节能减排理念融入实验教学探索

张玮玮, 柴成文, 郭丽芳

(北京科技大学 自然科学基础实验中心, 北京 100083)

节能减排理念融入实验教学探索

张玮玮, 柴成文, 郭丽芳

(北京科技大学 自然科学基础实验中心, 北京 100083)

创建节约型校园是我国节能减排的主要行动之一。为提高大学生节能减排意识,根据学生知识面程度,结合最新科研成果,从贴合学生生活的角度出发,开设了一门综合实验课程,将餐厨垃圾用于生产生物农药。该实验将实验内容与解决实际问题相结合,不仅提高了学生节能减排意识,还使学生所学专业知识更加系统化,丰富了学生的实践经验,提高了学生的动手能力,同时也加强了大学生节能行为的宣传与教育渗透。

节能减排； 综合实验； 创新性

伴随着经济的发展和环境问题的日益严重,国家对高能耗企业加强了调控,对环境的污染加强了治理力度,目前随着改革政策的步步深入,各方面都取得了一定的成效[1-3]。而节能减排是经济发展的必然趋势,是生态环境可持续发展的重要理念,只有节能减排才能为国家带来长久发展的动力。“节能减排”就是指节约能源、节约资源、减少排放、减少污染,在我国“十一五”规划纲要中首次提出。高校是资源占有和能源消耗的大户,为落实科学发展观,实现人与自然环境的协调发展,创建节能减排型校园势在必行,同时也能大大提高学校的办学效益,为自身的可持续发展提供必要条件[4]。随着我国对科研及教育投资的增加和高校的扩招,实验内容也在不断地丰富和增多[5]。经过近几年的实践经验,探索出新的实验教学内容,其中融入了节能减排的最新科研成果,使实验教学内容具有前沿性和挑战性,在增强学生节能减排意识的同时,还能更好地锻炼学生的实验动手能力、解决实际问题的能力和创新思维能力[6-9]。

1 实验内容和安排

实验内容着重强调节能减排观点,并结合近年来的研究热点来设计,使实验在灌输节能减排知识的基础上更具有挑战性,激发学生的学习积极性[10-11]。实验选择“以餐厨垃圾为原料固态发酵生产Bt生物农药”作为本科生大四的综合实验内容[12]。

苏云金芽孢杆菌(bacillus thuringiensis)简称Bt,具有无公害、无残留、不污染环境、选择性强等优点,是目前世界上用途最广、产量最大的微生物农药。但是生物农药受成本限制,难以得到广泛应用,因此,根据节能减排观点,从贴合学生生活的角度出发,将学校食堂的餐厨垃圾作为生产生物农药的廉价原料,既节约了生产生物农药的成本,又减少了餐厨垃圾。

1.1 实验流程

在整个实验过程中,学生要经历以下几步:一是根据实验目标获取所需信息；二是查阅文献及相关资料设计实验方案；三是学校食堂餐厨垃圾的调研及取样；四是餐厨垃圾的成分分析；五是正交实验设计及固态发酵最佳物料配比研究、固态发酵过程中pH及芽孢数的测定；六是餐厨垃圾生产生物农药成本核算、应用及节能减排程度评价；七是综合整理所获得资料、数据,撰写实验报告,并将所取得的成果进行相互讨论交流。

全方位地让学生独立经历一遍科研基本素质训练、成本核算,让学生充分认识餐厨垃圾是一种高价值的生物物质资源和宝贵的可再生资源,但由于尚未引起高度重视,处置方法不当,它已成为影响食品安全和生态安全的潜在危险源。餐厨垃圾一方面具有较高的利用价值,另一方面必须对其进行适当处理,才能得到社会效益、经济效益和环境效益的统一。这类垃圾若不进行适当处理,会对环境造成极大的危害。实验主要针对化学、生物及环境专业大四学生,属于综合实验。每4个学生一组,相互商讨,共同协作完成实验内容。

1.2 实验设计的实施

每组学生根据自己专业知识的掌握情况以及对实验目的、内容的了解,搜集阅读相关的文献资料,在综合文献基础上,通过小组讨论拟订实验方案,最后在实验教师的指导下形成“实验方案设计报告”。学生按照实验方案进行实验,实验过程中遇到问题及时与实验教师沟通,以确保实验的顺利进行。

实验过程中,学生要对餐厨垃圾的成分进行分析测定,其中包括总固体、总氮、总磷、还原糖、总碳、钾、钙、钠、镁、铝、铁等含量的测定,这就要求学生要学习并掌握各个成分的测定方法。采用正交实验找到生物农药发酵过程中的最佳物料配比,要求学生能够使用SPSS软件设计出正交方案；发酵过程中pH、芽孢数的监测,要求学生学会平板计数法等。这就使得整个实验的综合性比较强,学生在巩固大学所学到的基础理论知识的基础上,还学习到很多全新的,甚至跨学科的知识。除此之外,此实验还需要一系列大型仪器的使用才能完成,如餐厨垃圾中离子含量的测定用到了离子色谱、芽孢形态的确定用到了扫描电镜。我校的基础实验平台能够面向学生开放使用,并有专门的仪器负责教师进行指导,确保了实验的顺利实施。

2 节能减排融入实验教学的特点

2.1 改善高校食堂浪费情况

“民以食为天”的说法已是广为人知,粮食是人类生存极其重要的一种资源。从高校食堂这一小视角,就会发现各种各样的浪费现象屡见不鲜,而且浪费惊人。此次实验中,学生对餐厨垃圾进行调查,发现还没到就餐的高峰期,一个收餐盘区就积起了一整盆的剩饭剩菜,随着就餐高峰的来临,收餐盘区积累剩饭剩菜的速度也更快了,平均每层食堂每顿饭就有3～4桶剩饭菜被倒掉,浪费非常严重。站在垃圾桶边目睹这些浪费,学生意识到问题很严重,不仅从自身做起,还自发地向其他学生推进“光盘行动”,争取做到不浪费。虽然学生做的是一件小事,但对于改善食堂浪费情况、建设节约型校园具有非常重要的现实意义。

2.2 提高节能减排意识

当前大学生群体较少主动去了解各种节能减排的知识信息,缺乏节能减排的敏感度, 在平时学习和生活中也缺乏对于节能减排的研究创新,较少参与节能减排活动。在校园中开展节能减排相关活动时,学生参与度比较低。把节能减排理念引入实验教学中,设计出一套贴近学生生活的节能减排实验,从实验中认识餐厨垃圾也是一种可再生的宝贵资源,通过学生自己动手,将餐厨垃圾变废为宝,制成生物农药,不仅可以用于学校植被虫害的防治,还可以就地解决餐厨垃圾,从而达到节能减排的目的。学生在此过程中大大提高了节能减排意识。

2.3 强化理论基础及操作技术

在整个实验过程中,以及后面数据处理和论文撰写方面都用到了很多学过的理论知识,如微生物培养、成分分析测定方法、LC分析原理等,通过本实验,学生对所学的内容进行了很好的总结,在获得全面训练的学习过程中,巩固理论基础知识、掌握基本操作技术,将所学理论知识和已掌握的实验基本技能运用到实践中。

2.4 促进创新型人才培养

该节能减排实验的设计是在实验室的科研成果上进行转化的,把科研工作的新进展、国际上研究领域的最新内容及时补充到实验教学中,使教学内容得到补充和更新,具有前沿性、挑战性和新颖性。表1及图1—3是学生实验中做出的一些成果。学生看到实验题目就产生好奇,从而积极主动地去查阅相关资料,思考如何去做、去完成实验,并且各种先进大型设备令学生耳目一新。实验整体设计让学生感觉置身于科研工作者的地位去研究课题,使学生从中得到创新思维的训练,为创新型人才的培养奠定坚实的基础。

表1 餐厨垃圾成分分析

图1 不同培养基发酵Bt生物农药过程中pH的变化

图2 Bt伴孢晶体的电泳谱图(SDS-PAGE)

图3 Bt伴孢晶体扫描电镜(SEM)谱图

3 结语

将节能减排理念融入实验教学内容中,至今已经有3届本科生进行了实验,受到了学生广泛的好评和认可。通过实验,学生的节能减排意识大大增强。节能减排意识不仅仅是一个认知问题,更是对环境所持的态度和行为方式。让学生通过实验把节能当成非常酷的方式,把环保和节能减排当作是发自内心的感受,使它渗透到生活的每个方面。学生要牢固掌握所学知识,将其学有所用,创新提高,为节能减排贡献自己的一份力量。

References)

[1] 顾炜莉,刘泽华,柳建祥.以节能减排意识培养为导向的工程热力学教学研究[J].高等建筑教育,2010,19(6):64-67.

[2] 中央部署加强节能减排管理原则同意“十二五”节能减排综合性工作方案[J].电力系统自动化,2011,35(16):14-14.

[3] 刘文学,梁军,贠志皓,等.考虑节能减排的多目标模糊机会约束动态经济调度[J].电工技术学报,2016,31(1):62-70.

[4] 齐拥军,张东岭,牟村,等.论高校节能减排的重要性[J].技术与市场,2011,18(12):209.

[5] 徐家林.高校节能减排的喜与忧:以淮安高教园区为例[J].高校招生(理论研究),2010(6):65-66.

[6] 吴音,刘蓉翾,李亮亮.科研成果转化为综合性实验教学探索[J].实验技术与管理,2016,33(8):162-164.

[7] 田运生,刘维华,王景春,等.综合性设计性实验项目建设的探索与实践[J].实验技术与管理,2012,29(2):126-129.

[8] 吴新开,朱承志,钟义长,等.综合性实验的综合原则[J].实验室研究与探索,2007,26(6):89-91.

[9] 汪春蕾,李凡姝,张杰,等.利用综合性实验增强微生物学实习效果的体验[J].安徽农业科学,2013,41(8):3750-3751.

[10] 沈剑英,黄风立.依托科研项目开发综合性实验的实践与探索[J].实验技术与管理,2014,31(3):163-165.

[11] 孙天昊,杨梦宁,王茜,等.基于实验项目的开放创新型实验管理系统探究[J].实验室研究与探索,2015,34(8):227-230.

[12] 户业丽,程波,吕中,等.研究创新型生物化学实验的设计与探索[J].实验室科学,2016,19(3):13-15.

Exploration on integration of idea of energy saving and emission reduction into experimental teaching

Zhang Weiwei, Chai Chengwen, Guo Lifang

(Basic Experimental Center for Natural Science, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)

Building a conservation-oriented campus is one of the main actions of energy saving and emission reduction in China. In order to improve the university students’ awareness of the energy saving and emission reduction, and in combination with the latest scientific research achievements, a comprehensive experimental course is set up to use the food waste for the production of biological pesticides. This experiment combines the experimental content with solving the practical problems, which can not only improve the students’ awareness of the energy saving and emission reduction, but also enable the students to learn more professional knowledge systematically. The experiment also helps the students to enrich their practical experience, and improve their practical ability. At the same time, it strengthens the publicity and the education infiltration of the university students’ energy saving behaviors.

energy saving and emission reduction; comprehensive experiment; innovativeness

G642.423

: B

: 1002-4956(2017)09-0188-03

2017-03-14修改日期:2017-04-27

张玮玮(1986—),女,河北保定,博士,工程师,主要从事生化分析的研究及实验教学工作.

E-mail:zhangweiwei@ustb.edu.cn

10.16791/j.cnki.sjg.2017.09.047