“固體廢物處置與資源化”課程實(shí)踐教學(xué)的思考

摘

要：“固體廢物處置與資源化”是環(huán)境工程本科專業(yè)的主干課程之一，課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的協(xié)調(diào)發(fā)展顯得尤為重要。作者結(jié)合東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院《固體廢物處置與資源化》課程實(shí)踐教學(xué)的思考與做法，提出“333”，即三個(gè)層級(jí)、三個(gè)方面、三種能力的創(chuàng)新培養(yǎng)模式，在知識(shí)寬度與廣度上做文章，通過虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)方式，認(rèn)識(shí)和理解國家對(duì)固廢處置與資源化的法律要求和處理處置技術(shù)的迭代發(fā)展歷程，強(qiáng)化國家精神和大環(huán)境意識(shí)，以點(diǎn)（課）帶面（領(lǐng)域）形成輻射作用，促進(jìn)環(huán)境工程本科專業(yè)可持續(xù)發(fā)展。關(guān)鍵詞：環(huán)境工程；“固體廢物處置與資源化”課程；實(shí)踐教學(xué)；虛擬仿真一、引言固體廢棄物處置與資源化是環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)規(guī)定的學(xué)科主干課程和必修課程。而環(huán)境工程核心主干課程是按環(huán)境介質(zhì)（要素）的處理與處置分別設(shè)定的，與其他課程實(shí)踐環(huán)節(jié)相比，固體廢棄物處置與資源化實(shí)踐教學(xué)在單一或綜合項(xiàng)目上有其自身獨(dú)特要求。作者結(jié)合東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院“固體廢物處置與資源化”課程實(shí)踐教學(xué)的思考與做法，總結(jié)歸納實(shí)踐教學(xué)改革取得的成效。二、固體廢物處置與資源化實(shí)踐教學(xué)問題我國在上世紀(jì)八十年代中期開始，國內(nèi)相關(guān)高校陸續(xù)開辦了環(huán)境工程本科專業(yè)，畢業(yè)生滿足了工業(yè)化初期“三廢”治理工作人才的需求。盡管與其他工業(yè)化國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展路徑不同，但也經(jīng)歷了“先污染、后治理，邊污染邊治理”的老路。環(huán)境工程專業(yè)作為新興工科專業(yè)，其學(xué)科基礎(chǔ)是化學(xué)和生物學(xué)[1]。一直以來環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)還是傳統(tǒng)意義上“水氣固噪”來劃分課程體系，在環(huán)境工程專業(yè)發(fā)展的黃金時(shí)期，此種辦學(xué)模式對(duì)于專業(yè)人才培養(yǎng)發(fā)揮了重要作用；然而伴隨著環(huán)境保護(hù)理念的深入以及產(chǎn)業(yè)升級(jí)，目前本科階段學(xué)習(xí)到的知識(shí)已經(jīng)明顯落后于社會(huì)需求，只剩下學(xué)習(xí)能力與求真務(wù)實(shí)精神。在教學(xué)實(shí)踐中，作者也發(fā)現(xiàn)環(huán)境工程專業(yè)統(tǒng)編教材許多二十年未曾大規(guī)模修訂過，仍是最初建設(shè)出版的模樣，許多作者已經(jīng)離開教學(xué)一線，受版權(quán)和著作權(quán)的限制，很難與時(shí)俱進(jìn)，創(chuàng)新發(fā)展?？紤]到專業(yè)評(píng)估和工程教育認(rèn)證的嚴(yán)格要求，各辦學(xué)單位可調(diào)整的空間有限。另外，細(xì)分專業(yè)的出現(xiàn)，如大氣科學(xué)、資源回收與利用，也在一定程度上影響到環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的錨定[2]。作為“水氣固噪”體系中的重要一環(huán)，“固體廢物處置與資源化”課程同樣面臨發(fā)展的瓶頸，表現(xiàn)在實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)不充足，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目老套，驗(yàn)證性題目多，綜合設(shè)計(jì)題目少，整改資金需求比較多。與系統(tǒng)學(xué)習(xí)資源回收與利用的新工科專業(yè)相比，如何在有限的教學(xué)時(shí)數(shù)內(nèi)，優(yōu)化師范類高校環(huán)境工程專業(yè)“固體廢物處置與資源化”課堂與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)工科學(xué)生適應(yīng)社會(huì)需求以及對(duì)知識(shí)寬度與廣度熟悉的能力，探索師范院校環(huán)境工程本科生系列課程改革，“點(diǎn)”（課程）“面”（專業(yè)課程群）協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，全面提升學(xué)生出口（培養(yǎng)）質(zhì)量，是師范類環(huán)境工程專業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。三、固體廢物處置與資源化實(shí)踐課程的改革舉措（一）明確課程課堂教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐環(huán)節(jié)有效銜接與傳統(tǒng)認(rèn)知相一致，固體廢物指的是失去使用價(jià)值的一類物質(zhì)，比如人們熟悉的生活垃圾、醫(yī)療垃圾等，如何處置或資源利用成為課程的核心教學(xué)內(nèi)容。固體廢物流動(dòng)性差，過去關(guān)注水環(huán)境污染，固體廢物潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)重視程度不足。污染現(xiàn)象體現(xiàn)在水質(zhì)上，其根源確在岸上的固體廢棄物，為了更好保護(hù)好生態(tài)環(huán)境，應(yīng)格外重視固體廢物處置與資源化技術(shù)的學(xué)習(xí)與推廣[3]。固體廢物課程內(nèi)容處置與資源化技術(shù)涉及到化學(xué)化工、生物、能源工程、機(jī)電控制等多個(gè)學(xué)科，這就涉及如何利用有限的教學(xué)時(shí)數(shù)和基礎(chǔ)條件實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生固體廢物知識(shí)學(xué)習(xí)的寬度與廣度要求，而不是一味強(qiáng)調(diào)深度要求。環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生應(yīng)聚焦在工程應(yīng)用價(jià)值上，不要過度關(guān)注相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)制造，而是重視過程的本質(zhì)要求：即應(yīng)用場(chǎng)景的差異化。實(shí)踐教學(xué)是對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的形象認(rèn)知，銜接的關(guān)鍵要義整合教育教學(xué)內(nèi)容。圖1給出的東北師范大學(xué)“固體廢物處置與資源化”課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相關(guān)教學(xué)思維導(dǎo)圖?；趫D1思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)，東北師范大學(xué)該課程教學(xué)路徑以及對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)涵聯(lián)系梳理清晰，而知識(shí)點(diǎn)的理解與消化的最佳途徑就是參加實(shí)踐。因?yàn)榄h(huán)境工程專業(yè)是一個(gè)理論與實(shí)踐密切結(jié)合的交叉專業(yè)，固體廢物課程內(nèi)容更是涉及法律法規(guī)、固體理論、化學(xué)化工、生物、能源、機(jī)電甚至人工智能。（二）加強(qiáng)課程課堂教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)模式創(chuàng)新傳統(tǒng)的固體廢物實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容安排分組大輪換驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主過渡到綜合性實(shí)踐，但對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新管理能力幫助不大。東北師范大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)“固體廢物處置與資源化”實(shí)踐教學(xué)采用“333”即三個(gè)層級(jí)、三個(gè)方面、三種能力的創(chuàng)新培養(yǎng)模式。三個(gè)層級(jí)包括充分的社會(huì)調(diào)研（社區(qū)垃圾分類）、詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)（腐蝕性、危廢識(shí)別判定）、客觀的工程設(shè)計(jì)（收集與轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、填埋場(chǎng)）；三個(gè)方面包括共性技術(shù)（化學(xué)與生物學(xué)）理論驗(yàn)證、綜合性應(yīng)用（機(jī)電）實(shí)踐以及需要高投入、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地約束實(shí)踐項(xiàng)目（焚燒）的虛擬仿真；三個(gè)能力包括融入社會(huì)的能力、發(fā)現(xiàn)環(huán)境問題的能力以及解決復(fù)雜問題的工程能力。為了做好服務(wù)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)“333”即三個(gè)層級(jí)、三個(gè)方面、三種能力的創(chuàng)新培養(yǎng)模式。對(duì)需要了解性知識(shí)點(diǎn)可以通過走出校門走進(jìn)社會(huì)，經(jīng)歷“看、問、思、答”全流程深度參與，帶著問題學(xué)習(xí)，體驗(yàn)解決問題的快樂；對(duì)需要熟悉性知識(shí)點(diǎn)可以通過驗(yàn)證性題目（基礎(chǔ)和共性技術(shù)）來加深理解；對(duì)需要掌握性知識(shí)點(diǎn)必須通過設(shè)計(jì)性綜合題目（一般結(jié)合學(xué)院科研方向）提升學(xué)生創(chuàng)新能力；所有實(shí)踐活動(dòng)的任課教師只提供原則建議，學(xué)生從準(zhǔn)備大綱入手，提出解決問題的思路，經(jīng)過方案論證，再經(jīng)過實(shí)踐體會(huì)形成報(bào)告，指導(dǎo)教師點(diǎn)評(píng)后，修改完善并提交最終成果。教學(xué)實(shí)踐表明，在強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為中心的OBE”模式同時(shí)，傳統(tǒng)體制下培養(yǎng)出來的青年教師只是傳承了書本知識(shí)，工程實(shí)踐能力普遍偏弱，有些固體廢物迭代新技術(shù)沒有工程基礎(chǔ)，授課過程中很難引發(fā)學(xué)生共鳴而達(dá)到課程思政的效果。實(shí)際上自黨的“十八大”以來，我國在固體廢物處置與資源化領(lǐng)域取得了舉世矚目的成績，充分體現(xiàn)了舉國體制的政治優(yōu)勢(shì)。而位于吉林長春的東北師范大學(xué)，長春及吉林省的工程實(shí)踐的案例，完全可以覆蓋課程對(duì)知識(shí)點(diǎn)廣度與寬度的教學(xué)要求，彰顯做好固體廢物處理與資源化利用國家意志與國家精神。（三）整合課程實(shí)踐環(huán)節(jié)校內(nèi)外教學(xué)資源目前我國環(huán)境問題的解決方案是達(dá)成多介質(zhì)多目標(biāo)協(xié)同治理管控，而固體廢棄物的處置與資源化問題則可以完美利用這一解決方案，但也正是問題的復(fù)雜性與專業(yè)性，一直以來困擾課程實(shí)踐教學(xué)的發(fā)展。伴隨城市垃圾分類工作的深入展開，讓學(xué)生走出校門走進(jìn)社區(qū)，自主設(shè)計(jì)垃圾分類知識(shí)的調(diào)研大綱或問卷，通過數(shù)據(jù)分析后得出結(jié)論并給出解決問題的途徑，論證可行性，進(jìn)而評(píng)估所在城市垃圾分類實(shí)施的效果，經(jīng)過實(shí)踐總結(jié)明顯感覺到學(xué)生學(xué)會(huì)如何與專業(yè)知識(shí)結(jié)合開展深度調(diào)研，并且成就感滿滿。對(duì)“固體廢物處置與資源化”實(shí)踐環(huán)節(jié)中的共性技術(shù)，比如浸出物的物理化學(xué)指標(biāo)pH、腐蝕性分析等考慮與環(huán)境監(jiān)測(cè)教學(xué)內(nèi)容的有效銜接，即驗(yàn)證前面課程所學(xué)到的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，又結(jié)合固廢特性，通過開展實(shí)驗(yàn)室模擬降水或改變環(huán)境介質(zhì)條件，探索一定質(zhì)量固體廢物可能產(chǎn)生的環(huán)境危害，使我們的驗(yàn)證性實(shí)踐項(xiàng)目具有科學(xué)研究價(jià)值，進(jìn)而提升驗(yàn)證性實(shí)踐環(huán)節(jié)的綜合能力。根據(jù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室條件，在共性技術(shù)驗(yàn)證性實(shí)踐的基礎(chǔ)上，又開設(shè)了2個(gè)綜合型實(shí)踐環(huán)節(jié)包括化學(xué)調(diào)理劑強(qiáng)化污泥脫水性能和秸稈/污泥制備生物炭及其污染物去除效能（按科學(xué)研究項(xiàng)目提出具體要求，分成學(xué)習(xí)實(shí)踐小組，制定研究階段目標(biāo)，匯報(bào)討論研究計(jì)劃，各實(shí)踐小組圍繞主題做好銜接，通過分組實(shí)驗(yàn)最終形成上述綜合項(xiàng)目的研究報(bào)告），這些綜合型實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)不僅夯實(shí)了固體廢物處理與資源化的課程技能，而且實(shí)現(xiàn)了與環(huán)境工程專業(yè)其它專業(yè)能力的融會(huì)貫通。上述兩個(gè)綜合型實(shí)踐項(xiàng)目的內(nèi)容選擇是基于學(xué)院組織大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)優(yōu)秀項(xiàng)目實(shí)踐中發(fā)掘凝練出來的，實(shí)踐表明：設(shè)立與學(xué)科優(yōu)勢(shì)發(fā)展方向的綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，對(duì)于增強(qiáng)東師環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生知識(shí)的廣度與寬度是十分必要的。針對(duì)固體廢物處置與資源化實(shí)踐環(huán)節(jié)如焚燒與生物發(fā)酵需要嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)小型化困難的實(shí)際問題，可以通過AR、VR技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)教育部【2017】4號(hào)文精神，共享的虛擬仿真教學(xué)資源的建設(shè)已取得一定成果[4]。表1給出的是ilab-X.com中固體廢物處置與資源化虛擬仿真教學(xué)資[4]。通過對(duì)網(wǎng)上這些虛擬仿真教學(xué)資源的梳理，可以明顯感知?jiǎng)?chuàng)作者的初心與使命，在運(yùn)用現(xiàn)代創(chuàng)新技術(shù)的同時(shí)，又融入創(chuàng)作者對(duì)固體廢物處置與資源化思考，使這些網(wǎng)上資源既有課程實(shí)踐教學(xué)知識(shí)需求，又滿足青年學(xué)生對(duì)課程內(nèi)外認(rèn)知的好奇心和求知欲。受學(xué)時(shí)等因素的影響，平臺(tái)共享的仿真項(xiàng)目并未納入各高校實(shí)踐教學(xué)體系，優(yōu)秀的虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)項(xiàng)目未被充分利用，實(shí)踐表明線上資源可以解決固體廢物實(shí)踐課程難以小型化，需要較大實(shí)驗(yàn)空間或裝置，必須做好學(xué)生的安全教育，必須提供相當(dāng)?shù)燃?jí)的安全措施，無疑給培養(yǎng)單位帶來巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。將國內(nèi)最優(yōu)秀的教學(xué)資源引入課堂，通過利用共享的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)成本可控的全面實(shí)踐能力的培養(yǎng)和教學(xué)，解決了環(huán)境學(xué)院固體廢物實(shí)踐教學(xué)建設(shè)經(jīng)費(fèi)不足難題。學(xué)生通過自主預(yù)習(xí)、集中討論、分組進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的操作，獲得操作過程和實(shí)驗(yàn)記錄，然后依托線下教學(xué)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式進(jìn)行了分析和總結(jié)[5-6]，順利達(dá)成了實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)。通過學(xué)生訪談、實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)閱等方式均得到了積極的反饋，教學(xué)效果良好，甚至有學(xué)生把固體廢物處置與資源化利用作為自己未來就業(yè)方向選項(xiàng)之一。四、結(jié)束語以東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院固體廢物現(xiàn)有實(shí)踐課資源結(jié)合可共享的省部級(jí)以上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目資源，搭建了虛實(shí)結(jié)合的固廢處理與資源化實(shí)踐課程教學(xué)體系，形成了以“學(xué)生為中心”、“OBE”兩翼驅(qū)動(dòng)的“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的資