“固体废物处置与资源化”课程实践教学的思考

摘

要：“固体废物处置与资源化”是环境工程本科专业的主干课程之一，课堂教学与实践教学的协调发展显得尤为重要。作者结合东北师范大学环境学院《固体废物处置与资源化》课程实践教学的思考与做法，提出“333”，即三个层级、三个方面、三种能力的创新培养模式，在知识宽度与广度上做文章，通过虚实结合的实践教学方式，认识和理解国家对固废处置与资源化的法律要求和处理处置技术的迭代发展历程，强化国家精神和大环境意识，以点（课）带面（领域）形成辐射作用，促进环境工程本科专业可持续发展。关键词：环境工程；“固体废物处置与资源化”课程；实践教学；虚拟仿真一、引言固体废弃物处置与资源化是环境工程专业教学指导委员会规定的学科主干课程和必修课程。而环境工程核心主干课程是按环境介质（要素）的处理与处置分别设定的，与其他课程实践环节相比，固体废弃物处置与资源化实践教学在单一或综合项目上有其自身独特要求。作者结合东北师范大学环境学院“固体废物处置与资源化”课程实践教学的思考与做法，总结归纳实践教学改革取得的成效。二、固体废物处置与资源化实践教学问题我国在上世纪八十年代中期开始，国内相关高校陆续开办了环境工程本科专业，毕业生满足了工业化初期“三废”治理工作人才的需求。尽管与其他工业化国家经济发展路径不同，但也经历了“先污染、后治理，边污染边治理”的老路。环境工程专业作为新兴工科专业，其学科基础是化学和生物学[1]。一直以来环境工程专业人才培养还是传统意义上“水气固噪”来划分课程体系，在环境工程专业发展的黄金时期，此种办学模式对于专业人才培养发挥了重要作用；然而伴随着环境保护理念的深入以及产业升级，目前本科阶段学习到的知识已经明显落后于社会需求，只剩下学习能力与求真务实精神。在教学实践中，作者也发现环境工程专业统编教材许多二十年未曾大规模修订过，仍是最初建设出版的模样，许多作者已经离开教学一线，受版权和著作权的限制，很难与时俱进，创新发展。考虑到专业评估和工程教育认证的严格要求，各办学单位可调整的空间有限。另外，细分专业的出现，如大气科学、资源回收与利用，也在一定程度上影响到环境工程专业人才培养目标的锚定[2]。作为“水气固噪”体系中的重要一环，“固体废物处置与资源化”课程同样面临发展的瓶颈，表现在实践教学学时不充足，实验项目老套，验证性题目多，综合设计题目少，整改资金需求比较多。与系统学习资源回收与利用的新工科专业相比，如何在有限的教学时数内，优化师范类高校环境工程专业“固体废物处置与资源化”课堂与实践教学内容，增强工科学生适应社会需求以及对知识宽度与广度熟悉的能力，探索师范院校环境工程本科生系列课程改革，“点”（课程）“面”（专业课程群）协调联动，全面提升学生出口（培养）质量，是师范类环境工程专业可持续发展的必由之路。三、固体废物处置与资源化实践课程的改革举措（一）明确课程课堂教学内容与实践环节有效衔接与传统认知相一致，固体废物指的是失去使用价值的一类物质，比如人们熟悉的生活垃圾、医疗垃圾等，如何处置或资源利用成为课程的核心教学内容。固体废物流动性差，过去关注水环境污染，固体废物潜在的环境风险重视程度不足。污染现象体现在水质上，其根源确在岸上的固体废弃物，为了更好保护好生态环境，应格外重视固体废物处置与资源化技术的学习与推广[3]。固体废物课程内容处置与资源化技术涉及到化学化工、生物、能源工程、机电控制等多个学科，这就涉及如何利用有限的教学时数和基础条件实现对学生固体废物知识学习的宽度与广度要求，而不是一味强调深度要求。环境工程专业学生应聚焦在工程应用价值上，不要过度关注相关设备的设计制造，而是重视过程的本质要求：即应用场景的差异化。实践教学是对课堂教学内容的形象认知，衔接的关键要义整合教育教学内容。图1给出的东北师范大学“固体废物处置与资源化”课堂教学与实践教学相关教学思维导图。基于图1思维导图设计，东北师范大学该课程教学路径以及对应知识点的内涵联系梳理清晰，而知识点的理解与消化的最佳途径就是参加实践。因为环境工程专业是一个理论与实践密切结合的交叉专业，固体废物课程内容更是涉及法律法规、固体理论、化学化工、生物、能源、机电甚至人工智能。（二）加强课程课堂教学内容与实践环节培养模式创新传统的固体废物实践教学内容安排分组大轮换验证性实验为主过渡到综合性实践，但对于培养学生的创新管理能力帮助不大。东北师范大学环境工程专业“固体废物处置与资源化”实践教学采用“333”即三個层级、三个方面、三种能力的创新培养模式。三个层级包括充分的社会调研（社区垃圾分类）、详实的实验（腐蚀性、危废识别判定）、客观的工程设计（收集与转运系统、填埋场）；三个方面包括共性技术（化学与生物学）理论验证、综合性应用（机电）实践以及需要高投入、实验场地约束实践项目（焚烧）的虚拟仿真；三个能力包括融入社会的能力、发现环境问题的能力以及解决复杂问题的工程能力。为了做好服务实践教学内容，实现“333”即三个层级、三个方面、三种能力的创新培养模式。对需要了解性知识点可以通过走出校门走进社会，经历“看、问、思、答”全流程深度参与，带着问题学习，体验解决问题的快乐；对需要熟悉性知识点可以通过验证性题目（基础和共性技术）来加深理解；对需要掌握性知识点必须通过设计性综合题目（一般结合学院科研方向）提升学生创新能力；所有实践活动的任课教师只提供原则建议，学生从准备大纲入手，提出解决问题的思路，经过方案论证，再经过实践体会形成报告，指导教师点评后，修改完善并提交最终成果。教学实践表明，在强调“以学生为中心的OBE”模式同时，传统体制下培养出来的青年教师只是传承了书本知识，工程实践能力普遍偏弱，有些固体废物迭代新技术没有工程基础，授课过程中很难引发学生共鸣而达到课程思政的效果。实际上自党的“十八大”以来，我国在固体废物处置与资源化领域取得了举世瞩目的成绩，充分体现了举国体制的政治优势。而位于吉林长春的东北师范大学，长春及吉林省的工程实践的案例，完全可以覆盖课程对知识点广度与宽度的教学要求，彰显做好固体废物处理与资源化利用国家意志与国家精神。（三）整合课程实践环节校内外教学资源目前我国环境问题的解决方案是达成多介质多目标协同治理管控，而固体废弃物的处置与资源化问题则可以完美利用这一解决方案，但也正是问题的复杂性与专业性，一直以来困扰课程实践教学的发展。伴随城市垃圾分类工作的深入展开，让学生走出校门走进社区，自主设计垃圾分类知识的调研大纲或问卷，通过数据分析后得出结论并给出解决问题的途径，论证可行性，进而评估所在城市垃圾分类实施的效果，经过实践总结明顯感觉到学生学会如何与专业知识结合开展深度调研，并且成就感满满。对“固体废物处置与资源化”实践环节中的共性技术，比如浸出物的物理化学指标pH、腐蚀性分析等考虑与环境监测教学内容的有效衔接，即验证前面课程所学到的实验技术，又结合固废特性，通过开展实验室模拟降水或改变环境介质条件，探索一定质量固体废物可能产生的环境危害，使我们的验证性实践项目具有科学研究价值，进而提升验证性实践环节的综合能力。根据学院实验室条件，在共性技术验证性实践的基础上，又开设了2个综合型实践环节包括化学调理剂强化污泥脱水性能和秸秆/污泥制备生物炭及其污染物去除效能（按科学研究项目提出具体要求，分成学习实践小组，制定研究阶段目标，汇报讨论研究计划，各实践小组围绕主题做好衔接，通过分组实验最终形成上述综合项目的研究报告），这些综合型实践活动设计不仅夯实了固体废物处理与资源化的课程技能，而且实现了与环境工程专业其它专业能力的融会贯通。上述两个综合型实践项目的内容选择是基于学院组织大学生创新创业优秀项目实践中发掘凝练出来的，实践表明：设立与学科优势发展方向的综合实验环节，对于增强东师环境工程专业学生知识的广度与宽度是十分必要的。针对固体废物处置与资源化实践环节如焚烧与生物发酵需要严格的实验场地和实验小型化困难的实际问题，可以通过AR、VR技术来实现。根据教育部【2017】4号文精神，共享的虚拟仿真教学资源的建设已取得一定成果[4]。表1给出的是ilab-X.com中固体废物处置与资源化虚拟仿真教学资[4]。通过对网上这些虚拟仿真教学资源的梳理，可以明显感知创作者的初心与使命，在运用现代创新技术的同时，又融入创作者对固体废物处置与资源化思考，使这些网上资源既有课程实践教学知识需求，又满足青年学生对课程内外认知的好奇心和求知欲。受学时等因素的影响，平台共享的仿真项目并未纳入各高校实践教学体系，优秀的虚拟实验建设项目未被充分利用，实践表明线上资源可以解决固体废物实践课程难以小型化，需要较大实验空间或装置，必须做好学生的安全教育，必须提供相当等级的安全措施，无疑给培养单位带来巨大的经济负担。将国内最优秀的教学资源引入课堂，通过利用共享的虚拟仿真实验教学项目实现成本可控的全面实践能力的培养和教学，解决了环境学院固体废物实践教学建设经费不足难题。学生通过自主预习、集中讨论、分组进行虚拟仿真实验的操作，获得操作过程和实验记录，然后依托线下教学的实验报告形式进行了分析和总结[5-6]，顺利达成了实践环节教学的培养目标。通过学生访谈、实验报告评阅等方式均得到了积极的反馈，教学效果良好，甚至有学生把固体废物处置与资源化利用作为自己未来就业方向选项之一。四、结束语以东北师范大学环境学院固体废物现有实践课资源结合可共享的省部级以上虚拟仿真实验教学项目资源，搭建了虚实结合的固废处理与资源化实践课程教学体系，形成了以“学生为中心”、“OBE”两翼驱动的“互联网+”背景下的资