“线下+线上”混合教学模式在“固体废物处理处置”教学中的应用
时间：2023-06-26 18:40:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
赵国华，高树梅，贾红燕
（嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江嘉兴 314001）
固体废物处理与处置是一门实践性和工程性很强的课程，固体废物处理与处置课程实验是该课程教学过程中的重要组成部分[1]。学生可以将书本的理论知识与实验技术结合起来，进而提高分析和解决固体废物处理、处置及资源化问题的能力，拓展学生的科研思维，为学生成为“新工科”人才做准备。我校在2012年将“固体废物处理与处置”实验课程列入环境工程本科生培养计划中，设为该课程的课内实验。2014年，“固体废物处理与处置”实验与“大气污染控制工程”实验合并为环境工程专业实验（Ⅱ），实验教学学时为16学时。2018年，我校设置“固体废物处理与处置”实验课程，实验教学学时为32学时，该实验课程经过7年的建设已初具规模。
2020年春节期间，为减少疫情对正常教学工作的影响，教育部提出“停课不停教、停课不停学”的要求。在开学时间不确定的情况下，考虑堆肥实验的周期较长，即使开学后也很难保证该实验项目的按期完成，经过课程组的讨论，该实验项目被分解为垃圾填埋虚拟仿真实验+堆肥实验。课程组建立“虚拟仿真教学平台+QQ群+视频+DIY”的多平台应用于特殊时期的实验课程实践教学。以此为契机，课程组在固体废物处理与处置实验教学过程中开展“线下+线上”混合教学模式，实现多元化、综合化、现代化的新型教学方式。
“固体废物处理与处置”是一门信息量大、内容繁杂、知识面广的工程技术课程的实验教学，与机械、化学、数学、生物等学科交叉融合[2]，具有很强的实践操作性和实用性。该课程实验基本涉及专业的所有课程内容，实验装备投入大、实验周期长，使实验教学的难度加大[3]。为学生选择实验项目需要兼顾时间、安全、实用、知识点等因素，实验内容及学时安排见表1。实验内容主要涉及固体废物预处理、固体废物物理化学处理和固体废物生物处理。
表1 实验内容及学时安排
（一）基础实验
第一个实验为固体废物破碎和筛分。该实验选择三种破碎机：鄂式破碎机、锤式破碎机和球磨机。固体废物破碎和筛分实验使用不同孔径的筛子，采用一段破碎和二段破碎计算筛分效率，学生通过该实验可以掌握筛分原理及工艺。
第二个实验为危险废物浸出毒性测定实验。该实验采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T299-2007），安排4个学时：2学时+2学时，第一个2学时学生根据国标方法准备好样品和浸出液，放入翻转振荡器，振荡时间18±2小时后，第二个2学时完成样品过滤和上机分析测定重金属含量。通过危险废物浸出毒性测定实验，学生可以掌握浸出毒性的操作方法和重金属的测定方法。
第三个实验是污泥脱水性能的测定与表征。污泥来源于当地污水处理厂 ，污泥通过不同的预处理方法后再采用离心脱水，测定如污泥比阻抗、毛细吸水实践、含固率等污泥性能指标。通过污泥脱水性能的测定与表征实验，学生可以分析污泥脱水前后的变化，提高学生掌握污泥脱水方法的能力。
（二）线上实验
有两个实验项目采用了线上+线下混合模式。
垃圾卫生填埋是垃圾最终的处置方法，该方法在课程教学中的地位很重要，但是垃圾卫生填埋在实验室是不可能操作完成的。因此，为了加深学生对垃圾填埋场的操作及结构的了解，课程组设置了“垃圾卫生填埋虚拟仿真实验”，该实验为学生提供了一个平等的、传统实验室无法提供的学习体验，消除了传统实验室的所有物理限制，而且可以多次操作，有利于学生对本部分知识的掌握。图1展示了学生在操作过程中的截图，可以了解学生对该次实验的参与程度。期末考试涉及垃圾填埋的试题，80%以上的学生可以进行作答，答题效果远好于没有进行虚拟仿真实验之前的答题效果。
图1 虚拟仿真实验过程学生截图
另一个是实验是有机垃圾堆肥实验。以前该实验是在实验装置内完成的，但因为实验台套数有限，安排7-8个人一组来完成实验，实验效率低。疫情期间，考虑到该实验的周期较长，课程组决定由学生在家里采用“线上+DIY”相结合模式完成实验，堆肥DIY这个环节学生特别喜欢。学生可以在家与家人一起完成有机垃圾堆肥实验，做实验也可以作为学生在家消遣娱乐的一种方式。通过实验，学生可以观察堆肥的变化，可以了解堆肥的原理。在进行实验的过程中，学生及其家人的环保意识也提高了。但由于学生是在家里开展实验，故学生只能观察到堆肥的变化，无法对实验开展指标测定。课程组在2021年开展有机垃圾堆肥实验。课程组可以给学生提供一些家用堆肥视频作为学生课前预习的素材。在开始上课时，课程组的老师会对学生提问，以此来了解学生对该实验的掌握程度。之后，再由2-3个学生一组共同完成实验。学生会提前带来一些水果皮、餐厨垃圾等，并根据视频指引逐步完成堆肥实验。在准备材料的过程中，学生表现得非常积极和开心，组队挖土并寻找蚯蚓等虫子放入装置，并把实验过程进行记录做成视频进行展示。图2是这两届学生完成的视频。学生在制作视频的过程中，能认真学习各类软件的操作使用，提高其使用多媒体的能力，多数学生觉得这样的考核方式很好。
图2 学生堆肥视频展示
（三）综合设计实验
1.固体废物堆肥实验
8个学时实验分解为2+2+2+2，2个人一组，学生自己准备一个10L的塑料桶和有机垃圾（鸡蛋壳、剩饭剩菜、青草、树叶等）。按照视频的引导，第一个2学时搭建反应器，每周完成2个学时，采集样品和测定相关指标，持续时间1个月左右，堆肥过程原料的变化见图1。学生可以观察垃圾颜色、体积、气味以及相应指标的变化，加深对该部分知识的掌握。学生在测定指标的时候，会发现样品浓度超过标准曲线浓度，样品需要稀释，这个过程需要学生自己去分析、测定，以此充分锻炼学生分析问题的综合能力。堆肥结束，学生在瓶中可以种植一些多肉植物、西红柿、辣椒等，亲眼看到自己的劳动成果，学生的成就感非常大。这样的实验能提高学生的动手能力，寓教于乐。图3展示了堆肥前后原料的变化，不同小组使用的原料不同，几天过来记录一次数据，同时也会观察到其他小组的堆肥原料的变化。有的学生发现其他小组的原料变化比较明显，会积极地提问为什么会这样，进而促使他们再把理论课程梳理一遍。
图3 堆肥原料的变化
2.餐厨垃圾厌氧发酵实验
8个学时实验分解为5+1+1+1，5个学时用于搭建实验装置，发酵原料为餐厨垃圾和厌氧污泥。学生要检测发酵液的PH、电导率、TOC、含固率、产气量等指标，隔一天用1个学时测定发酵液的这些指标。学生根据指标的变化制图，图4展示了学生完成的厌氧发酵的实验报告，可以看出：学生不仅详细说明了实验结果，而且分析了趋势变化，并找出其中的原因。学生把课程中关于厌氧发酵的过程和影响因素结合起来，有助于增强学生对厌氧发酵知识的理解。在实验进行过程中，学生如果不及时认真处理发酵装置，就会出现发酵液流出的现象，教师要督促学生认真做实验。学生可以直接从量筒中看到别的小组的产量，有的小组的产量远低于其他小组，可以直观得到影响因素。
图4 餐厨垃圾厌氧发酵实验报告
这两个实验均是综合实验，学生在完成实验的过程中能提高“环境化学”和“环境监测”的实验技能。两个实验均是动态实验，学生可以根据指标观察垃圾的变化，并对这些指标进行分析，掌握垃圾生物处理的原理。该课程的实验项目可以为学生提供多个完整的实验机会，使学生能更贴近科研与应用实践，同时培养了部分学生的科学素养。各个学校可以根据实验室环境对实验项目进行调整。
实验课程成绩包括：预习情况5%；
实验基本操作40%；
实验纪律（包括安全卫生、仪器破损、小组合作、实验室规则遵守情况等）5%、实验报告50%（包括报告的完整性、图表的规范性、书写工整、实验数据和数据处理、结论正确等）。实验报告结尾要求学生对本次实验进行总结，图5展示了部分学生写的体会和总结，从这里可以看出，学生对专业课实验的安排和设计非常满意，印象深刻。教师在批改实验报告时，也会认真阅读学生的实验总结，在其中及早发现学生存在的问题，从而更好地调整或者改进实验内容。综合评定实验成绩的方式可以督促所有学生参与实验，减少了抄袭实验报告、实验操作敷衍的现象，培养学生的独立思考和创新能力。
图5 学生实验报告心得体会
“新工科”背景下，培养适应社会快速发展的高级应用型与创新型人才，需要加快当前的课程实验改革，更新实验教学手段与教学内容，这是当前我国高校实验教学面临的重要课题。在当前的时代背景下，开展“线上＋线下”多平台实验教学可以激发学生的学习兴趣、培养学生的科研素养，效果很好。
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