固体废物处理与处置的实验教学改革研究

2014-04-08黄红丽周惜时秦普丰魏建宏魏祥东

实验科学与技术 2014年4期

黄红丽，罗琳，周惜时，秦普丰，魏建宏，王寒，魏祥东

(湖南农业大学资源环境学院，长沙 410128)

固体废物处理与处置课程是环境工程专业学生必修的专业主干课之一，具有较强的实践操作性和实用性［1－2］。实践教学是课程教学的重要组成部分，是培养和训练学生的实验操作能力、独立分析问题能力、解决问题能力的重要环节，更是培养创新能力强、适应经济社会发展需求的高质量环境工程专业人才的重要途径［3－5］。湖南农业大学的固体废物处理与处置课程设置在第七学期，是环境工程本科理论教学的最后一学期。此时，学生面对毕业、找工作、考研等各方面压力，从而影响教学效果。为了激发学生的学习兴趣、提升教学效果，除了对理论教学进行改革外，我们对实践教学环节包括实验、课程设计、实习等环节也进行了改革。笔者主要针对固体废物处理与处置实验教学环节的改革进行了探索和研究。

1 实验教学存在的问题

1.1 教学内容陈旧，学生创新能力难以提高

由于固体废物处理与处置实验没有单独设课，培养方案中只安排了12学时的教学计划，实验内容相对简单，包括“固体废物的干式破碎及筛分实验”“固体废物的湿式破碎实验”和“矿物的浮选实验”，这三个实验分别是固体废物的预处理和物理化学处理方法，而对于其他的处理方法如热处理和生物处理方法却没有安排相应的实验内容。由于师资队伍中研究方向的局限性，未开展结合本校特色的农业固体废物为原料的实验课程，存在实验材料单一、实验方法成熟、实验手段缺乏创新性的缺点，不能充分发挥学生的创造力［6］。

1.2 教学程序化，教学效果不理想

在教学方法上，现有的实验课程多采用传统的教学模式，即实验前由实验教师将所需的样品、试剂、仪器等一切准备就绪并调整到正常工作状态，学生只需要按照实验指导书或教师拟定的实验步骤按部就班地进行操作，最终提交一份与理论结论接近的实验数据和实验报告即可。传统的教学方法不能训练学生的创新思维，学生的主动性得不到充分挖掘和发挥，更谈不上创新教育、个性化教育［7］。因此，调整教学方式，引入现代教育模式，开设能够发挥学生主观能动性的综合性、设计性和研究性的“三性”实验十分必要。

1.3 实验室条件有限，学生参与度不够

1)以往的实验大部分是一个班级在同一时间内完成同一实验内容。这种教学方式虽然便于安排与管理教学内容，但也存在一个严重的问题。即:实验仪器设备数量远远不能满足实验教学的需要，只能多人合做实验，较难保证每个学生保质保量完成实验要求，导致学生独立思考、独立操作的空间有限。实验结束后的问题讨论、实验结果一致，实验报告的撰写千篇一律。

2)本实验课程在本院实验中心没有专门的实验室，只能在本校固体废物资源化方向研究生(约10名)的科研工作场地进行。每次本科生的实验教学只能夹杂在众多研究生的科研工作中进行，导致学生实验过程中空间狭小，学生无法很好地分组实验，实验教师不能巡视实验过程中每名学生的动手能力情况。

3)为方便管理，实验中心的部分实验室和现代分析仪器只针对研究生和教师从事科学研究开放，对本科生不开放。因此，存在实验室及仪器设备，特别是一些现代分析仪器，如质谱仪、红外光谱仪、原子吸收分光光度计等大型精密贵重仪器的利用率偏低，实验室资源浪费的问题。

1.4 评价体系不科学，学生积极性差

固体废物处理与处置实验一直处于固体废物处理与处置课程的从属地位，其考核成绩只体现在固体废物处理与处置课程的平时成绩中，这就大大地降低了实验考核成绩的比重。另外，目前采取的考核方式是根据实验报告成绩给出一个总评。有些学生只要保证实验到场，懒于动手操作或敷衍了事完成实验过程，实验结束后通过抄书、查资料将实验报告写得整洁些即可得到较高的实验成绩。因此，现有的考核方式不能真实反映学生对固体废物处理与处置实验技术和知识的掌握程度，而且容易忽略对学生真实的实验能力包括整体思维、实验态度、实验技能和创新能力的考核，无法调动学生学习的积极性和主动性，也不能培养学生的创新能力［8］。

2 实验教学改革对策

针对以往实验教学中存在的问题，结合人才培养要求，该研究从教学内容、教学方法及考核方式等方面对固体废物处理与处置实验课程的教学进行了一系列的改革。

2.1 改革实验教学内容

实验教学的宗旨是培养学生理论与实际相结合的操作能力，实事求是、精益求精的科学态度，以及分析问题和解决问题的实践能力［9］。鉴于以往实验中的《固体废物的干式破碎及筛分实验》和《固体废物的湿式破碎实验》所需的实验时间较短，往往只需要2学时即可完成实验内容的情况，我们将这两个实验进行整合，合并为“固体废物的破碎筛分实验”，将经过干式破碎后的矿物进行筛分后得到的细颗粒(d≤25 mm)用于湿式破碎，这样既节约了课时，同时也让学生了解了球磨机对于进料尺寸的要求，这对理论知识的进一步掌握是有帮助的。另外，针对农业院校的特点，教师自编实验讲义，尝试将原来的实验内容加以整合、优化，增加符合时代发展需要的综合性、设计性和研究性实验所占比例。如《生物炭对废水中重金属铅的吸附性能测定》《农业固体废物好氧堆肥化处理实验》，使实验内容、形式丰富多样，同时更加贴近农业院校的特点和学生的生活，提高了学生的学习兴趣。在整个实验安排中，鼓励学生创新、自主设计实验方案，提高学生独立思考的能力和创造力，同时也加强学生对实验知识和理论课程的掌握。

2.2 改革教学方法

实验教学方法的创新是培养创新型高素质人才的关键，改革旧式教学方法和手段，充分运用先进的现代教学方法，采用实验与科研相结合的教学模式把实验教学变为教师指导下的自主创新实践活动。

2.2.1 实现多元化教学

1)引入网络和仿真实验室辅助教学。在实验教授的过程中，不能仅采用传统的教学模式，教师可以利用互联网，将基本实验操作过程与步骤以实验课件和 FLASH视频方式公开供学生随时查阅，给学生非常直观的印象，节约了教学时间，丰富了教学内容。学生如果有疑问可以通过留言或对话的形式来解决，这样可以进一步调动学生的学习兴趣。同时，利用仿真实验室将实验、素材库等仿真教学软件运行于纯硬件组成的网络多媒体教学系统之上，改变传统的实验教学模式，以虚拟技术为手段，代替大量的实物实验设备和实验场地，不仅可以节省大量的建设资金和实验费用，还能减少学生的学习费用，大大降低培养成本。

2)开展启发式教学。实验教学中应以学生为主体，充分发挥学生的主导作用，给学生足够的空间来发挥其能动性和创造力。在实验过程中，学生独立完成实验预习、实验操作、实验总结等。教师只扼要提示关键步骤和注意事项，并提出相应问题，给学生留下一定的思考余地，发挥其主观能动性;在实验前，要求学生分成若干小组，拟定实验方案，并对实验方案进行小组讨论，在教师指导下确定最终实验方案。这样学生就会仔细研读教材、主动查阅资料，进行方案的合理化设计，对其自学能力的培养和创新思维的锻炼均有较大帮助。针对实验中出现的各种问题，指导教师的作用是引导学生找出解决问题的方向，要求学生自己动手，通过查阅资料(网络或图书)、组内讨论等方式自行提出解决问题的方法并在实践中进行验证。该教学模式不仅能提高学生的积极性和创造性，还有利于学生对固体废物处理与处置基本理论的深化和运用。

2.2.2 采用分组循环式实验教学

实验分组是为了使每名学生在实验过程中都能尽可能地参与实验，提高学生的动手能力，能在实验过程中协作完成实验项目，提高团队协作能力。如果实验小组人数过多，会导致整个实验过程中只有其中一两名学生动手实验，其他学生只站在旁边观摩的现象。因此，我们将每个班级分成A、B两个大组，两个大组采取循环式进行实验。即在同一时间段内分别完成不同的实验内容，并由固体废物处理与处置实验课程配备的双线(两名)实验老师分别指导一个大组进行实验，这样可以减少对仪器设备数量的需求，减少实验小组人数，增加学生自己动手的机会，提高学生的实验操作能力。

2.2.3 实验教学与科研项目结合

充分利用学科优势和丰富的科研资源，将固体废物资源化领域的研究项目与本科生的科技创新实验进行有机整合，对传统固体废物处理与处置实验教学进行补充和完善，达到固体废物处理与处置实验培养大学生解决环境问题的实践能力和创新能力的更高目标。

依托湖南农业大学科技创新项目开设的“生物炭对废水中重金属铅的吸附性能测定”实验的吸附材料是生物炭——由秸秆经高温灼烧后获得，体现了农业院校特色，该实验的处理对象是废水中的重金属铅，这与环境工程同样重要的课程水污染控制工程密切相关，给学生提供了农业固体废物资源化、以废治废的一种思路。另外，依托国家自然科学基金项目科研项目的“农业固体废物好氧堆肥化处理实验”周期较长，仅仅依靠实验课时无法完成实验内容，因此，考虑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、本科生辅助研究生来共同完成实验内容。这类实验的开设将使即将毕业的学生感受到科研氛围，培养学生对科学研究的兴趣与理解，提高学生的创新能力，激发学生的创新精神［10］。

2.3 评价体系改革

实验教学考核的重要目的之一是检验学生学习和掌握基本实验技能、科学研究方法和理论联系实际的能力，通过考核使学生在实践能力、综合能力和创新能力等方面得到培养和提高［11］。为提高实验教学质量，保证每一位同学都能认真参与实验，对实验课程的评价体系进行了改革。我们对固体废物处理与处置实验课程进行单独考核，不再只是体现在固体废物处理与处置课程的平时成绩中，这就能大大提高学生对固体废物处理与处置实验课程的重视。

除对实验课程单独考核外，我们对实验成绩的考核方式进行了改革，将原来实验报告定分制改为实验成绩包括3个部分:实验预习占20 、实验操作占30 、实验报告占50 。对于实验一:固体废物的破碎筛分实验，在实验前要求学生通过阅读教材、实验指导书完成预习报告，掌握实验原理、目的、方法、仪器、试剂和步骤，以训练其概括、总结能力，提高学生在实验过程中的主动性和自学能力。而实验二:生物炭对废水中重金属铅的吸附性能测定和实验三:农业固体废物好氧堆肥化处理实验，要求学生分成若干组，写出实验方案，包括实验目的、原理、仪器设备、实验材料等，并对实验方案进行小组讨论，在教师指导下，根据实验室的具体条件，确定最终实验方案。学生进入实验室开始实验前，教师采用全面检查和抽查相结合的办法对学生的预习情况进行了解，并对预习报告给出评分。在操作考核中，既有单独的个人操作考核，也有分组的操作考核。教师加强了规范化操作的指导，以提高学生实验操作技能，同时又通过在实验教学中一对一的指导，教师对每个学生的实验操作技能的掌握情况有了全面了解，能够客观给出每个学生实验操作技能成绩。实验报告是学生对自己实验工作的总结，要求学生在实验报告中对实验过程和结果进行详细记录和分析，养成一个善于分析问题和总结问题的好习惯。实验报告中的分析与讨论是很重要的内容，我们鼓励学生在分析讨论中自由地写出自己对实验的理解。比如:哪些操作步骤没有做好，或者在实验过程中容易出现什么问题，如何避免等，还可以提出对实验设计修改的建议。通过对实验问题和结果的分析、讨论，可加强学生对理论知识的理解，大大提高学生分析问题和解决问题的能力。

通过这些改革措施，使学生认识到实验课的重要性，同时也提高了实验课的地位和学生的积极性，教学质量有了较大的提高。