固体废物处理处置工程实验新教学模式探索*

阮菊俊，朱 洁，杜长明，汤叶涛，王诗忠，孙连鹏

(中山大学环境科学与工程学院，广东 广州 510006)

教育部环境工程教学指导委员会于2005年指定《固体废物处理与处置》为环境类的核心课程[1]。《固体废物处理与处置》作为环境工程专业必修的三大主体课程之一，具有较强的实践性和工程性[2]。实践教学作为知识与技能、理论与实际的融合点，可以在实现理论知识向实践能力转化的同时，充分培养学生创新能力、激发学生主观能动性[3-4]。实验是实践环节的重要组成部分，因此许多高校设置了相应的实验教学课程《固体废物处理处置工程实验》，例如清华大学、中山大学等[5-7]。在实验教学过程中，充分利用学生的好奇心及探索欲来激发其主观能动性，引导学生利用所掌握的理论知识解决固体废物处理处置过程中存在的实际问题[8]。《固体废物处理处置工程实验》课程在响应教育部“卓越工程师培养计划”的同时，旨在为我国培养一批“新工科”创新型固体废物处理处置专业技术人才[9]。本文以中山大学环境科学与工程学院《固体废物处理处置工程实验》课程为例，探讨现有课程体系中存在的问题，并探索建立固体废物处理处置工程实验的新教学模式。

1 现有课程体系中存在的问题

目前，我校《固体废物处理处置工程实验》课程在深化理论学习和提高创新能力方面仍有欠缺，存在的问题包括以下4点：

(1)理论教学课程与实验课程分割，无法发挥协同作用。对于同一年级的学生，《固体废物处理处置工程》理论课程授课与《固体废物处理处置工程实验》课程开设的时间分别在大二下学期和大三上学期，实验课程的开设时间滞后于理论知识学习的时间。学生在接受《固体废物处理处置工程》课程授课时，难以直观地理解抽象的理论知识，只能间接地通过课本及PPT中的图片来对抽象理论知识加以理解。这不仅使学生难以牢固掌握理论知识，甚至可能会造成学生对实际生产错误的理解。而在大三上学期学习实验课程时，学生又因为遗忘部分理论知识而对实验原理和具体实验操作设置的原因知之甚少，只能按照书本或教师的要求机械操作。学生缺乏主观能动性，实验课程授课效果不佳。

(2)实验室设备较为基础，与实际生产过程脱节。随着社会的快速发展，固体废物产量及种类不断增多，其处理处置的实际生产工艺也在不断地改良[10]。而实验室中所购置的仪器设备较为基础、简单，种类较少，而且更新换代速度慢，难以跟上当前固体废物处理处置实际生产的步伐。将实践教学囿于实验室，这不仅限制了学生的对实际生产过程的了解，而且无法充分激发起学生的探索欲以及对环境保护的责任感和使命感。

(3)实验教学程序化，教学效果不理想。目前实验课程多采用传统的教学模式，先由实验室管理教师提前将本节实验课所需的样品、试剂、仪器等准备好之后，再由学生按照实验步骤进行操作，最后提交一份与理论结果接近的实验报告作为考核依据之一。学生在这种传统、按部就班的实验教学过程中，几乎没有进行独立思考，不利于培养学生的创新思维。

(4)考核体系不科学，部分学生积极性较差。目前《固体废物处理处置工程实验》课程的考核体系，主要以实验报告成绩为主，出勤及平时表现成绩为辅。由于课程学时及实验设备的数量有限，因此在实验教学中由学生分组多人共同开展实验，并以组为单位上交实验报告。由于学生人数较多且均在同一时间进行实验，教师在考察时无法准确判断每一位同学的平时表现。这导致部分学生虽实验课到场，但在分组实验过程中偷懒，由其他组员完成实验，甚至在实验报告撰写过程中也敷衍了事，后续再由其他组员进行补救。这种考核体系无法调动学生学习的积极性和主动性，也就不能进一步培养学生的自主创新能力。

2 新教学模式的探索

2.1 “耦合式”教学模式

构建理论授课与实验教学“耦合式”教学模式，充分发挥理论与实践的协同作用。基于我校目前《固体废物处理处置工程》理论课程及《固体废物处理处置工程实验》实验课程分别设置在不同学期授课的情况，将理论与实验课程调整至同一学期进行授课，构建理论授课与实验教学“耦合式”教学模式。对于理论课程中所授章节知识，在当周内开展相应的实验教学。若因实验室设备限制，无法满足理论课程所授知识的实验要求，则由授课教师在相关理论课程章节结束时放映工艺设备生产过程视频，以便加深学生对理论知识的理解。通过授课与实验“耦合式”教学模式，可以充分发挥理论与实践的协同作用，在深化理论学习的同时培养学生动手实践能力，同步提高理论授课与实验教学效果。

2.2 “实验室-工厂”两地教学机制

基于“产教融合”理念，形成“实验室-工厂”两地教学机制，培养学生解决实际生产中存在问题的自主创新思维。针对实验室仪器设备较为简单、基础，种类较少，且更换速度慢，难以跟上当前固体废物处理处置工程步伐的问题，基于“产教融合”理念将实验教学搬到固体废物处理处置工厂中，形成“实验室-工厂”两地教学机制。授课教师带领学生走进工厂开展实地参观实践，由该工厂工程师作为校外教师，将该工厂内处理各类固体废物的生产工艺流程及各个设备单元详细讲解给学生。同时，授课教师在开展实验课时，首先引导学生将实验室基础设备与工厂内新型设备进行分析对比，提炼出如何升级基础设备为新型设备，以解决实际生产过程中存在问题。在返回学校实验室后，授课教师以新型固体废物为例，引导学生思考如何升级改造实验室现有基础设备，以实现新型固体废物的资源化。“实验室-工厂”两地教学机制一方面可以增强学生的对实际生产过程的了解，培养学生对环境保护的责任感和使命感，另一方面更能充分激发起学生的探索欲和创新能力。

2.3 多元化教学

设置开放性实验环节，共享教学与科研资源，提升实验教学内容，在实现多元化教学的同时提高学生的创新能力。针对目前传统实验教学中存在的程序化问题，通过增加学生自主设计实验环节、整合学院固废方向科研项目资源，开展多元化教学以打破常规程序化教学。开放性自主设计实验，是指授课教师指定一种安全系数较高的实验，学生根据授给定实验内容，自主查阅文献资料、设计实验方案。实验方案由授课老师及实验室管理老师进行安全性评估并进行修改补充后，由学生根据审核后的实验方案独立开展实验操作。学生根据实验数据书写实验报告，总结实验结果，分享实验心得。共享教学与科研资源，则是指充分利用学科优势和丰富的科研资源，将研究生的研究课题与本科生的实验教学相结合，由研究生指导本科生、本科生辅助研究生共同开展研究课题的实验。一方面，相较于课程实验内容，研究课题所需开展的实验更为系统且多样，可以充分培养本科生的科研意识；另一方面，研究生实验安排繁重，由本科生辅助开展实验操作可以减轻研究生的实验工作量，从而进一步促进研究生将更多的时间和精力用于对实验数据的思考总结及科技论文的撰写。设置开放性自主设计实验环节及共享教学与科研资源，可以突破传统的实验指导书+教师讲解+学生操作的教学模式，实现学生自主+教师引导+研究生辅导的多元化教学。在提升实验教学内容过程中，将使学生感受到浓重的科研氛围，培养学生对科学研究的兴趣与理解，激发学生的求知欲和探索欲，提高学生的自主创新能力，有利于培养“新工科”创新型固体废物处理处置专业技术人才。

图1 多元化教学模式

2.4 优化教学考核体系

优化教学考核体系，提高实验过程所占考核权重，学生独立撰写实验报告，并增加组员民主评价供教师考核参考，充分调动学生的积极性和主动性，提高实验教学效果。针对当前考核体系不科学的问题，优化教学考核方式，提高实验过程所占考核权重，教师有意识地增强实验巡查及观察，并在巡查实验过程中随机抽查学生一些实验操作问题。由于实验室资金投入有限、场地有限，分组开展实验操作的形式仍需保留。但针对分组实验导致部分同学积极性较差的问题，可通过学生独立撰写实验报告与增加组员民主评价供教师考核参考得到改善。由原本的小组合作撰写一份实验报告，改为学生独立撰写实验报告。虽然同组学生共同开展实验所得到的数据是一致的，但不同的学生对数据处理和分析是不尽相同的。独立撰写实验报告有利于锻炼学生对实验数据的处理分析能力，培养独立科研的能力。组员民主评价则是指，每位组员在实验报告后附上每次实验操作中组员的表现排名，供授课教师考核参考。通过优化实验教学考核体系，教师可以更公正地判断学生在实验课程中的表现，同时也充分调动学生的积极性和主动性，提高实验教学效果。

图2 优化教学考核体系

3 结 语

通过建立理论与实验“耦合式”教学模式、形成“实验室-工厂”两地教学机制、开展多元化教学以及优化教学考核体系，构建固体废物处理处置工程实验新教学模式。在该新模式下开展实验教学，一方面可以强化学生对理论知识的掌握，增强学生对实际生产过程的了解，培养学生解决实际生产中存在问题的自主创新思维；另一方面可以使学生感受到浓重的科研氛围，培养学生对科研的兴趣，提高学生的创新能力，有利于培养“新工科”创新型固废处理处置专业技术人才。