工程教育专业认证背景下《固体废物处理与资源化》课程改革与建设

2021-08-26孙英杰王亚楠王华伟李卫华卞荣星赵建伟张大磊

四川环境 2021年4期

孙英杰，王亚楠，王华伟，李卫华，卞荣星，赵建伟，张大磊

(青岛理工大学环境与市政工程学院，山东青岛 266000)

引言

中国工程教育认证按照国际“实质等效”原则，经过一个相对长期的探索与发展，到2013年加入“华盛顿协议”成为该协议组织的第21个成员国，已形成了与国际实质等效的工程教育专业认证体系。认证体系以质量保证和质量改进为基本指导思想和出发点，注重学校或专业的多样性和鲜明特色，以学生为本，重视学生产出成就，建立了包括学生、培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍、支持条件等七要素的通用标准，并针对各专业形成补充标准，从而促进院校和专业的发展，规范教学质量管理和过程监控，增强高等教育界为工业界提供合格工程师的功能[1-2]。

青岛理工大学环境工程专业于2018年向专业认证委员会提交了工程教育专业认证的申请，并于2020年通过了国际工程教育专业认证。专业确立了“立足山东、面向全国，培养具有社会责任感、职业道德和可持续发展理念，服务国家和地方社会经济发展需要的环境工程应用型工程技术人才”的培养目标。本专业培养目标的制定充分考虑了学校的发展和人才培养定位，依托环境科学与工程一级硕士点，基于污染控制与治理的工程背景，突出学生的工程实践能力培养，强化学生解决复杂工程问题的能力提升[3]。《固体废物处理与资源化》是环境工程专业一门必修课，以本专业工程认证为契机，围绕该课程授课体系优化、教学方式多样化以及师资队伍提升等方面进行了改革与建设，以培养学生解决复杂环境工程问题提供重要支撑。

1 优化课程体系，修订、完善课程建设方案

1.1 课程内容调整，紧密结合突出性固体废物管理与污染控制问题

往年课程教学选用宁平主编的《固体废物处理与处置》，该教材内容体系包括固体废物的来源与分类，固体废物的收集、贮存和清运，固体废物的预处理、物化处理、生物处理和热处理，固体废物的资源化和综合利用，固体废物的填埋处置及危险废物的管理等。然而，近年来固体废物处理与资源化领域发生了许多变化，如生活垃圾源头分类已成为新时尚，生活垃圾从卫生填埋为主开始向焚烧发电为主过渡，危险废物的管理日趋严格，固体废物的预处理、填埋、焚烧及综合利用等处理技术也有了长足的发展，以及《固体废物污染环境防治法》的重新修订等，这些变化都促使我们在教学方面与时俱进[4-5]。因此，为了能够使学生更全面深入了解固体废物处理与资源化领域新技术、新理论及新方法，我们选用赵由才主编的《固体废物处理与资源化》(第三版)作为课程教材。

往年教学内容以固体废物的处理方法为主线讲授，在讲授某种处理技术时，主要以某一类固体废物的处理技术展开。例如，在讲授填埋(或焚烧)处理技术时，往往重点讲授生活垃圾的填埋(或焚烧)处理，而对于危险废物的安全填埋和焚烧处置讲授较少，学生难以全面了解不同类型固体废物的相关处理技术及其差异性，也难以全面掌握危险废物从源头鉴别到终端处置的所有技术，且固体废物资源化处理的内容整体相对薄弱。因此，教学内容体系调整以固体废物处理与资源化与两条主线，围绕处理对象重点讲授生活垃圾、危险废物和一般工业固体废物的处理与资源化技术，同时力求全面完整地讲授固体废物处理与资源化技术在近些年的发展变革，突出新理论、新方法和新技术。

此外，结合我国当前固废管理标准法规、突出性固体废物处理与资源化问题开展专题研讨教学。例如，开展“生活垃圾分类的发展与困境”“填埋场渗滤液处理工艺及现存问题”“从禁止洋垃圾进口政策看我国垃圾资源化利用的现状”“危险废物的全过程管理流程违规行为识别”“工业固废资源化走高质量发展道路”等专题教学，根据固体废物管理、处理与利用与技术、经济、环境和社会密切相关的特点，同时将思想政治教育融入专业知识讲授中，培养学生的社会和行业责任感。

1.2 明细课程大纲，修订课程目标，完善课程内容及其对课程目标的支撑体系

原有课程大纲仅简要概述了各章节内容，课程目标不明确，课程目标与学生毕业要求之间的关系及课程内容对课程目标的支撑体系也没有明确要求，从而难以有效把握课程内容在学生培养方面的侧重性。以环境工程教育认证为契机，重新修订了本课程大纲，大纲中进一步修订了课程目标，明确了课程目标和毕业要求的对应关系，完善了课程内容及其对课程目标的支撑体系。

修订后的课程目标包括：课程目标1：掌握固体废物来源与分类、固废管理标准法规和原则、堆肥与厌氧发酵、焚烧和热解、卫生和安全填埋、循环利用等技术的基本原理与基础理论，能够对生活垃圾、危险废物和一般工业固废的处理与资源化问题的解决方案进行分析。课程目标2：掌握固体废物堆肥与厌氧发酵、焚烧和热解、卫生和安全填埋、循环利用等技术的基本工艺流程，能够分析环境工程问题的特定需求，并选择合理的工艺流程或系统。课程目标3：掌握固体废物处理与资源化等技术的工程设计与应用，能针对固体废物填埋、焚烧等工程项目的实施进行分析、预测和评估，能够对固体废物处置过程中存在的环境问题提出防治对策和措施，针对复杂工程问题提出独特且具有一定创新意识的解决方案。课程目标4：掌握固体废物样品的采样与制样、危险废物浸出毒性鉴别、填埋原理等技术，培养实验技能和严格的科学作风，使学生具有分析、整理实验数据和编制实验报告的能力，具备初步的科研能力。修订后的课程目标建立了课程体系与毕业要求指标点的关联度矩阵，满足对毕业生具备解决复杂环境工程问题的能力及设计/开发解决方案能力的培养。

1.3 增设实验教学，强化学生对固体废物处理与资源化的认识和理解

针对固体废物处理与资源化实践教学较为薄弱，学生对该领域知识点掌握不够深入，对于固体废物样品的采样与制备、危险废物浸出毒性鉴别、垃圾焚烧与填埋等技术原理与应用缺乏深入的理解，因此，参考《固体废物处理与资源化实验》(第二版，赵由才主编)和《固体废物处理处置实验技术》(张大磊主编)教材增设了实验教学内容。具体的实验名称包括：垃圾组成与分类及填埋模拟实验(认知性实验、2学时)、垃圾热值测定实验(验证性实验、2学时)、固体样品三组分实验(验证性实验，2学时)及危险废物浸出毒性与腐蚀性测定实验(综合性实验，4学时)。增补实验涵盖了垃圾产生来源与分类、固体废物性质分析、危险废物特性及毒性浸出分析、垃圾填埋处理等方面，但是由于学时限制，实验项目未涵盖垃圾焚烧、危险废物物化处理、有机固废堆肥处理等内容，今后考虑将垃圾热值与三组分实验合并，同时增加垃圾焚烧仿真实验、垃圾堆肥化处理、焚烧飞灰固化/稳定化实验等。通过实验教学环节的锻炼，加深了学生对专业知识的理解，提高了学生的实际动手能力，以及分析问题和解决问题的能力，包括制定实验方案、样品采集与测试、数据处理、结果分析和报告撰写能力等；同时，能够培养学生创新能力、团队合作能力和沟通能力，以及对复杂环境工程问题进行研究开发的能力。

1.4 强化课程设计过程管理，贯穿理论教学环节

固体废物处理与资源化课程设计是课程教学的一个重要实践性环节[6-7]。通过课程设计，使学生了解城市生活垃圾卫生填埋(焚烧)的一般程序和基本步骤；熟悉生活垃圾产生量预测模式，不同主要处理处置技术的技术与经济优势及选择原则，掌握生活垃圾卫生填埋(焚烧)的基本设计要求；深化对固废课程中基本概念、基本原理和基本设计方法的理解和掌握；掌握设计计算说明书的基本内容和编制方法，能够规范绘制图件。通过较为全面的工艺设计计算与图件绘制，为今后的毕业设计环节及从事固废处理与资源化工作打下良好基础。由于以往课程设计安排在理论教学结束之后，并要求学生在1周内完成设计任务，造成课程设计仅仅围绕设计说明书展开，未进行图纸绘制。

为了培养学生具备工程设计的能力，对课程设计环节进行了改革，主要体现在：(1)课程理论教学贯穿工程设计，课程讲授充分体现现场施工及工程运行等内容。例如针对填埋场垃圾堆体剖面图、渗滤液收集系统图、导气系统图的设计，在课程讲授时结合青岛市某垃圾填埋场建设的运行的相关图片和视频，使学生更直观地清楚垃圾填埋场的设计。(2)课程设计过程中，建立师生沟通平台，及时解决学生在编制设计说明书和绘制图纸遇到的问题，并提出修改意见。(3)加强考核环节，组织学生答辩，审核学生课程设计。

2 建设教学团队，探索教学方法和手段，加强课程建设

2.1 教学团队建设

团队实施实施“以老带新计划”，由老教师负责对青年教师进行传、帮、带。通过定期指导、检查教案、课前试讲、跟班听课、课后交流等形式，提升他们的教学能力，帮助青年教师尽快成长。鼓励教师积极申报教研项目、重点课程、精品课程项目，定期举行教学交流和教学研究活动，不断提高青年教师的教学水平和教师素质。此外，有计划、有步骤地安排青年教师到生产一线指导实习，在结对培养教师的指导下，协助指导本科生的课程设计和毕业设计，有效提高青年教师的实践能力。

2.2 教学方法的创新探索

传统教学方法主要是“教为主、学为辅”的特点，课堂讨论比较缺乏，课后主要以作业为主，学生之间、师生之间缺乏深度的讨论交流，而且由于教学手段比较单一。为了更大程度的调动学生的积极性，加强师生之间的讨论交流，就固体废物处理与资源化教学方法进行创新探索，形成了课堂讲授-课堂讨论-课后讨论-实验/实践教学一体化的方法。例如，课堂讲授：教师主要介绍堆肥与厌氧发酵、焚烧、填埋等主流技术，学生讲解典型固体资源化利用技术与垃圾分类等。教师以介绍为辅、总结分析为主；学生以讲解为辅、讨论为主。课堂讨论：采取设计问题→提供资料→启发思路→得出结论；就“垃圾分类”“垃圾资源化利用”“固体废物的管理”等问题的难点与发展趋势展开讨论，激发学生的自主学习和探究问题的热情。课后指导：利用腾讯、微信等交流工具，对当前重要的固体废物处理问题进行讨论和指导。实验教学：开展固体废物处理与资源化相关实验，充分发挥学生的动手能力及团队协作能力。实践教学：参加相关实习实训基地的课题或方案讨论，参加课程教学团队科研课题讨论，如“铬污染场地的调查与治理”“生物反应器填埋场温室气体的产生特性”“垃圾焚烧飞灰的特性及处理处置”等，延伸了学生的知识体系和构架。

2.3 教学手段的创新探索

在传统“多媒体技术”教学手段的基础上，课程团队建设了校级《固体废物处理与资源化》网络课程，学生能够利用网络自主在线学习。同时，利用网络交流工具，向学生重点推送固体废物处理与资源化的相关公众号，如环境评论、启迪桑德固废中心、固废观察、危废鉴定利用、无忧固废等，公众号推送的文章紧密结合当前固废领域存在的问题及发展前沿，使学生对相关固废企业的实际生产、运行情况有所了解，更加准确的把握当前固体废物处理与资源化领域的发展动向，也促进学生从政府、企业、科研单位等多层面了解我国固体废物处理与资源化存在的问题、发展动态及前景。

3 教学实践科研相互促进，产学研有机结合，创新人才培养模式

随着我国科研水平的不断提高，本科教学与科研的结合更为紧密。科研融入教学，有助于学生深入掌握固体废物处理与资源化的前沿成果，能够更好的融入到课程教学实践中，使学生对该课程的前沿及未来发展前景有更加深刻的认识[6-7]。因此，科学研究与工程实验结合课程建设，有助于进一步提升课程品质。

课程团队依托“青岛市固体废物污染控制与资源化工程研究中心”，针对工程中心的研究方向(如生活垃圾分类与源头控制、固体废物填埋过程中二次污染物产生与控制、固体废物生物处理与工程化应用、农村废物资源化与工程化利用、危险废物鉴别、特性分析与处置、建筑垃圾资源化与工程化利用等)进行了工程实践与科学研究，这些领域的理论和实践研究均有助于教师能够更好地将产研成果融入到课程教学实践中，使学生深入掌握固体废物处理与资源化的前沿成果。此外，环境工程专业的部分学生参与团队中教师的科研项目，加强了教学与科研的实践融合，同时也针对科研项目的前沿、发展与存在的问题与学生沟通交流，使学生对该课程的知识体系有了更全面和深刻的理解与把握。

4 基于课程目标达成分析，反馈持续改进

课程建立了过程考核和质量评价机制，通过统计学生成绩(如过程考核成绩、期中和期末考试成绩)，赋值考核方式对课程目标的支撑权重，计算各个课程目标达成度，以分析学生整体、个体对课程的理解掌握程度；并以此反向分析讲授内容、上课方式、考核方式等环节是否存在问题，提出课程持续改进的措施，反馈到下一级学生的课程讲授中。课程建设实施方案如下图所示，具体从优化课程体系、创新教学理念和方法以及产学研的有机结合等方面系统开展，并通过课程的持续改进，加强学生对固体废物处理与资源化项目实施中出现的技术问题的理解能力，分析问题和归纳总结的能力有所提升，并进一步认识到固废及环境相关领域自主和终身学习的必要性。课程的建设始终秉承工程教育专业认证理念，即“学生为中心的教育理念，成果导向的教育取向，持续改进的质量文化”，促进了《固体废物处理与资源化》课程的内涵式建设。