“双碳”目标下固体废弃物处理与处置课程教学改革探索

2023-10-15王梦梦孔晓伟万均匡少平任鹏

高教学刊 2023年28期

王梦梦孔晓伟万均匡少平任鹏

摘要：“碳达峰”“碳中和”是国家重大战略决策，合理的固体废弃物处理与处置可助力“双碳”目标的实现。为培养满足“双碳”需求的人才，固体废弃物处理与处置课程教学改革势在必行。基于此，该文将“双碳”理念融入该课程理论体系的教学，从优化教学目标、调整教学内容和引入课程思政等方面改变课程培养模式。同时建立多元考核方式，鼓励学生自主评价，重过程、考能力，旨在培养具备扎实基础科学素养、创新意识及跨界创新能力的多元复合高素质人才。

关键词：“双碳”目标；“碳达峰”；“碳中和”；固体废弃物处理与处置；教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2023）28-0132-04

Abstract： "carbon peak" and "Carbon neutrality" are major national strategic decisions， and reasonable solid waste treatment and disposal can help achieve the "double carbon" goal. In order to cultivate the talents that meet the needs， the teaching reform of the course of Solid Waste Treatment and Disposal is imperative. Based on that， this paper integrates the "double carbon" concept into the theoretical system teaching of the course. Correspondingly， several changes in the course training mode have been made via optimizing teaching objectives， adjusting teaching content， and introducing ideological and political construction. Moreover， multiple assessment methods should be established and students are encouraged to make self-assessment， which focuses on process and ability evaluation. The teaching reform of this course aims to cultivate multi-compound high-quality talents with solid basic scientific literacy， innovation awareness and cross-border innovation ability.

Keywords： "double carbon" goal; "carbon peak"; "carbon neutrality"; Solid Waste Treatment and Disposal; teaching reform

全球因温室气体（主要是二氧化碳）的大量排放导致气候变暖，冰川融化，海平面上升。若碳排放不加以控制，未来全球将面临不可逆转的灾难。世界各国对此达成共识，努力减少二氧化碳的排放量。习近平主席在2020年第七十五届联合国大会一般性辩论上指出，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和[1]。实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局[2]。将我国的绿色发展道路提升到新的战略高度。这标志着我国未来生态文明建设的方向调整为以降碳为重点，推进减污降碳协同增效；我国也进入到了经济社会全面绿色转型和生态环境质量改善实现由量变到质变的关键时期[3]。在国家“碳达峰”“碳中和”重大战略部署下，高等学校作为基础研究主力军和科技创新驱动力[4]，应积极参与碳中和建设的现实需求，推进碳中和相关专业尤其是环境类专业人才的培养。在环境类专业课程教学过程中融入“碳中和”理念，培养能系统地解决复杂环境问题，具有较高的专业素养和广阔国际视野的新时代生态文明建设人才。

一固体废弃物处理与处置在实现“双碳”目标中的意义

“双碳”目标提出后触发了大量人才需求，企业急缺“碳达峰”“碳中和”相关技术改革以及碳交易、碳管理类人才。为快速、大力培养服务国家“碳达峰”“碳中和”专业人才，教育部相继印发了《高等学校碳中和科技创新行动计划》和《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》。两份文件均鼓励推进“双碳”相关专业例如环境、材料、信息、能源等学科建设和人才培养。固体废弃物处理与处置是环境类专业的核心课程之一，該课程重点阐述实现固体废弃物减量化、无害化、资源化处理方面政策法规、技术和原理，旨在进行高素质应用型人才的培养[5]，但是目前该课程对学生的培养要求与“双碳”目标行业发展需求还存在一定差距。固体废弃物种类多样，大多数同时具有“污染”和“资源”双重属性（尤其是生物质类废弃物），通过对其合理地处理与处置，降低其环境污染的同时实现有用物质的回收和资源化利用，并进一步建立覆盖面更广的资源循环利用体系是“双碳”目标背景下环境类专业人才培养面临的现实任务。将固体废弃物处理与处置课程内涵与“双碳”理念深入融合，提升学生的创新思考和实践应用能力，是该课程教学改革的重要方向，这对于改善我国生态环境，实现可持续发展和完成“碳达峰”“碳中和”目标具有重要意义。

二课程培养模式改革

（一）教学目标优化

在教学过程中培养学生深刻认识国家能源安全新形势和绿色发展新要求，聚焦国家“双碳”战略需求，通过基础理论学习和实践，提高自身能力和专业素养，助力“双碳”目标实现。本课程教学目标优化为①知识层面上，在掌握固体废弃物的产生、来源、分类及其危害；资源回收利用的意义及途径，管理方法、处理与处置的基本概念、方法及基本原理的基础上，掌握固体废物处理技术碳排放核算方法，强化固体废弃物处理降低二氧化碳排放以及回收固体废弃物中可循环利用的碳源等相关新技术方法的原理学习。②能力层面上，增强低碳意识，培养国际视野，了解国内外与“双碳”战略相关的固体废物处理先进技术和理念；加强碳排放测算实践能力，提高解决固体废物处理与处置过程中减排增汇工艺和装备问题的能力；在“双碳”背景下掌握固体废物资源化的技术方法，增强能够根据环境工程问题提出具有创新性解决方案的应用能力；提高综合创新能力、构建审辩思维、沟通合作等核心素养。

（二）教学内容改革

固体废弃物处理与处置是环境类专业的核心课程之一，在“双碳”战略背景下，准确定位该课程对于整个专业体系以及学生能力培养中的作用非常重要。本课程涉及内容广泛，包括环境、数学、物理、能源、化学和材料等多学科知识[6]，基于“双碳”目标和课程目标，优化课程教学内容是教学改革的重要举措之一。教学内容应紧跟“双碳”热点和科技前沿，及时补充和更新课程中涉及的“碳减排”与“碳增汇”理论和方法。让学生理清固体废弃物处理与处置和“碳减排”的关系，了解最新研究动态、技术方法与理论，从而全面深化对本课程教学内容的理解，为培养适应时代发展需求的高质量人才打下基础。

1 基于“双碳”目标，优化教学内容

固体废弃物处理与处置是一门应用型课程，同时与科学技术前沿结合非常紧密。在教学内容上既要让学生掌握扎实的基础理论知识和相关的政策法规，又要紧跟科学技术前沿，了解该领域的最新技术动态。目前选用的教材主要介绍了固体废弃物的来源、分类与管理现状、固体废弃物的收集、运输与处理技术、固体废物资源化与综合利用以及危险废弃物的处理与处置。针对现有固体废弃物处理和处置的相关理论和方法教材所设置的教学内容有比较充分的阐述和说明。但是随着社会经济的发展出现了一些新的固体废弃物处理与处置理念，以及新兴固体废弃物的分类，尤其是在“双碳”背景下，该教材涉及的最新技术理念、政策法规和处理方法等均需要补充。为了培养满足“双碳”目标的提出，为固体废弃物处理与处置课程增加了新的教学内容。①固体废弃物处理技术碳排放核算方法。核算碳排放量是实现“双碳”目标的前提，科学的碳排放核算方法区分各国甚至是各个行业“碳减排”责任的工具。通过政策解读和文献调研，让学生了解掌握现有的碳排放核算方法在诸如垃圾填埋、垃圾焚烧等固体废弃物处理碳排放方面的研究。②“双碳”目标下，固体废弃物管理需求。尽管“碳达峰”期间，固废不是作为国家强制性减排行业，但固废可持续管理仍然是我国实现“双碳”目标的重要环节。从源头上减少废物的产生即“废物预防”以及对产生的废物合理地回收利用，对其进行可持续管理，不仅可以有效防范生态环境风险也为我国整体二氧化碳减排带来效益[7]。让学生了解“双碳”目标下固废管理需求，加深对固废处理与处置的理解。③固体废弃物在碳减排中的作用。固体废弃物种类多样，其中畜禽粪便、农作物秸秆、城市污泥、厨余垃圾等生物质类有机固体废弃物在碳减排中起到重要作用。分别从生物质类有机固体废弃物发电、清洁供热，生产可替代能源、生产生物质液体燃料和肥料等方面，学习生物质固体废弃物焚烧、厌氧发酵和好氧堆肥等处理处置过程，计算二氧化碳减排当量，深入理解我国生态文明建设提出的“减污降碳、协同增效”。④“双碳”目标下固废处理复合型人才培养。“双碳”涉及自然科学、工程科学和社会科学，需要复合型人才。固体废弃物的处理与处置过程涉及物理、化学、生物、材料等多个领域，尤其在“双碳”背景下，该课程应瞄准社会、市场和企业需求，加大与化学、能源、材料等多学科的联系，拓宽环境类学生在交叉学科领域的视野，培养复合型人才。

2 以创新能力为导向，强化实践教学

固体废弃物处理与处置作为一门涉及多个学科的综合性课程，较强实践性和应用性是其特点[8]。实践教学是提高学生创新能力的重要手段，但该课程实践内容的设置存在明显的滞后以及脱离企业和工程实际需求，尤其缺少与“双碳”战略相关的技改方案、“碳减排”“碳增汇”技术等实践环节。在“雙碳”背景下本课程的实践内容应该与“碳减排”“碳增汇”创新技术及社会需求相结合。例如在垃圾填埋场设计实践中，带领学生去青岛垃圾填埋场进行参观、学习，让学生有直观的感受，同时在课程设计中，除了传统设计包括的填埋场选址、填埋场的地基与防渗、垃圾渗滤液的产生及收集处理、填埋其他的收集与利用等内容，鼓励学生通过文献学习以及课程教学内容对填埋场碳排放量进行核算，深化对课堂知识理论的理解。此外，对垃圾填埋场碳减排需要的技术和路径进行分组讨论和专题汇报，加强对“双碳”战略下固体废弃物处理与处置革新的技术体系和方法的理解。同时鼓励学生参与“双碳”背景下固体废弃物处理与处置相关的大学生创新训练计划，尤其是涉及固废“减污降碳”的科研活动，并对实验数据和结果认真分析，积极讨论分享，这都有利于学生“碳达峰”“碳中和”实践能力的提高。鼓励学生参加 “互联网+”大学生创新创业大赛、“挑战杯”全国大学生系列科技学术竞赛、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛等，从而达到以赛促学、以赛促教的效果，实现教学相长[9]。通过这些实践活动，有助于培养学生良好的科学素养，提高学生的“碳达峰”“碳中和”科技创新实践能力。

3 基于“双碳”战略，注重案例教学

“双碳”计划作为我国未来40年的战略决策，将生态文明建设推向了历史新高度。为了推动实现“碳达峰”“碳中和”，深入推进循环经济发展，促进生态文明建设，国家发改委印发了《“十四五”循环经济发展规划》，制定了单位GDP能源消耗比2020年降低13.5%，大宗固废（包括煤矸石、粉煤灰、尾矿（共伴生矿）、冶炼渣、工业副产石膏、建筑垃圾和农作物秸秆等）综合利用率达到60%等具体指标。由此可见固体废弃物的处理与处置在循环经济建设中起着重要作用。针对不同类型的固体废弃物，利用案例方式，根据课程里讲到的处理处置方法和原理，结合“双碳”理念，介绍其在降低二氧化碳排放方面的潜力。以农业生物质类固体废弃物为例，让学生理解并掌握有利于“碳减排”的处理技术方法，以及应用方向。对于诸如草本类生物质废弃物即农作物秸秆、畜禽粪便、厨余果蔬垃圾等可通过厌氧发酵技术，生产沼气和生物天然气等可替代能源，在此过程中产生的二氧化碳分离净化后可进行再利用，而沼渣沼液可直接还田或生产高附加值有机肥。对于木本类生物质废弃物例如林业剩余物、部分农业剩余物则可加工为乙醇汽油、纤维素生物质汽油等生物质燃料，用于清洁供热或替代燃煤等化石能源。对于能源作物、部分秸秆、陈化粮和废弃油脂等可生产生物乙醇、生物柴油和生物航油等生物液体燃料，其中不含硫和芳烃，燃烧后不污染环境。通过以上生物质固体废弃物转化案例分析，让学生了解生物质固体废弃物在我国“双碳”战略中的作用和定位以及相关处理处置中“碳减排”与二氧化碳捕集固定的最新技术。

此外，“无废城市”的建设是深入推进循环经济发展，加快“双碳”目标实现的重要举措[10]。“无废城市”建设致力于从源头减少固体废物的产生，而且对已产生的废弃物进行资源化利用探索，最大限度减少填埋量，降低固体废物的环境影响。为使学生深刻理解固体废弃物处理与处置课程与“无废城市”建设的相关联系，在教学过程中可针对各地“无废城市”建设实施方案，选取案例进行讲解。在“无废城市”建设中，重点关注城市污水处理厂中污泥的处理与处置是重点需要关注的过程。目前污泥处理处置技术主要包括干化填埋、好氧发酵、厌氧消化、土地利用和焚烧为主，每种处理工艺中均涉及到碳排放问题[11]。通过带领学生参研文献，确定每种污泥处理处置过程中碳排放的形式，并利用模型进行碳排放量的计算，探究减少碳排放、增加碳汇的污泥处理处置方式。通过以上案例的学习，引导学生思考：不同污泥处理处置工艺对二氧化碳排放的贡献有多大？最具优势的处理处置工艺路线是什么？固体废弃物的处理在“减碳排”和“增碳汇”的过程中有什么作用？该案例对于“双碳”背景下如何选择固体废弃物处理处置方式有何思考？

（三）课程思政元素融入教学

将思想政治教育和正确的价值观与专業知识体系相融合，巧妙地渗透到课堂是每个高校教师应该提升的教学能力，也是习近平总书记对高等院校思政教育提出的要求[12]。本课程许多知识点与“双碳”目标国家战略有着紧密的联系。例如本课程中固体废弃物处理与处置的3R原则与“双碳”目标相辅相成。“双碳”目标主要依靠“碳减排”技术和“碳增汇”手段来实现，3R原则在此方面可发挥巨大作用。具体来讲3R原则是指Reduction （减量化）、Reuse（再使用）、Recycling（再循环），即从源头上降低固体废弃物的产生量，提倡绿色生产，促进生产工艺的低碳化改造；对于已产生的固体废弃物进行资源化再利用，减少再生产过程中二氧化碳的排放。3R原则的贯彻将有力促进固体废弃物处理与处置关键工艺流程的低碳化改造，“双碳”目标的确立也将有力驱动3R原则的贯彻实施，二者相辅相成，相互促进。结合该课程的知识点，进一步给学生讲述“双碳”目标的意义，以及我国在“碳减排”与“碳增汇”方面的二氧化碳捕集与固定技术的最新动态，让学生深刻理解“人类命运共同体”的含义与我国在全球气候变化上做出的努力，增强学生的民族自信心和自豪感。通过课程专业知识结合国家战略与社会热点的讲解，让学生明白固体废弃物的合理处理与处置，会给环境、社会以至国家带来积极的影响，进一步加深学生对环境保护、生态文明建设的理解，从而有效激发学生热爱课程、热爱专业、热爱学校及爱国主义精神，有利于其担负起社会和历史赋予的责任和使命。

三课程考核方式改革

“双碳”背景下，根据课程目标和相应教学内容的设置，对学生的评价体系也应多元化、重过程、考能力。除了随堂测试、作业测试等平时成绩加上期末考试等常规的考核手段外，要加强学生课堂表现、专业素养和思想政治表现所占的比重。为全面培养学生，增加课堂活跃气氛以及调动学生的自主性，在考核过程中加入小组谈论和展示环节。将课程的重点、难点内容进行模块化处理，针对每个模块中涉及到的碳排放源解析、碳排放量计算、“碳减排”方法措施等，让学生分组讨论，并通过文献调研和总结，进行PPT讲解汇报。在此过程中全面考察学生的创造性和主观能动性，并从学生的应对态度、文献调研、自主学习、表达能力及团队协作能力等方面制定评分标准和量化细则。此外，作为平时成绩的重要参考，鼓励学生参与学院科研团队与本课程相关的热点课题研究，形成心得体会报告。“双碳”背景下，固体废弃物处理与处置课程应该构建多维度考核方法，在紧抓基础理论的同时，注重过程考核及自主创新能力的评估，为培养适应“双碳”战略需求的复合型人才贡献力量。

四结束语

在“碳达峰”和“碳中和”背景下，高校为“双碳”战略提供智力支撑和人才保障的现实需求摆在眼前，环境类专业是碳中和相关专业，其专业人才的培养责任重大。作为环境类专业的核心课程，固体废弃物处理与处置的教授过程要紧跟国家战略，将“双碳”理念融入教学，科学定位人才培养目标，合理构建课程教学体系，融入课程思政，改革课程培养模式。相应地，在专业理论知识考核的基础上，设置多元化考核内容，全面考察学生自主学习和协同创新能力，培养符合国家战略需求的复合型人才。

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