“線下+線上”混合教學模式在“固體廢物處理處置”教學中的應用

趙國華，高樹梅，賈紅燕

（嘉興學院生物與化學工程學院，浙江嘉興 314001）

固體廢物處理與處置是一門實踐性和工程性很強的課程，固體廢物處理與處置課程實驗是該課程教學過程中的重要組成部分[1]。學生可以將書本的理論知識與實驗技術結合起來，進而提高分析和解決固體廢物處理、處置及資源化問題的能力，拓展學生的科研思維，為學生成為“新工科”人才做準備。我校在2012年將“固體廢物處理與處置”實驗課程列入環境工程本科生培養計劃中，設為該課程的課內實驗。2014年，“固體廢物處理與處置”實驗與“大氣污染控制工程”實驗合并為環境工程專業實驗（Ⅱ），實驗教學學時為16學時。2018年，我校設置“固體廢物處理與處置”實驗課程，實驗教學學時為32學時，該實驗課程經過7年的建設已初具規模。

2020年春節期間，為減少疫情對正常教學工作的影響，教育部提出“停課不停教、停課不停學”的要求。在開學時間不確定的情況下，考慮堆肥實驗的周期較長，即使開學后也很難保證該實驗項目的按期完成，經過課程組的討論，該實驗項目被分解為垃圾填埋虛擬仿真實驗+堆肥實驗。課程組建立“虛擬仿真教學平臺+QQ群+視頻+DIY”的多平臺應用于特殊時期的實驗課程實踐教學。以此為契機，課程組在固體廢物處理與處置實驗教學過程中開展“線下+線上”混合教學模式，實現多元化、綜合化、現代化的新型教學方式。

一、實驗教學內容

“固體廢物處理與處置”是一門信息量大、內容繁雜、知識面廣的工程技術課程的實驗教學，與機械、化學、數學、生物等學科交叉融合[2]，具有很強的實踐操作性和實用性。該課程實驗基本涉及專業的所有課程內容，實驗裝備投入大、實驗周期長，使實驗教學的難度加大[3]。為學生選擇實驗項目需要兼顧時間、安全、實用、知識點等因素，實驗內容及學時安排見表1。實驗內容主要涉及固體廢物預處理、固體廢物物理化學處理和固體廢物生物處理。

表1 實驗內容及學時安排

（一）基礎實驗

第一個實驗為固體廢物破碎和篩分。該實驗選擇三種破碎機：鄂式破碎機、錘式破碎機和球磨機。固體廢物破碎和篩分實驗使用不同孔徑的篩子，采用一段破碎和二段破碎計算篩分效率，學生通過該實驗可以掌握篩分原理及工藝。

第二個實驗為危險廢物浸出毒性測定實驗。該實驗采用《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007），安排4個學時：2學時+2學時，第一個2學時學生根據國標方法準備好樣品和浸出液，放入翻轉振蕩器，振蕩時間18±2小時后，第二個2學時完成樣品過濾和上機分析測定重金屬含量。通過危險廢物浸出毒性測定實驗，學生可以掌握浸出毒性的操作方法和重金屬的測定方法。

第三個實驗是污泥脫水性能的測定與表征。污泥來源于當地污水處理廠 ，污泥通過不同的預處理方法后再采用離心脫水，測定如污泥比阻抗、毛細吸水實踐、含固率等污泥性能指標。通過污泥脫水性能的測定與表征實驗，學生可以分析污泥脫水前后的變化，提高學生掌握污泥脫水方法的能力。

（二）線上實驗

有兩個實驗項目采用了線上+線下混合模式。

垃圾衛生填埋是垃圾最終的處置方法，該方法在課程教學中的地位很重要，但是垃圾衛生填埋在實驗室是不可能操作完成的。因此，為了加深學生對垃圾填埋場的操作及結構的了解，課程組設置了“垃圾衛生填埋虛擬仿真實驗”，該實驗為學生提供了一個平等的、傳統實驗室無法提供的學習體驗，消除了傳統實驗室的所有物理限制，而且可以多次操作，有利于學生對本部分知識的掌握。圖1展示了學生在操作過程中的截圖，可以了解學生對該次實驗的參與程度。期末考試涉及垃圾填埋的試題，80%以上的學生可以進行作答，答題效果遠好于沒有進行虛擬仿真實驗之前的答題效果。

圖1 虛擬仿真實驗過程學生截圖

另一個是實驗是有機垃圾堆肥實驗。以前該實驗是在實驗裝置內完成的，但因為實驗臺套數有限，安排7-8個人一組來完成實驗，實驗效率低。疫情期間，考慮到該實驗的周期較長，課程組決定由學生在家里采用“線上+DIY”相結合模式完成實驗，堆肥DIY這個環節學生特別喜歡。學生可以在家與家人一起完成有機垃圾堆肥實驗，做實驗也可以作為學生在家消遣娛樂的一種方式。通過實驗，學生可以觀察堆肥的變化，可以了解堆肥的原理。在進行實驗的過程中，學生及其家人的環保意識也提高了。但由于學生是在家里開展實驗，故學生只能觀察到堆肥的變化，無法對實驗開展指標測定。課程組在2021年開展有機垃圾堆肥實驗。課程組可以給學生提供一些家用堆肥視頻作為學生課前預習的素材。在開始上課時，課程組的老師會對學生提問，以此來了解學生對該實驗的掌握程度。之后，再由2-3個學生一組共同完成實驗。學生會提前帶來一些水果皮、餐廚垃圾等，并根據視頻指引逐步完成堆肥實驗。在準備材料的過程中，學生表現得非常積極和開心，組隊挖土并尋找蚯蚓等蟲子放入裝置，并把實驗過程進行記錄做成視頻進行展示。圖2是這兩屆學生完成的視頻。學生在制作視頻的過程中，能認真學習各類軟件的操作使用，提高其使用多媒體的能力，多數學生覺得這樣的考核方式很好。

圖2 學生堆肥視頻展示

（三）綜合設計實驗

1.固體廢物堆肥實驗

8個學時實驗分解為2+2+2+2，2個人一組，學生自己準備一個10L的塑料桶和有機垃圾（雞蛋殼、剩飯剩菜、青草、樹葉等）。按照視頻的引導，第一個2學時搭建反應器，每周完成2個學時，采集樣品和測定相關指標，持續時間1個月左右，堆肥過程原料的變化見圖1。學生可以觀察垃圾顏色、體積、氣味以及相應指標的變化，加深對該部分知識的掌握。學生在測定指標的時候，會發現樣品濃度超過標準曲線濃度，樣品需要稀釋，這個過程需要學生自己去分析、測定，以此充分鍛煉學生分析問題的綜合能力。堆肥結束，學生在瓶中可以種植一些多肉植物、西紅柿、辣椒等，親眼看到自己的勞動成果，學生的成就感非常大。這樣的實驗能提高學生的動手能力，寓教于樂。圖3展示了堆肥前后原料的變化，不同小組使用的原料不同，幾天過來記錄一次數據，同時也會觀察到其他小組的堆肥原料的變化。有的學生發現其他小組的原料變化比較明顯，會積極地提問為什么會這樣，進而促使他們再把理論課程梳理一遍。

圖3 堆肥原料的變化

2.餐廚垃圾厭氧發酵實驗

8個學時實驗分解為5+1+1+1，5個學時用于搭建實驗裝置，發酵原料為餐廚垃圾和厭氧污泥。學生要檢測發酵液的PH、電導率、TOC、含固率、產氣量等指標，隔一天用1個學時測定發酵液的這些指標。學生根據指標的變化制圖，圖4展示了學生完成的厭氧發酵的實驗報告，可以看出：學生不僅詳細說明了實驗結果，而且分析了趨勢變化，并找出其中的原因。學生把課程中關于厭氧發酵的過程和影響因素結合起來，有助于增強學生對厭氧發酵知識的理解。在實驗進行過程中，學生如果不及時認真處理發酵裝置，就會出現發酵液流出的現象，教師要督促學生認真做實驗。學生可以直接從量筒中看到別的小組的產量，有的小組的產量遠低于其他小組，可以直觀得到影響因素。

圖4 餐廚垃圾厭氧發酵實驗報告

這兩個實驗均是綜合實驗，學生在完成實驗的過程中能提高“環境化學”和“環境監測”的實驗技能。兩個實驗均是動態實驗，學生可以根據指標觀察垃圾的變化，并對這些指標進行分析，掌握垃圾生物處理的原理。該課程的實驗項目可以為學生提供多個完整的實驗機會，使學生能更貼近科研與應用實踐，同時培養了部分學生的科學素養。各個學?？梢愿鶕嶒炇噎h境對實驗項目進行調整。

二、實驗教學考核

實驗課程成績包括：預習情況5%；實驗基本操作40%；實驗紀律（包括安全衛生、儀器破損、小組合作、實驗室規則遵守情況等）5%、實驗報告50%（包括報告的完整性、圖表的規范性、書寫工整、實驗數據和數據處理、結論正確等）。實驗報告結尾要求學生對本次實驗進行總結，圖5展示了部分學生寫的體會和總結，從這里可以看出，學生對專業課實驗的安排和設計非常滿意，印象深刻。教師在批改實驗報告時，也會認真閱讀學生的實驗總結，在其中及早發現學生存在的問題，從而更好地調整或者改進實驗內容。綜合評定實驗成績的方式可以督促所有學生參與實驗，減少了抄襲實驗報告、實驗操作敷衍的現象，培養學生的獨立思考和創新能力。

圖5 學生實驗報告心得體會

三、結束語

“新工科”背景下，培養適應社會快速發展的高級應用型與創新型人才，需要加快當前的課程實驗改革，更新實驗教學手段與教學內容，這是當前我國高校實驗教學面臨的重要課題。在當前的時代背景下，開展“線上＋線下”多平臺實驗教學可以激發學生的學習興趣、培養學生的科研素養，效果很好。