固体废物学科发展与专业教学特点浅议

何品晶

摘 要：我国固体废物学科伴随工程实践的需要实现了突破性的发展，社会对固体废物处理与资源化专业人才的需求和培养质量要求也同步提高，推动了专业教学的改革和发展。本文分析了固体废物处理与资源化学科的深度复合与交叉特点，阐明了本学科基础知识面“广”与专业教学容量“窄”的矛盾；探讨了固体废物处理与资源化“立体化”教学框架，为形成核心知识同质、扩增知识各有所长的固体废物专业教学特色，提出了课程教学按知识点特征分类、按院校专业禀赋实施、实验和设计教学按基础与拓展分类组合的教学方法。

关键词：固体废物；专业教学；教学改革；规划；知识点分类

一、我国固体废物学科的发展状况

1.固体废物处理应用需求发展迅速

固体废物污染控制与资源利用是环境工程的分支学科。2005—2015年，我国的固体废物处理水平大幅度提高（见表1）。

可见，在过去的十年间，我国各类法定管理固体废物的处理和综合利用能力成倍提高。城市生活垃圾和危险废物的规范处理率均已接近100%，一般工业固体废物在产生量年均增长率9.5%的条件下，综合利用率保持了上升

趋势。

2.固体废物处理技术的伴随发展

在固体废物处理应用水平迅速发展的同时，我国固体废物处理技术体系也得到了相应发展。

在生活垃圾处理技术方面，主流的处理技术由卫生填埋（2005年，处理率大于90%）向卫生填埋和焚烧发电并重转化（2015年，卫生填埋处理率约60%，焚烧发电处理率约35%）；危险废物处理的技术方法，从以粗放资源利用为主，转为规范资源利用与处理处置协同，提高了危险废物的处理能力和环境安全保障水平；一般工业固体废物的资源综合利用途径则相对稳定，仍以建材利用為主，这也是一般工业固体废物综合利用率难以再进一步提高的制约因素之一。

3.固体废物管理要求促进处理技术进一步发展

伴随着我国固体废物处理能力的提高，固体废物处理技术相应演化，使固体废物处理的可持续化水平显著提高（例如，生活垃圾焚烧发电逐步替代传统的卫生填埋）。尽管如此，与我国全面现代化建设的要求比较，固体废物处理技术仍需进一步发展。其中，主要的管理侧推动力来自生活垃圾分类处理和强化危险废物规范化管理的要求。

目前，我国生活垃圾分类处理的重点是餐厨垃圾（包含饮食经营场所产生的餐饮垃圾和居民生活垃圾中的厨余垃圾部分），餐厨垃圾经分类收集后主要采用生物降解（转化）方法处理利用。

危险废物规范化管理的技术要求则主要是引入物化（分离）预处理技术，物化预处理的技术功能是改善危险废物安全填埋及焚烧的原料条件、减少最终处理处置量和提高资源再利用可能性。

4.应用技术的需要促进固体废物学科的形成与发展

我国固体废物处理与资源化利用已形成由填埋（土地）处置、焚烧（热）处理、生物转化、物化分离和固结成型构成的复合型技术体系。

与传统的基础或工程学科比较，固体废物处理与资源化利用的各项技术本身就具有学科交叉的特征。例如，生活垃圾填埋就是岩土工程和微生物降解过程的复合，由于生活垃圾降解可以导致其力学性质的显著变化，学科复合形成了与各自传统学科不同的科学问题和特有的解析方法。而作为固体废物处理与资源化利用发展方向的复合型技术体系，其学科交叉和复合特征则更为深入和突出。我国生活垃圾主流处理技术已由直接填埋转化为焚烧—填埋过程耦合，焚烧灰渣填埋后的转化规律遵从流固相非催化反应过程的原理，并同样伴随力学性质的演化。

尽管同属环境工程分支学科的大气和水污染控制工程也具有学科交叉、复合的特征，但因固体废物的浓缩态（按单位质量废物的可转化物质含量计）特征，固体废物处理与资源化学科的交叉复杂性和复合深度表现得更为突出。

现代固体废物处理技术体系依托的主要应用基础学科如表2所示。

固体废物处理与资源化学科是依托上述基础学科，面向固体废物处理的应用需要，交叉综合形成的新型学科。因此，其学科特点是：基础学科覆盖面广、跨度大，知识点和方法高度交叉。

二、面向应用的固体废物专业教学体系

1.调整专业课程教学内容的可能途径

基于固体废物处理与资源化学科方向的知识交叉和复合特点，固体废物专业教学必须面对如何扩增教学知识点容量的挑战。

解决此问题可能的课程教学内容调整方法有两类：一是自基础教学向上，系统扩增教学内容。将固体废物处理与资源化学科方向所依托而传统环境工程专业教学中缺失的内容，诸如岩土、机械、材料等学科的基础知识点纳入环境工程类专业的教学内容，支撑固体废物专业教学。显然，这种方式要求全面调整环境工程专业基础教学的内容，从本科教学容量看几乎没有可行性。二是增加专业课程教学内容。在固体废物专业课程中纳入相关的知识点，但此方法因缺乏专业基础教学的支撑，也难以取得良好的教学效果。

2.适宜的教学方法设计

上述讨论表明，单纯调整课程教学内容难以解决固体废物专业教学面临的挑战，而适宜的教学内容调整应该采用“立体化”的策略，方能见效。

一是适度扩增课程教学内容。通过教材修订等手段，适度扩增固体废物教学内容，重点提高学生的固体废物专业知识和技术方法掌握水平。

二是课程向外延伸强化专业教学。通过实训平台（实验/实习/设计）的建设和实施，强化固体废物专业工程能力的培养，重点从技术方法方面提高学生的专业能力。

三是按专业源流优选教学内容。固体废物学科是高度交叉的知识体系，与此对应的是，在国内数百所开展环境工程和固体废物专业教学的院校中，其专业源流同样是多样化的。既有从传统的市政工程类专业发展而来，也包含化学化工类、农业类、工业微生物类、土木类、热能类、材料类专业衍生发展而来。因此各院校的专业基础课程设置和内容也有相当的差异，并对应于固体废物专业方向的不同知识点集群。依托专业基础知识点集群的优势，开展各有侧重的固体废物专业教学，可以培养各具专长的学生，满足社会对人才的差异化需求。

为此，各院校应发挥不同的专业背景优势，培养核心知识同质、而扩增知识各有所长的固体废物处理与资源化专业人才，为应用单位提供全面的人才选择。

三、固体废物专业教学改革的实施方案

1.系统规划专业教学体系框架

专业教学体系的规划是实现教学内容调整的纲要，综合固体废物处理与资源化专业方向国内教学需求和国外教学实践，遵循前述的固体废物专业教学调整策略，提出适宜的“固体废物处理与资源化专业教学体系规划架构”，如下图所示。

该教学体系架构的特点是，将原来以课堂教学为主的固体废物处理与资源化专业教学，转化为由设计和实验教学配套的多元化教学体系，并配置由多种教材构成的系统教学支持体系，满足固体废物处理与资源化“三位一体”（课程、实验、设计）专业教学发展的需要。

2.设计专业课程教学提纲

实施固体废物处理与资源化专业教学体系规划课程建设的主要任务，是将该专业教学中“固体废物处理与资源化技术”和“固体废物管理”两方面内容予以剥离，以期教学内容更为凝聚。通过将固体废物处理与资源化专业教学知识点划分为“公共”“技术”和“管理”3个集合（见表3），可以为按知识点集群划分课程内容提供依据。

其中，“技术”和“管理”分别纳入“固体废物处理与资源化技术”和“固体废物管理”2门课程中讲授；“公共”类知识点在两门课程中均有涉及，但侧重点需与课程主体知识点相一致。

课程教学提纲的确定解决了专业课程教学体系的基本问题，为专业课程教学的发展奠定了基础。

3.课程知识点群分析和教学方法优化

固体废物处理与资源化专业教学方法优化聚焦于课程多媒体课件编制。课件编制从知识点群分析入手，以优化各类知识点的教学时数配置为目标。

经过对固体废物处理与资源化专业课程知识点群教学必要性的鉴别分类，根據知识点筛选与分类的结果，针对不同类别的知识点群应用不同的教学方法，并编配详略不同的课件

内容。

a类知识点群：为固体废物专业方向的基本概念。其中，仅固体废物“性质鉴别”部分涉及方法性知识（例如，取样、样品预处理方法等），教学应以描述和讨论为主，其中的性质鉴别方法可采用实验方法予以强化和巩固。

b类知识点群：为固体废物专业方向的专有技术。即焚烧、填埋、生物处理等，是本课程的重点。知识类型包括方法机理、工艺类型、典型设备（设施）及相应的设计和操作方法，应综合采用课堂讲述、课程设计和课程实验等方法开展教学，而教学内容的侧重点可结合相关院校的专业传统予以选择（例如，有能源工程传统的学校可着重焚烧过程的炉内相关知识教学，环境工程传统的学校可着重焚烧过程的二次污染控制），以期取得更好的教学效果。

c类知识点群：为固体废物专业方向的兼用技术。例如，固体废物收集运输、机械预处理、稳定化等，这类技术并非固体废物专业方向的专有技术，但应用于固体废物处理与资源化时具有特定的方法特征，考虑到这类知识点群与相关学科的技术原理相似，或在固体废物专业方向的适用面有较大的局限，其教学内容应以工艺类型、典型设备为主干，设计和操作方法可相应简化，教学方法以课堂讲授为主。

d类知识点群：为适用于固体废物专业方向的其他通用技术。例如，固体废物建材利用等，其应用于固体废物处理与资源化时，技术原理与方法没有独特性，或仅涉及十分有限的方法调整，其教学方式同样以课堂讲授为主，知识类型以典型工艺的基本知识为主。

上述知识点教学方法分类分析，为固体废物专业课程——“固体废物处理与资源化技术”和“固体废物管理”的课程教学设计提供了依据，并可具体反映于多媒体课件内容编制，形成包括主要知识点阐述、工艺计算示例、过程方法演示等内容的授课教学体系。

4.教学实验体系建设

“固体废物处理与资源化技术”属工程技术类课程，实验是其“立体化”教学体系的必要组成部分。为拓展实验教学容量，应采用多元化的教学实验体系，教学实验由课程实验和创新实验两部分组成。课程实验应覆盖固体废物处理与资源化技术课程的核心：基本特性和典型处理单元技术。例如，同济大学设计的课程教学实验包括：固体废物预处理和热值测定、固体废物耗氧稳定性实验、固体废物产甲烷潜力实验、固体废物浸出毒性评价，上述实验内容分别对应于固体废物的主流处理技术，即焚烧、生物处理和填埋处置的关键知识点。而固体废物处理与资源化技术创新实验，则以拓展学生的知识面和技术方法掌握深度为目标，内容可与课程教学适当脱钩，一般应定期编制指导书（实验任务书）为指南实施。

“课程实验”面向所有学生，以课程教学为基础，强调基础知识与技术方法的深化，以及基本动手能力的培养；“创新实验”则面向提高，不以课程教学知识点为限，以学生专业思维与基础科研能力的培养为主要宗旨。

5.建立系列的设计教学体系

设计教学同样是“固体废物处理与资源化技术”课程立体化教学体系的重要组成部分。与实验教学的分类相似，设计教学应由课程设计和毕业设计两部分构成。课程设计面向所有学生，应编制课程设计指导书规范化实施，通过课堂辅导，传授固体废物处理与资源化技术的工程设计和建设程序，以及主体工艺设计计算方法，由学生自主完成达到“工程可行性”深度的固体废物处理单元技术过程设计。

毕业设计只针对自主或双向选择的特定学生，其技术方向或任务内容应依托教学团队的工程实践，体现所在院校的专业特长。教学的目标重在拓展学生的工程设计能力，实施过程中学生参加设计组（可由教师和有带教经验的设计院工程师组成），独立完成指导教师分配的设计任务，设计内容应达到扩大初步设计以上的深度，设计图纸包含工程平面和立面总图、主要设备设施的单体图和大样图，也应包含工程概预算等内容，使学生的专业技术知识应用能力得到全面的锻炼。

固体废物处理与资源化专业方向是环境工程专业教学的重要组成部分。我国固体废物处理与资源化工程应用的迅速发展对人才的迫切需求，正在倒逼固体废物专业教学的改革。在考虑专业教学的需要和各种制约因素的前提下，本文依据教学实践经验提出，固体废物教学应以教学内容和方法规划为先导，结合各院校的科研积累和专业禀赋，选用或自编教材和课件，优化专业课程教学内容和方法，建设实训教学体系（实验和设计）资料库和平台。通过持续的教学实践探索和师资能力培养，可望突破既有环境工程专业教学框架对固体废物专业教学内容和水平的限制，探索我国固体废物专业教学发展的新途径。

[责任编辑：余大品]