固体废物处理与处置课程“耦合式”实验教学模式探索

李亚林 刘蕾 刘帅霞

摘 要：本研究从应用技术类型本科院校环境类专业的教育培养理念出发，结合河南工程学院固体废物处理与处置课程实验教学中存在的问题，提出了教学内容和教学形式“耦合式”的实验教学模式。实践表明，新的实验教学模式实现了固体废物处理与处置实验与其他主干课程的有效衔接，提高了学生的学习积极性、专业水平和实践能力，改善了实验教学的质量，所积累的经验对应用技术类型本科院校有一定的借鉴意义。

关键词：固体废物处理与处置;应用型本科;实验教学;改革与实践

固体废物处理与处置课程具有较强的实践操作性和实用性，其中，实验教学是该课程的重要组成部分，对培养学生解决实际问题的能力和创新思维有重要的作用。河南工程学院是河南省示范性应用技术类型本科院校，其教育培养理念是培养高层次的应用技术型人才。学校现有的实验课程多采用传统单层级的教学模式，不能充分激发学生参与实验过程的主动性和积极性。同时，学校固体废物处理与处置课程在改革之前开设的实验课程内容比较单一，与实际应用联系偏少，无法满足应用技术类型本科院校的人才培养要求。为了实现应用技术类型院校的人才培养目标.河南工程学院在2013年将固体废物处理与处置实验作为16学时的独立课程纳入环境工程和资源环境科学两个专业的培养计划当中，并在理论教学基础上提出了“耦合式”的实验教学模式。这里的“耦合式”有两层含义：第一是综合考虑实验操作的难易程度和实验本身的性质，以及与其他主干课程的联系，选择基础实验、专业实验和综合应用实验与教学内容耦合;第二是采用实验预约、实验讨论和实验考核的机制与教学方式耦合。该实验课程采用“耦合式”的教学模式进行授课，经过近3年的建设已初具成效。

一、实验教学内容

固体废物处理与处置课程理论教学以宁平教授主编的《固体废物处理与处置》为教材，在理论教学的基础上综合考虑与水污染控制工程和大气污染控制工程2门课程的耦合衔接，设置了3个不同层次的实验项目。

（一）基础实验

该层次的实验重点在于训练学生的基础实验技能，让学生熟悉实验中要使用的简单仪器设备，为后续的实验打下基础。该部分实验内容为典型固体废物的特性测定，由固体废物的含水率测定、有机质含量的测定和比阻的测定3个分项实验构成，具体内容如图1所示。

实验中典型的固体废物选用燃煤电厂产生的粉煤灰和市政污水处理厂产生的剩余污泥，其中，粉煤灰这一部分的知识点在大气污染控制工程课程中的燃烧颗粒物产生环节有所涉及，而剩余污泥这一部分的知识点在水污染控制工程课程中的污泥脱水环节有所涉及，两者均属于典型的固体废物。实验过程中，学生对相关知识点有一定的了解，这有利于将不同课程的知识融会贯通，激发学习兴趣。实验中使用的电热鼓风干燥箱、箱式电阻炉和真空比阻装置的使用方法在其他课程实验中也有涉及。因此，该实验易于消除学生的陌生感，教师可以引导学生将本实验中仪器的使用条件和用途与其他课程实验进行对比，增强学生的想象力，促使学生梳理整合不同课程的知识。需要注意的是，基础实验为学生单独操作实验，要求每个学生独立完成。

（二）专业实验

该层次的实验重点在于巩固学生的专业基础知识，引导学生进行初步的实验设计，培养学生的专业实验技能，是实验教学的核心环节。该部分实验内容为酸浸粉煤灰制备水处理絮凝剂，由粉煤灰活化焙烧、焙烧产物酸浸陈化和絮凝剂产品性质测定3个分项实验构成，具体内容如图2所示。

酸浸粉煤灰制备水处理絮凝剂是目前国内粉煤灰资源化利用的主要途径之一，学校相关指导教师承担有企业委托的横向项目，与工程应用联系紧密。固体废物处理与处置课程实习环节中安排有相关絮凝剂生产企业的实地参观，因此理论课程、实验课程和实习环节可以形成统一有效的“耦合式”衔接，有利于增强学生对基础理论知识向工程应用转化的认知。专业实验中，教师引导学生根据不同的实验条件自行设计实验流程，强化学生的主动学习意识。实验过程由基础实验中使用过的箱式电阻炉，过渡到恒温水浴摇床，再延伸到高精密仪器原子吸收光谱仪的使用，实现了仪器操作上的循序渐进，有利于学生全面掌握实验仪器的使用方法。专业实验为分组实验，以班级为单位开展实验教学，5人为一个小组进行实验方案的设计，根据指导教师反馈的意见和要求完成实验。

（三）综合应用实验

该层次实验为基础实验和专业实验的拓展延伸，重点在于引导学生将理论知识和生产实践相结合，是培养学生创新应用能力的重要环节。该部分实验内容为剩余污泥调理脱水及资源化，由污泥调理脱水、脱水泥饼固化和重金属毒性浸出3个分项实验构成，具体内容如图3所示。

剩余污泥调理脱水是目前国内外城市污水处理厂剩余污泥的主要处理方式，与工程实践联系紧密。实验中所采用的高压隔膜板框压滤机与小型污水处理厂使用的污泥脱水设备为同一型号，有利于学生了解污泥脱水的操作流程。實验结合水污染控制工程课程实习中的污水处理厂参观环节，有助于学生对工程实践形成整体认识。同时，脱水泥饼固化是污泥填埋处置工程中的操作环节，而重金属毒性浸出是污泥填埋后进行环境安全性评价的重要手段，与生产实习中的填埋场顶岗实习环节相结合，有利于强化学生的工程意识，培养学生的工程应用思维。实验中的污泥调理装置、隔膜板框压滤机、恒温恒湿养护箱、无侧限抗压仪、翻滚震荡仪和柱浸出装置均为实际工程中使用的设备，配合不同课程的现场参观和实习，可以增强学生对工程实际应用的认识。将单纯的理论知识转化成实际技能，同时实验过程中要多次使用基础实验和专业实验中的仪器设备，有助于学生进一步巩固所学知识，实现3类实验的贯通耦合。综合应用实验为学生分组实验，以班级为单位开展实验教学，10人为一个组设计实验方案，根据指导教师反馈的意见和要求完成实验。

二、实验教学方式

固体废物处理与处置课程实验教学以学生为主体，以教师为主导，给予学生充分的自主权，激发学生的积极性和创造力。在实验教学过程中，针对实验预约、实验讨论和实验考核3个层次环节，教师采用不同的授课方式，在整体上相互衔接，形成“耦合式”的教学模式。

（一）实验预约

实验预约机制贯穿于基础实验、专业实验和综合应用实验环节，以传统的实验指导书为基础，指导教师进行实验内容讲解，其中基础实验讲解全部内容，专业实验和综合设计性实验仅讲解基本内容和要求，不涉及具体实验操作步骤。学生根据指导教师讲解的内容完成撰写实验预习报告的任务，完成后在指导教师处进行预习报告检查。指导教师就实验中的核心内容和实验方案进行提问，达到预约要求后进行登记预约，按照预约顺序进行实验，当实验人数达到实验装置使用上限后，采用补位制度，即有学生完成实验后，后续预约的学生方可进入实验室进行实验。

（二）实验讨论

实验讨论形式适用于专业实验和综合设计性实验环节，学生进行组内讨论后將实验设计方案提交给指导教师审核。实验过程中，不同小组的实验方案有所区别，学生会遇到不同的实验现象。比如，酸浸粉煤灰制备水处理絮凝剂的专业实验中，针对酸的类型可以选择不同浓度的盐酸或硫酸，陈化时间也有所区别，最终制备获得的产品会有氯化铝、硫酸铝、聚合氯化铝和聚合硫酸铝4种不同的絮凝剂，每种絮凝剂产品的性质也会有所区别，实验组内和组与组之间可以针对不同的实验结果进行分析讨论，指导教师根据学生遇到的问题进行讲解答疑。

（三）实验考核

实验考核安排在学生完成全部实验后进行，分为理论考核和实际操作考核两部分。理论考核以学生在实验过程中需要掌握的知识点和犯错较多的问题为主要考核内容，这样做一方面有利于学生进一步熟悉相关的理论知识，另一方面考核的内容更具针对性。实际操作考核以实验中学生需要掌握的基本操作技能为考核内容，教师采取学生抽签的方式确定每个人的考核内容，这样做既可以全面掌握学生对实际操作技能掌握的情况，也有利于针对实验教学存在的问题进行归纳总结和后期调整。全部实验完成后对学生的成绩进行综合评定，采用百分制进行评分，成绩包括：实验预约10%（包括预习报告完成质量，实验准备情况）、实验操作30%（包括操作规范性和仪器损坏情况）、实验纪律10%（包括实验出勤、实验室规则遵守和实验安全）、实验报告30%（包括实验设计、实验结果和实验创新）、实验考核20%（包括理论考核和实际操作考核）。

三、 “耦合式”实验教学模式实践效果

在“耦合式”实验教学模式的探索研究过程中，教师分别选择环境工程专业不同年级的学生作为传统组和改革组进行实践效果的对比，传统组按照教师讲授和学生操作的教学模式完成实验，改革组按照“耦合式”教学模式完成实验，对两组学生分别采取问卷调查的方式进行教学内容和教学方式的满意度调查，发现学生对传统实验教学模式的认可度明显低于对新实验教学模式的认可度。我们在分析传统组学生的意见时发现，学生对教学内容的不认可主要集中在两个方面：第一，实验内容较为陈旧，缺乏系统性、连贯性和创新性;第二，部分实验内容与其他课程实验手段、方法重复，同时又缺乏区分度和衔接性。这两个方面的问题造成了学生对实验内容的兴趣不高。而学生对教学方式的不认可也主要集中在两方面：一是部分学生认为传统实验只是重复实验指导书和指导教师所讲授的内容，整个过程属于简单的机械操作，难度不大;二是少部分学生不参加实验过程，仅参考其他学生的实验结果即可完成实验报告，缺乏考核的公正性。我们在对改革组的满意度进行调查过程中，发现学生普遍认为传统组在教学内容和教学方式上存在的问题得到了较好的解决或改善。

四、结语

固体废物处理与处置实验作为独立课程设置，单独核算成绩与学分，不仅有利于提高学生对实验环节的重视程度，还能引导学生积极参与实验各环节。同时，我们通过对固体废物处理与处置课程“耦合式”实验教学模式的探索，不仅实现了与环境专业主干课程的有效衔接，还让学生将理论知识与实际应用、工程实践相结合。这样的举措凸显了河南工程学院作为示范性应用技术类型本科院校的特色。

参考文献：

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[5]王静，华承鑫.固体废物处理与处置课程教学改革与实践[J].广州化工，2016，（5）.

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责编：月 辉