本科教学实验设计思路

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摘要：污泥作为一种特殊固废，因其含水率大、易获得等特点，在脱水、热解处理等科研课题方面被大量研究，在高校科研平台开展广泛实验。如何基于高校对于污泥脱水及热解处理的众多科研平台及人才资源优势，搭建适宜于本科教学实验的创新平台，具有重要意义。本论文对搭建基于污泥处理科研平台的本科教学实验设计思路进行研讨和分析，并提出具体实施路径。

关键词：污泥处理；科学研究；本科教学；实验设计

污泥是一种较为特殊的固废，为废水净化过程产生的、富含水分的、具有流动性或塑性的废物[1]。目前，随着废水处理技术的推广应用与发展，污泥的产生量越来越大，种类和性质也变得愈加复杂[2]。污泥中浓缩了废水中有毒有害物质，所以污泥是影响环境较为严重的固体废弃物[3]，污泥的合理化处理和处置是目前研究的热点和难点。近年来关于“污泥”主题发表的论文呈逐年增加的趋势（如图1所示，见知网），且对于污泥的研究多集中在污泥脱水。国内实验室对污泥处理进行科学研究的平台大量建立，同时也有一大批研究污泥处理的高校教师及工程师。若能基于目前较大量的关于污泥处理的科研平台和科学研究人员开展与“污泥处理”相关的《固体废物处理与处置》（以下简称《固废》）本科教学实验，具有较大优势。

一、基于污泥处理科研平台进行本科教学实验的优势

（一）污泥的处理和处置囊括“固废”课程的多个知识点

污泥的处理包含污泥浓缩、污泥调理、污泥脱水、污泥消化、污泥干化及污泥热解等，同时污泥处置主要包括污泥堆置、卫生填埋等，以上内容已涉及固废的特性分析、预处理、物化处理、生物处理、填埋处置等“固废”课程主要章节内容。污泥的处理与处置明显由多个环节组成，而每个环节又可与实验方法的选择或实验平台的搭建一一对应。以各学校最常开设的“污泥的真空脱水过滤实验”为例，虽实验装置简单，所需购置的耗材数量也较少，但通过该实验的设置使学生系统地掌握污泥特性分析、污泥调理及脱水过程操作及基本原理。

（二）污泥研究科研平台与教学实验平台无缝对接，节约装置购置及人员配置成本

部分学校存在本科实验教学平台严重欠缺的问题，造成实验教学工作的正常开展存在一定阻碍。而目前在高校较为丰富的污泥处理科研装置及研究人员的配置，为其延伸为本科教学实验平台提供了良好的硬件及人才条件。可通过学院的统筹安排，协调好科研平台及本科教学之间的时间及空间安排，进而实现污泥处理相关科研平台直接用于本科教学实验。

（三）有助于基于污泥处理的创新实验设置及安排

在《工程教育认证标准》中明确提出，“学校能够提供达成毕业要求所必需的基础设施，包括为学生的实践活动、创新活动提供有效支持”。同时也要求“培养学生的实践能力和创新能力”，很明显，教育部门在加大对创新人才的培养力度，而基于科研平台的本科实验教学而明显更有利于创新人才的培养。以前期文献阅读准备、实验方案设计、实验方案讨论、预实验论证、系统开展实验、结果讨论与分析等环节均可融入学生的创新思维。

二、基于污泥处理科研的本科教学实验设计思路

（一）加大文献阅读准备及前期团队研讨

目前，高校本科实验教学所参考的资料仍局限于教科书和教师所提供的实验指导书，在一定程度上形成了对学生创新思维的局限，不利于创新人才的培养。近几年，关于“污泥处理”最新进展及相关成果多发表在《WaterResearch》《BioresourceTechnology》《ChemicalEngineeringJournal》等高水平期刊上，可在此期刊中下载到关于污泥脱水、消化及微生物处理的最新技术及相关装置。同时，加大文献的搜集及阅读量，也有助于提升学生问题分析的能力，通过文献阅读来研究和分析复杂工程问题。同时，在前期现场教学基础上，也明显发现以团队形式进行文献的搜集及阅读有助于形成“头脑风暴”式的研讨氛围，激发出与“污泥处理”相关的新想法及创新思路。

（二）强化实验设计，增强实验组间的相互“质疑”

本科生目前实验方案设计能力明显欠缺，其更多是依托教师所发放的实验指导书，按照实验指导书中已写明的实验步骤进行操作，明确缺乏对“为什么这样设计实验？”“实验步骤操作依据是什么？”等基本问题的思考，缺少问题分析的过程。而《工程教育认证标准》中明确要求，“能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论”。因此，亟需让学生参与到实验方案的设计过程中，从而能更好地进行污泥处理方法的选择和论证过程。在污泥处理方法初步选择的基础上，也明显需要对初步选择的污泥处理方法进行论证，以确定每个实验小组最终选择的实验设计方案。因此，需加强各研讨小组之间对方案的相互“质疑”，对其设计方案中污泥处理方法及其细则进行详细论证。

（三）加强实验结果讨论，并增加与文献中方法及结果的对比讨论

实验结果的研讨是整个实验过程的关键和升华，目前高校本科教学实验中对实验结果的讨论较为单一。在学生获得实验结果（如污泥的含水率数据）后，只进行初步实验数据曲线的绘制，如不同pH条件对污泥脱水率的影响曲线。未进行系统分析，即应进一步分析“pH条件对污泥脱水率存在何种影响规律，原因是什么？”。只有进行系统分析，才能更好地理解和分析污泥在脱水处理过程中的水分变化规律和基本原理。同时，应结合前期对高水平期刊论文的阅读情况，分析污泥脱水过程的变化机制，也需将自己组的实验结果与文献中的结果进行对比、分析，揭示其实验过程的基本原理。

三、结束语

结合污泥处理科研平台或课题进行本科教学实验具有较强的可行性和现实意义，能有效实现科研平台和研究人员与本科教学实验的无缝对接。实验教学团队可在加大文献阅读、强化实验设计和加强实验结果讨论等方面进行实验教学方案的运行。

参考文献：

[1]廖利,冯华,王松林.固体废物处理与处置[M].武汉:华中科技大学出版社,2010.

[2]柯杰,胡惠秩,卢进登,等.污泥处理新技术研究现状及其发展趋势[J].环境科学与管理,2019,44(4):92-96.

[3]王鹏,唐朝生,孙凯强,等.污泥处理的固化/稳定化技术研究进展[J].工程地质学报,2016,24(4):649-660.

作者：张伟 王晨 左其亭 单位：郑州大学生态与环境学院 郑州大学水利科学与工程学院