阶梯递进式实验法在固体废物处理与处置实验课中的应用与实践

＊郑兰兰 郭黎 黄炎杰 高树梅 赵国华

（1.嘉兴学院 生物与化学工程学院 浙江 314001 2.浙江畅维环境工程有限公司 浙江 314001 3.浙江省环境工程有限公司 浙江 310012）

据调查数据显示，全国196个大、中城市2019年一般工业固体废物产生量为13.8亿吨，生活垃圾产生量为23560.2万吨，由于固体废弃物处理不当所引发的环境污染问题，也对社会生产、人们生活和生态稳定带来极大影响，加强固体废物处置利用迫在眉睫[1]。因此，党中央、国务院高度重视固体废物污染环境防治工作，“十三五”期间，修订发布了《固体废物污染环境防治法》，创新性开展“无废城市”建设，多措并举推进工业、生活、农业领域固体废物减量化、资源化、无害化，固体废物污染防治水平大幅提升[2]。

随着科学技术、经济不断快速发展，社会对创新型人才的需求越来越多[3]，既要求高校培养的学生不仅具有深厚的理论专业知识，同时为了顺应时代的发展要求，各大高校也在大力培养科技人才，激发自主创新能力。这也就要求我们在培养高端型化学学科科技人才的前提一定要立足于基础教学，培养学生的基本实验能力，基础专业技能和科研素养[4]。

实践教学是培养学生创新能力的根本途径，是理论与实践、知识与能力的融合点。以往传统模式的教学中，老师介绍实验的原理、目的、方法步骤，准备好实验材料，学生进行实验，获得实验结果，分析结果，形成实验报告[5-6]。此过程中，学生难以灵活地运用理论知识于实验实践中，不利于学生的自主思考、探索和创新。这种模式下，学生虽然获得了学分，但忽略了实验的真正目的和意义，导致学生缺乏成就感。因此，改变单一的、以演示和验证为主的传统实验教学形式，开设综合性实验是新时期实验教学的趋势[7]。

1.实验改革与成效

针对以上传统实验教学模式地局限性，作者选取了《固体废物处理与处置》这门实验课为研究对象，将阶梯递进式的综合性模式引入到《固体废物处理与处置》这门实验中，所谓阶梯递进是指在设计实验任务时，将其难度设计为由易—较难—难的层层递进模式[8]，其优点是让学生在完成简单的任务过程中，看到成就，体验成功，培养和激励学生做实验的积极性，树立学生的信心。在此基础上，去完成较难的任务，并适时对学生进行启发和引导，开展讨论，能让学生感到自我的不足，有助于激发自我完善的欲望，启动不断学习的动力，从而有效地提高学生的综合能力。递进式实验项目的设置，目的是让学生能够灵活熟练地掌握从事学科研究的理论知识和操作技能，以适用环境工程相关事业发展对人才的新要求[9]。

本课程实验选取了建筑垃圾的破碎与筛分、污泥脱水性能的测定与表征、餐厨垃圾批式厌氧发酵产沼气实验研究3个实验进行了实验教学改革，旨在提高学生综合应用所学知识、独立解决问题、创新思维、文献检索等方面的能力。同时，可以让学生更为深刻地理解生态文明思想，践行清洁生产、循环经济等生产方式，推动形成绿色发展方式和生活方式[10]。具体改革内容如下：

(1)实验流程及课程目标

相对于传统实验，阶梯递进式实验法会给学生较大地独立思考空间，例如，自己查阅文献、设计实验技术路线、分析实验问题等，通过老师的审核后，最终确定自己感兴趣的实验方案。同时也会给学生更多的动手机会，例如，独立完成自己实验方案中所涉及的每一步操作及不同仪器的使用等。在此过程中，不仅可以激发学生的主观能动性、创造性，还可以锻炼学生团结合作、与人沟通的能力。具体地实验流程与课程目标如图1所示。

图1 实验流程图

(2)阶梯式实验内容

本课程实验分别选取了建筑垃圾破碎、污泥脱水性能的测定与表征及餐厨垃圾批式厌氧发酵产沼气实验研究3个实验，这3个实验所涉及的垃圾均是典型的城市废弃物，但它们的处理方法却不一样，依次为验证性、设计性、综合性。3个实验项目的基本目的和内容如图2所示。

图2 递进式实验项目的目的及内容思维导图

首先，开展的是建筑垃圾破碎筛分实验，属于验证性实验，主要让学生能够根据垃圾的性质，初步判断适合破碎处理的固体垃圾类型，最终确定垃圾破碎及筛分的具体流程，最后根据筛分数据分析问题。在此过程中，可以培养学生的实验操作、数据分析等其它技能，初步激发学生对实验的积极性及主动性。

其次，开展的是设计性稍强的污泥脱水性能的测定实验，老师会提前给学生提供一些相关文献，供学生参考。学生会根据指导老师的安排或者自行选择，按照提供的文献，分组预习，选择一种或几种预处理方法，设计实验流程。最终使学生能够熟知污泥脱水的各种方法，并借助相关指标初步判断污泥脱水性能，判别各种方法的优缺点。此过程中，学生可以运用所学的理论知识对实验给予准确的判断、分析、设计等，从而产生较强的成就感，由此很大程度上激发学生的积极性和学习热情。

最后，开展的是综合性强的餐厨垃圾批式厌氧发酵产沼气实验研究验，实验复杂程度较大，所涉及的实验操作及使用仪器较多。该实验目的主要是：①通过实验训练，能够根据接种物和底物的理化性质，设计厌氧发酵实验的物料比，初步具备实验设计能力。②通过实验操作，能够借助理化指标，初步识别厌氧发酵的特性，判断厌氧发酵过程的稳定性。此实验综合性难度的加深，涉及多方面的拓展，基于以上两个实验的经验，学生需要将所学知识理论、查阅文献能力及实验技能融会贯通在一起，通过团队合作，最大程度地发挥自己的主观能动性及实践操作能力。

(3)调查与成果

针对本课程开设的实验，作者进行了相关的问卷调查，如表1所示。

表1 关于固废相关实验设置的调查问卷及结果

通过调查问卷显示，54.35%的同学认为毕业几年后，对餐厨垃圾厌氧发酵这一实验会很有印象，41.3%的同学认为会有点印象，4.35%认为没有印象，这可能是因为他们认为以后工作若不涉及这方面，会很快遗忘，也可能是他们对此实验内容的兴趣较小。93.47%同学认为开设餐厨垃圾厌氧发酵这一类综合性、设计性实验对他们有所帮助，也有2.17%同学认为没有帮助，这是因为他们在查阅文献、设计实验等方面欠缺经验，也可能是他们没有真正理解实验目的及思路等，针对此问题，我们将加强对学生查阅文献、分析问题、实验操作等多方面能力的培养，同时会严格考查学生预习实验的结果。86.96%的同学认为餐厨垃圾厌氧发酵这一实验的设计比一般常规实验更能学到新的理论知识和实验技能，13.04%的同学认为两者差不多，这可能因为本实验所包含新的理论知识及实验技能并不是很突出，也可能是这部分学生在参与相关的科研实验中，已经接触到这方面的实验研究理论及操作等。

2.结论与展望

本文将阶梯递进式实验法应用在《固体废物处理与处置》实验课中，利用现有的实验室资源，将验证性、设计性及综合性3种实验模式相结合，最大程度激发学生的文献查阅、实践、创新、主观能动性及团队合作等能力。在此过程中，发现大多数学生不仅掌握了以上各种能力，还能更深入学习到相关理论知识并掌握相关实验技能，同时高效激发了学生的求知欲，已达到我们的教学目的。

在今后的实验教学工作中，我们将继续不断地探索和创新，将由浅入深式综合性实验法有效地融入本科实验教学中，以提高学生的实验操作能力和自主创新思维为目的，为培养高水平本科人才贡献微薄之力。