工科背景下“固体废弃物处理”教学改革

“固体废弃物处理”课程作为环境工程专业的核心课程，其主要任务是引导学生掌握固体废弃物的处理原理及方法，了解固体废弃物处理的相关政策法规，具有很强的社会性、工程性和实践性。与此同时，固废处置相关法律法规的不断完善，新模式的不断提出，新技术的快速涌现，也对本课程的教学提出更高的要求。2017年，为了顺应新技术、新产业、新经济对工程人才的需求，教育部提出并实施新工科建设发展战略。该战略的提出为固体废弃物处理课程的教学改革指引了方向，同时也为该课程的持续改进提出更高要求。目前，固体废弃物处理课程教学过程中普遍存在知识体系不全面、课时匹配性不强、实验实践环节投入资源不足、教学模式单一、考核体系不科学等诸多问题。“固体废弃物处理”作为一门实践性很强的核心课程，更应该以学科前沿和产业发展为导向，引导教学内容不断丰富，结合教学方法的创新和考核体系的完善，有效提升教学质量，达到新工科课程建设相关要求。
1、新工科对环境领域人才的培养要求
目前，我国经济发展已经从从数量提升进入到内涵发展的新阶段，各级政府对于环境保护更加重视，我国的环保市场也越来越壮大。目前环保企业主要集中在废旧资源处置、环境技术服务、环保装备生产及运维、环保咨询服务等领域，环保企业的发展迫切需要具有创新精神的复合型人才。“新工科”战略契合时代的发展，课程改革方案的制定、人才培养必须以企业和社会需求为导向，要求培养实践能力和理论素养兼备的复合型人才。因此，这就要求学生能够深度掌握相关技术原理及国内外发展动态，具有完备的知识体系，并且可以通过不同知识体系的有效结合进行综合分析并解决问题。在这样的背景下，传统的以教师为中心的教学模式已难以满足新工科建设的要求。有必要在现有教学框架内，积极尝试新的教学模式和方法，拓展实践性相关的理论和技术，最终形成以学生为中心的教学模式，有效提升学生运用所学知识解决实际工程问题的能力。
2、“固体废弃物处理”课程教学现状分析
总体而言，针对工程教育认证目标，以“OBE”模式为导向，教育界也开展了大胆的探索与实践(如“线上-线下课程”、“数字课程”等)并取得一定的成绩。但是，“固体废弃物处理”课程在开展过程中依旧存在不少亟待解决的问题。
2.1知识体系庞杂，课时有限
本课程作为环境专业核心课程，涉及到多种固体废弃物的处置原理及方法，涉及知识面广，知识体系庞杂。与此同时，随着经济和技术的飞速发展，固体废弃物处理领域技术更新迭代加快，除了现有教材保证基本的知识储备外，更需要通过多种渠道保证学生所学知识的广度和深度。
目前，本课程总教学课时仅为32课时。在有限的时间内，教师难完成以如此庞杂的课程教学，只能通过压缩教学内容完成基本教学任务，这也导致很多知识点讲不全、讲不透，严重影响教学效果。
2.2实验实践环节资源投入不足
实验实践环节是固体废弃物课程的重要教学内容，可以有效锻炼学生工程实践能力，形成完备的知识体系，提升学生运用所学知识解决实际工程问题的能力。但是，由于教学资源的限制，本课程目前尚无实验实践教学环节，因此难以达到教学预期。
笔者与开设固体废弃物处理课程的兄弟院校同仁交流，普遍反应该课程实验实践环节资源投入不足。首先是固体废弃物相关实验相对于水、气处理实验，其复杂程度明显提升。固废相关典型实验，如发酵过程、农林固废处置等实验周期较长或者对实验设备要求高，难以达到实验既定目标。其次，受制于新冠疫情影响，不少院校实践环节被压缩甚至取消，也进一步导致学生工程实践经验匮乏。上述问题导致实践环节与理论教学出现脱钩，严重制约新工科发展。因此，基于我校固废课程开展现状，有必要强化实验实践环节的资源投入。
2.3教学方法和评价模式单一
固体废弃物处理是一门兼顾理论性和工程性的核心课程，该课程需要学生具有深厚的知识储备。因此，学生的学习参与度是决定该课程效果的关键。目前，本课程主要还是采用教师课堂教授为主的填鸭式教学，学生在整个教学环节处于被动状态。与此同时，目前也初步开展了“数字课程”相关工作，通过线上教学(网络课件)与线下教学相互补充，但总体教学效果收效甚微。与此同时，目前对于固体废弃物课程的教学模式相对比较单一，学生学习积极性尚无法调动，严重制约该课程的教学效果。
此外，本课程的评价模式也亟待改进。目前课程成绩主要由卷面成绩和平时成绩构成。目前对于卷面成绩比重相对较高，但卷面成绩主要反映学生对于相关知识点的机械掌握。平时成绩主要由签到、平时作业等环节构成，仅仅反馈学生是否进入课堂，但无法考核其是否进入学习状态。因此，目前固体废弃物课程的评价模式也存在较大提升空间，有必要进一步优化。
3、“固体废弃物处理”课程改革思路
为了满足新工科对于环境工程专业人才培养的需求，契合新时代社会经济发展，固体废弃物处理课程的教学改革应以学生应用能力培养为导向，通过多项举措提升学生学习主动性，在夯实理论学习基础上，提升学生工程实践能力。基于目前已有的改革经验，针对该课程教学过程中存在的问题进行探讨，提出切实有效的改革新举措，培养满足时代发展的环境工程人才。本课程基于成果导向、以学生为中心和持续改进的基本原则，提出如下教学改革措施。
3.1凝练知识体系
固体废弃物处理课程知识体系相对庞杂，涉及知识点较多，主要包括固体废弃物的来源、收运、分选、破碎、焚烧、生物处理、填埋、资源化等内容。该课程呈现内容多、学时少，重难点不突出，针对性、实用性不明显等特点。因此，如何科学地凝练课程知识体系，形成条例清晰、结构紧凑的知识框架显得尤为必要。
首先，根据学生对新知识“由浅入深，由感性到理性”的学习规律，基于固体废弃物的生命周期将固废处置过程分为收运、分类、处理、资源化、综合处置五个模块，使得学生对于固废处置有一个合理的逻辑框架。其次，根据研究前沿和产业发展动态，固废处置技术也在不断发展；同时，新的产业发展也会产生新的固废及其处置问题。因此，基于教学内容的前沿性和实用性，教师应及时补充相关内容。例如，在“固废资源化与综合利用”这一章节需要补充“新兴产业的固废资源化问题”，探讨目前社会经济发展进程中出现的新型固废(如微电子固废、城市建筑垃圾固废等)，并进一步分析其处置过程中的技术及管理上存在的难点，保证学生对于相关产业发展及前沿技术有一定了解。
3.2强化实验实践环节
实验实践环节是理论联系实际、学生创新思维和实践能力培养的重要内容。目前，固体废弃物处理课程的实验教学主要还是采用多人随课实验的形式展开，内容相对单一；而认识实习也是流于形式，仅限于对污水处理厂、垃圾焚烧发电厂等常规厂区的短期参观，对于学生工程实践能力的锻炼极为有限。
新工科核心目标是培养理论和实践兼顾的复合型人才，因此，单靠学校的理论学习难以达到培养要求。需要积极与企业、行业协会加强联系，以产教融合为抓手形成多方协同培养机制，有效提升教学质量。首先，针对学校教师工程经验缺乏的问题，聘请固废处置领域的大中型企业专家作为实训导师，重点支持校外实训环节，形成校内导师-校外导师联合培养的新模式，有效提升教学效果。与此同时，邀请企业、政府、行业协会专家兼任校外导师，校外导师每学期开展不少于3个学时的固废处置相关讲座，保证学生能够获取该领域最新的相关工程经验。其次，积极发挥校友资源，邀请已经毕业的优秀学生参与到学生实践教学过程中来，通过学长论坛的形式向在校学生介绍固废处置相关进展，并进一步提升学生的工程实践能力。第三，积极借助互联网资源，将网络上工程实践案例、在线学术报告通知发至群中，通过互联网资源提升学生的实践能力。
在理论学习之外，鼓励学生通过大学生创新创业大赛、互联网+、环境友好大赛等形式组织有兴趣的学生参与相关的技术创新和科研转化；搭建政府、企业实践平台，有效增加学生的实习实践机会，进一步强化实践环节，实现以学促产、以产促教，产教融合的良好氛围，最终实现实现学校-企业-政府-行业协会多方协同，有效提升固废处置人才培养水平。
3.3优化教学方法
固体废弃物处理课程不仅包含相关的基本理论、概念，还包含复杂的工艺流程、设备，而且相关处置工艺流程和设备更新迭代速度极快，仅仅采用传统的填鸭式教学模式，很难保证有效的教学效果。与此同时，固体废弃物处理的相关理论和方法大都来源于工程实践，相对而言较为抽象。仅仅通过传统的板书或者PPT教学难以帮学生梳理相关理论知识和工艺流程。
案例教学可以根据教学目的和内容，在课堂中引入与书本知识相关的工程实践案例，有效激发学生的学习兴趣，提升学生课程参与度，从而强化教学效果。例如，我们在教学过程中以2022年最高人民法院通报的十大固废污染环境案例为切入点，根据案例的基本案情介绍、审判结果，引导学生对各类固废处置基本原理、处置工艺、前沿技术、相关法律法规进行深度思考，通过案例教学帮助学生建立系统的知识网络，从而有效提升本课程的教学效果。
3.4完善考核机制
根据新工科的教学理念，固体废弃物处理课程要构建行程性评价机制，强化过程考核，并对课程考核机制进行不断优化。目前，固体废弃物处理课程的考核方式以卷面成绩为主，平时成绩为辅的考核模式，学生课程参与度较低，习惯于考试前的临时突击应付，难以调动学生学习积极性和主动性。
基于此，有必要根据以考促教、以考促学的教学理念，对该课程的考核机制进行完善。首先，进一步强化教学全过程考核，引入并强化行程性评价机制，保证课程考核过程化、常态化。其次，进一步丰富考核方式，除平时作业、签到外，将小组讨论、PPT汇报、上课回答问题等参与性元素纳入考核范畴，充分调动学生课程参与度和学习积极性。
4、结论
在新工科建设的背景下，培养兼顾基础理论知识和工程实践能力的复合型人才成为工程教育界发展的必然方向。随着经济和社会的发展，对固体废弃物处理的要求越来越高，对于复合型人才的需求也越来越大。本文在分析新工科对环境工程人才需求的基础上，讨论了固体废弃物处理课程教学现状，提出该课程的教学改革方案。在夯实学生理论知识架构基础上，通过多方协同机制强化实践环节，持续对课程内容、教学方法和考核方式进行优化。随着本课程教学改革的不断深化“固体废弃物处理”课程将不断完善，并最终为新工科背景下培养具备扎实理论知识和创新实践能力的复合型人才提供有力支撑。