趙國(guó)華，高樹梅，賈紅燕

（嘉興學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江嘉興 314001）

固體廢物處理與處置是一門實(shí)踐性和工程性很強(qiáng)的課程，固體廢物處理與處置課程實(shí)驗(yàn)是該課程教學(xué)過(guò)程中的重要組成部分[1]。學(xué)生可以將書本的理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)而提高分析和解決固體廢物處理、處置及資源化問(wèn)題的能力，拓展學(xué)生的科研思維，為學(xué)生成為“新工科”人才做準(zhǔn)備。我校在2012年將“固體廢物處理與處置”實(shí)驗(yàn)課程列入環(huán)境工程本科生培養(yǎng)計(jì)劃中，設(shè)為該課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。2014年，“固體廢物處理與處置”實(shí)驗(yàn)與“大氣污染控制工程”實(shí)驗(yàn)合并為環(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)（Ⅱ），實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)為16學(xué)時(shí)。2018年，我校設(shè)置“固體廢物處理與處置”實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，該實(shí)驗(yàn)課程經(jīng)過(guò)7年的建設(shè)已初具規(guī)模。

2020年春節(jié)期間，為減少疫情對(duì)正常教學(xué)工作的影響，教育部提出“停課不停教、停課不停學(xué)”的要求。在開學(xué)時(shí)間不確定的情況下，考慮堆肥實(shí)驗(yàn)的周期較長(zhǎng)，即使開學(xué)后也很難保證該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的按期完成，經(jīng)過(guò)課程組的討論，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目被分解為垃圾填埋虛擬仿真實(shí)驗(yàn)+堆肥實(shí)驗(yàn)。課程組建立“虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)+QQ群+視頻+DIY”的多平臺(tái)應(yīng)用于特殊時(shí)期的實(shí)驗(yàn)課程實(shí)踐教學(xué)。以此為契機(jī)，課程組在固體廢物處理與處置實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中開展“線下+線上”混合教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)多元化、綜合化、現(xiàn)代化的新型教學(xué)方式。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

“固體廢物處理與處置”是一門信息量大、內(nèi)容繁雜、知識(shí)面廣的工程技術(shù)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，與機(jī)械、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物等學(xué)科交叉融合[2]，具有很強(qiáng)的實(shí)踐操作性和實(shí)用性。該課程實(shí)驗(yàn)基本涉及專業(yè)的所有課程內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)裝備投入大、實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的難度加大[3]。為學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要兼顧時(shí)間、安全、實(shí)用、知識(shí)點(diǎn)等因素，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要涉及固體廢物預(yù)處理、固體廢物物理化學(xué)處理和固體廢物生物處理。

表1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排

（一）基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

第一個(gè)實(shí)驗(yàn)為固體廢物破碎和篩分。該實(shí)驗(yàn)選擇三種破碎機(jī)：鄂式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)和球磨機(jī)。固體廢物破碎和篩分實(shí)驗(yàn)使用不同孔徑的篩子，采用一段破碎和二段破碎計(jì)算篩分效率，學(xué)生通過(guò)該實(shí)驗(yàn)可以掌握篩分原理及工藝。

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)為危險(xiǎn)廢物浸出毒性測(cè)定實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)采用《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007），安排4個(gè)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)+2學(xué)時(shí)，第一個(gè)2學(xué)時(shí)學(xué)生根據(jù)國(guó)標(biāo)方法準(zhǔn)備好樣品和浸出液，放入翻轉(zhuǎn)振蕩器，振蕩時(shí)間18±2小時(shí)后，第二個(gè)2學(xué)時(shí)完成樣品過(guò)濾和上機(jī)分析測(cè)定重金屬含量。通過(guò)危險(xiǎn)廢物浸出毒性測(cè)定實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以掌握浸出毒性的操作方法和重金屬的測(cè)定方法。

第三個(gè)實(shí)驗(yàn)是污泥脫水性能的測(cè)定與表征。污泥來(lái)源于當(dāng)?shù)匚鬯幚韽S ，污泥通過(guò)不同的預(yù)處理方法后再采用離心脫水，測(cè)定如污泥比阻抗、毛細(xì)吸水實(shí)踐、含固率等污泥性能指標(biāo)。通過(guò)污泥脫水性能的測(cè)定與表征實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以分析污泥脫水前后的變化，提高學(xué)生掌握污泥脫水方法的能力。

（二）線上實(shí)驗(yàn)

有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用了線上+線下混合模式。

垃圾衛(wèi)生填埋是垃圾最終的處置方法，該方法在課程教學(xué)中的地位很重要，但是垃圾衛(wèi)生填埋在實(shí)驗(yàn)室是不可能操作完成的。因此，為了加深學(xué)生對(duì)垃圾填埋場(chǎng)的操作及結(jié)構(gòu)的了解，課程組設(shè)置了“垃圾衛(wèi)生填埋虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”，該實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了一個(gè)平等的、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室無(wú)法提供的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，消除了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的所有物理限制，而且可以多次操作，有利于學(xué)生對(duì)本部分知識(shí)的掌握。圖1展示了學(xué)生在操作過(guò)程中的截圖，可以了解學(xué)生對(duì)該次實(shí)驗(yàn)的參與程度。期末考試涉及垃圾填埋的試題，80%以上的學(xué)生可以進(jìn)行作答，答題效果遠(yuǎn)好于沒(méi)有進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)之前的答題效果。

圖1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程學(xué)生截圖

另一個(gè)是實(shí)驗(yàn)是有機(jī)垃圾堆肥實(shí)驗(yàn)。以前該實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)完成的，但因?yàn)閷?shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)有限，安排7-8個(gè)人一組來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效率低。疫情期間，考慮到該實(shí)驗(yàn)的周期較長(zhǎng)，課程組決定由學(xué)生在家里采用“線上+DIY”相結(jié)合模式完成實(shí)驗(yàn)，堆肥DIY這個(gè)環(huán)節(jié)學(xué)生特別喜歡。學(xué)生可以在家與家人一起完成有機(jī)垃圾堆肥實(shí)驗(yàn)，做實(shí)驗(yàn)也可以作為學(xué)生在家消遣娛樂(lè)的一種方式。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以觀察堆肥的變化，可以了解堆肥的原理。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生及其家人的環(huán)保意識(shí)也提高了。但由于學(xué)生是在家里開展實(shí)驗(yàn)，故學(xué)生只能觀察到堆肥的變化，無(wú)法對(duì)實(shí)驗(yàn)開展指標(biāo)測(cè)定。課程組在2021年開展有機(jī)垃圾堆肥實(shí)驗(yàn)。課程組可以給學(xué)生提供一些家用堆肥視頻作為學(xué)生課前預(yù)習(xí)的素材。在開始上課時(shí)，課程組的老師會(huì)對(duì)學(xué)生提問(wèn)，以此來(lái)了解學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)的掌握程度。之后，再由2-3個(gè)學(xué)生一組共同完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生會(huì)提前帶來(lái)一些水果皮、餐廚垃圾等，并根據(jù)視頻指引逐步完成堆肥實(shí)驗(yàn)。在準(zhǔn)備材料的過(guò)程中，學(xué)生表現(xiàn)得非常積極和開心，組隊(duì)挖土并尋找蚯蚓等蟲子放入裝置，并把實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行記錄做成視頻進(jìn)行展示。圖2是這兩屆學(xué)生完成的視頻。學(xué)生在制作視頻的過(guò)程中，能認(rèn)真學(xué)習(xí)各類軟件的操作使用，提高其使用多媒體的能力，多數(shù)學(xué)生覺(jué)得這樣的考核方式很好。

圖2 學(xué)生堆肥視頻展示

（三）綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

1.固體廢物堆肥實(shí)驗(yàn)

8個(gè)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)分解為2+2+2+2，2個(gè)人一組，學(xué)生自己準(zhǔn)備一個(gè)10L的塑料桶和有機(jī)垃圾（雞蛋殼、剩飯剩菜、青草、樹葉等）。按照視頻的引導(dǎo)，第一個(gè)2學(xué)時(shí)搭建反應(yīng)器，每周完成2個(gè)學(xué)時(shí)，采集樣品和測(cè)定相關(guān)指標(biāo)，持續(xù)時(shí)間1個(gè)月左右，堆肥過(guò)程原料的變化見(jiàn)圖1。學(xué)生可以觀察垃圾顏色、體積、氣味以及相應(yīng)指標(biāo)的變化，加深對(duì)該部分知識(shí)的掌握。學(xué)生在測(cè)定指標(biāo)的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)樣品濃度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度，樣品需要稀釋，這個(gè)過(guò)程需要學(xué)生自己去分析、測(cè)定，以此充分鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題的綜合能力。堆肥結(jié)束，學(xué)生在瓶中可以種植一些多肉植物、西紅柿、辣椒等，親眼看到自己的勞動(dòng)成果，學(xué)生的成就感非常大。這樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)芴岣邔W(xué)生的動(dòng)手能力，寓教于樂(lè)。圖3展示了堆肥前后原料的變化，不同小組使用的原料不同，幾天過(guò)來(lái)記錄一次數(shù)據(jù)，同時(shí)也會(huì)觀察到其他小組的堆肥原料的變化。有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)其他小組的原料變化比較明顯，會(huì)積極地提問(wèn)為什么會(huì)這樣，進(jìn)而促使他們?cè)侔牙碚撜n程梳理一遍。

圖3 堆肥原料的變化

2.餐廚垃圾厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)

8個(gè)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)分解為5+1+1+1，5個(gè)學(xué)時(shí)用于搭建實(shí)驗(yàn)裝置，發(fā)酵原料為餐廚垃圾和厭氧污泥。學(xué)生要檢測(cè)發(fā)酵液的PH、電導(dǎo)率、TOC、含固率、產(chǎn)氣量等指標(biāo)，隔一天用1個(gè)學(xué)時(shí)測(cè)定發(fā)酵液的這些指標(biāo)。學(xué)生根據(jù)指標(biāo)的變化制圖，圖4展示了學(xué)生完成的厭氧發(fā)酵的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，可以看出：學(xué)生不僅詳細(xì)說(shuō)明了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且分析了趨勢(shì)變化，并找出其中的原因。學(xué)生把課程中關(guān)于厭氧發(fā)酵的過(guò)程和影響因素結(jié)合起來(lái)，有助于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)厭氧發(fā)酵知識(shí)的理解。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，學(xué)生如果不及時(shí)認(rèn)真處理發(fā)酵裝置，就會(huì)出現(xiàn)發(fā)酵液流出的現(xiàn)象，教師要督促學(xué)生認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以直接從量筒中看到別的小組的產(chǎn)量，有的小組的產(chǎn)量遠(yuǎn)低于其他小組，可以直觀得到影響因素。

圖4 餐廚垃圾厭氧發(fā)酵實(shí)驗(yàn)報(bào)告

這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)均是綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中能提高“環(huán)境化學(xué)”和“環(huán)境監(jiān)測(cè)”的實(shí)驗(yàn)技能。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)均是動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以根據(jù)指標(biāo)觀察垃圾的變化，并對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行分析，掌握垃圾生物處理的原理。該課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以為學(xué)生提供多個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，使學(xué)生能更貼近科研與應(yīng)用實(shí)踐，同時(shí)培養(yǎng)了部分學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。各個(gè)學(xué)?？梢愿鶕?jù)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核

實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)包括：預(yù)習(xí)情況5%；實(shí)驗(yàn)基本操作40%；實(shí)驗(yàn)紀(jì)律（包括安全衛(wèi)生、儀器破損、小組合作、實(shí)驗(yàn)室規(guī)則遵守情況等）5%、實(shí)驗(yàn)報(bào)告50%（包括報(bào)告的完整性、圖表的規(guī)范性、書寫工整、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理、結(jié)論正確等）。實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)尾要求學(xué)生對(duì)本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，圖5展示了部分學(xué)生寫的體會(huì)和總結(jié)，從這里可以看出，學(xué)生對(duì)專業(yè)課實(shí)驗(yàn)的安排和設(shè)計(jì)非常滿意，印象深刻。教師在批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，也會(huì)認(rèn)真閱讀學(xué)生的實(shí)驗(yàn)總結(jié)，在其中及早發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問(wèn)題，從而更好地調(diào)整或者改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。綜合評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)的方式可以督促所有學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，減少了抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作敷衍的現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力。

圖5 學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告心得體會(huì)

三、結(jié)束語(yǔ)

“新工科”背景下，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)快速發(fā)展的高級(jí)應(yīng)用型與創(chuàng)新型人才，需要加快當(dāng)前的課程實(shí)驗(yàn)改革，更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段與教學(xué)內(nèi)容，這是當(dāng)前我國(guó)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的重要課題。在當(dāng)前的時(shí)代背景下，開展“線上＋線下”多平臺(tái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)，效果很好。