

構建理論授課與實驗教學“耦合式”教學模式，充分發揮理論與實踐的協同作用。基于我校目前《固體廢物處理處置工程》理論課程及《固體廢物處理處置工程實驗》實驗課程分別設置在不同學期授課的情況，將理論與實驗課程調整至同一學期進行授課，構建理論授課與實驗教學“耦合式”教學模式。對于理論課程中所授章節知識，在當周內開展相應的實驗教學。若因實驗室設備限制，無法滿足理論課程所授知識的實驗要求，則由授課教師在相關理論課程章節結束時放映工藝設備生產過程視頻，以便加深學生對理論知識的理解。通過授課與實驗“耦合式”教學模式，可以充分發揮理論與實踐的協同作用，在深化理論學習的同時培養學生動手實踐能力，同步提高理論授課與實驗教學效果。

2.2 “實驗室-工廠”兩地教學機制

基于“產教融合”理念，形成“實驗室-工廠”兩地教學機制，培養學生解決實際生產中存在問題的自主創新思維。針對實驗室儀器設備較為簡單、基礎，種類較少，且更換速度慢，難以跟上當前固體廢物處理處置工程步伐的問題，基于“產教融合”理念將實驗教學搬到固體廢物處理處置工廠中，形成“實驗室-工廠”兩地教學機制。授課教師帶領學生走進工廠開展實地參觀實踐，由該工廠工程師作為校外教師，將該工廠內處理各類固體廢物的生產工藝流程及各個設備單元詳細講解給學生。同時，授課教師在開展實驗課時，首先引導學生將實驗室基礎設備與工廠內新型設備進行分析對比，提煉出如何升級基礎設備為新型設備，以解決實際生產過程中存在問題。在返回學校實驗室后，授課教師以新型固體廢物為例，引導學生思考如何升級改造實驗室現有基礎設備，以實現新型固體廢物的資源化。“實驗室-工廠”兩地教學機制一方面可以增強學生的對實際生產過程的了解，培養學生對環境保護的責任感和使命感，另一方面更能充分激發起學生的探索欲和創新能力。

2.3 多元化教學

設置開放性實驗環節，共享教學與科研資源，提升實驗教學內容，在實現多元化教學的同時提高學生的創新能力。針對目前傳統實驗教學中存在的程序化問題，通過增加學生自主設計實驗環節、整合學院固廢方向科研項目資源，開展多元化教學以打破常規程序化教學。開放性自主設計實驗，是指授課教師指定一種安全系數較高的實驗，學生根據授給定實驗內容，自主查閱文獻資料、設計實驗方案。實驗方案由授課老師及實驗室管理老師進行安全性評估并進行修改補充后，由學生根據審核后的實驗方案獨立開展實驗操作。學生根據實驗數據書寫實驗報告，總結實驗結果，分享實驗心得。共享教學與科研資源，則是指充分利用學科優勢和豐富的科研資源，將研究生的研究課題與本科生的實驗教學相結合，由研究生指導本科生、本科生輔助研究生共同開展研究課題的實驗。一方面，相較于課程實驗內容，研究課題所需開展的實驗更為系統且多樣，可以充分培養本科生的科研意識；另一方面，研究生實驗安排繁重，由本科生輔助開展實驗操作可以減輕研究生的實驗工作量，從而進一步促進研究生將更多的時間和精力用于對實驗數據的思考總結及科技論文的撰寫。設置開放性自主設計實驗環節及共享教學與科研資源，可以突破傳統的實驗指導書+教師講解+學生操作的教學模式，實現學生自主+教師引導+研究生輔導的多元化教學。在提升實驗教學內容過程中，將使學生感受到濃重的科研氛圍，培養學生對科學研究的興趣與理解，激發學生的求知欲和探索欲，提高學生的自主創新能力，有利于培養“新工科”創新型固體廢物處理處置專業技術人才。

圖1 多元化教學模式

2.4 優化教學考核體系

優化教學考核體系，提高實驗過程所占考核權重，學生獨立撰寫實驗報告，并增加組員民主評價供教師考核參考，充分調動學生的積極性和主動性，提高實驗教學效果。針對當前考核體系不科學的問題，優化教學考核方式，提高實驗過程所占考核權重，教師有意識地增強實驗巡查及觀察，并在巡查實驗過程中隨機抽查學生一些實驗操作問題。由于實驗室資金投入有限、場地有限，分組開展實驗操作的形式仍需保留。但針對分組實驗導致部分同學積極性較差的問題，可通過學生獨立撰寫實驗報告與增加組員民主評價供教師考核參考得到改善。由原本的小組合作撰寫一份實驗報告，改為學生獨立撰寫實驗報告。雖然同組學生共同開展實驗所得到的數據是一致的，但不同的學生對數據處理和分析是不盡相同的。獨立撰寫實驗報告有利于鍛煉學生對實驗數據的處理分析能力，培養獨立科研的能力。組員民主評價則是指，每位組員在實驗報告后附上每次實驗操作中組員的表現排名，供授課教師考核參考。通過優化實驗教學考核體系，教師可以更公正地判斷學生在實驗課程中的表現，同時也充分調動學生的積極性和主動性，提高實驗教學效果。

圖2 優化教學考核體系

3 結 語

通過建立理論與實驗“耦合式”教學模式、形成“實驗室-工廠”兩地教學機制、開展多元化教學以及優化教學考核體系，構建固體廢物處理處置工程實驗新教學模式。在該新模式下開展實驗教學，一方面可以強化學生對理論知識的掌握，增強學生對實際生產過程的了解，培養學生解決實際生產中存在問題的自主創新思維；另一方面可以使學生感受到濃重的科研氛圍，培養學生對科研的興趣，提高學生的創新能力，有利于培養“新工科”創新型固廢處理處置專業技術人才。