大數(shù)據(jù)分析在固體廢物處理與處置課程教學(xué)中的應(yīng)用

劉紅盼 丁戈 楊和山 朱江 李忠彬

摘 要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)正以前所未有的方式改變?nèi)藗兊恼J(rèn)知。作為環(huán)境專業(yè)中主干課程之一的“固體廢物處理與處置”同樣面臨巨大的機遇與挑戰(zhàn)。文章通過對“固體廢物處理與處置”課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式進行了探索和改革，探討了大數(shù)據(jù)分析在“固體廢物處理與處置”課程教學(xué)中的滲透作用，提升課程教學(xué)內(nèi)容的前瞻性以提高人才培養(yǎng)的新模式，以期達(dá)到培養(yǎng)理論知識深厚，實踐能力強的人才目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；固體廢物處理與處置；教學(xué)新模式

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-000X（2019）01-0099-03

Abstract： With the rapid development of information technology， big data is changing people's perceptions in an unprecedented way. As one of the main courses in the environmental profession， "Solid Waste Treatment and Disposal" also faces enormous opportunities and challenges. This paper explores and reforms the teaching content and teaching mode of the "Solid Waste Treatment and Disposal" course， discusses the penetration of big data analysis in the teaching of "solid waste treatment and disposal"， and enhances the forward-looking nature of the course teaching content. Improve the new model of talent cultivation， in order to achieve the goal of cultivating talents with profound theoretical knowledge and strong practical ability.

Keywords： big data； solid waste treatment and disposal； new teaching model

數(shù)據(jù)是信息的載體，但信息不是目的，判斷與決策才是信息的意義，如何將具象或抽象的事物數(shù)據(jù)化處理已成大勢所趨[1]。時下“大數(shù)據(jù)”一詞已成為人們的流行語，經(jīng)過近幾年的發(fā)展，對于大數(shù)據(jù)的研究及在各領(lǐng)域中的應(yīng)用給社會的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。對于大數(shù)據(jù)的應(yīng)用目前更多的集中在對商業(yè)數(shù)據(jù)的分析，如阿里巴巴、京東、新浪等背后的云計算分析平臺，通過個人的行為來進行預(yù)測和判斷進而進行精準(zhǔn)化服務(wù)。在環(huán)境專業(yè)的教學(xué)過程中也要適應(yīng)時代的發(fā)展，進行相應(yīng)的教學(xué)改革。

“固體廢物處理與處置”是環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的主干課程之一。環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)是研究人類活動與環(huán)境關(guān)系的交叉學(xué)科群，涉及到化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、地學(xué)、工程學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、法學(xué)等各個領(lǐng)域的科學(xué)知識和技術(shù)，形成了一個多學(xué)科到跨學(xué)科的龐大科學(xué)體系。而關(guān)于固體廢物資源化研究理論與方法已大大超越了傳統(tǒng)環(huán)境科學(xué)與工程、地質(zhì)與礦業(yè)科學(xué)等專業(yè)的范疇，而是基于礦物加工、地質(zhì)學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科相互交叉與滲透[2]。該門課程的教學(xué)效果直接關(guān)系到環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生能否掌握國內(nèi)外處理和處置固體廢物的基本理論及處理處置的方法和固體廢物資源化利用的途徑和方法。為適應(yīng)新形勢的發(fā)展，以解決固體廢物污染的問題，需要大量了解關(guān)于固體廢物處理的新技術(shù)、新方法以對具體問題提出最優(yōu)的解決方案，此時大數(shù)據(jù)分析在該分析過程中顯得尤為重要。本文以提升“固體廢物處理與處置”課程教學(xué)內(nèi)容的前瞻性和本科生綜合素質(zhì)為目標(biāo)，對教學(xué)內(nèi)容進行改革探索研究，以期發(fā)現(xiàn)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的新模式。

一、大數(shù)據(jù)時代下固體廢物處理與處置教學(xué)的機遇

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，云計算、千萬億次數(shù)據(jù)存儲的廣泛應(yīng)用，“大數(shù)據(jù)”的時代浪潮正對整個社會的發(fā)展和人們的生活質(zhì)量產(chǎn)生著革命性的影響。大數(shù)據(jù)擁有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)處理速度快、數(shù)據(jù)價值密度低等四個基本屬性[3]。由于大數(shù)據(jù)相對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)具有明顯的特性，其應(yīng)用和發(fā)展已引起了政府部門、科技界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注。大數(shù)據(jù)被認(rèn)為是“未來的新石油”，對大數(shù)據(jù)的研究亦上升為國家意志，這對未來的科技與經(jīng)濟發(fā)展必將帶來深遠(yuǎn)影響。進入21世紀(jì)后，環(huán)境信息化進入新的高速發(fā)展期，2016年年初環(huán)保部審議通過的《生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)總體方案》則是一個明證，該方案通過積極建設(shè)環(huán)境數(shù)據(jù)服務(wù)和環(huán)保云平臺，以借助大數(shù)據(jù)分析來推進空氣質(zhì)量監(jiān)測預(yù)報、生態(tài)監(jiān)測監(jiān)察等工作。“智庫”一詞也同樣伴隨著“大數(shù)據(jù)”一詞的出現(xiàn)而日漸火爆，智庫又稱思想庫、智囊團等。國務(wù)院在 2016年12月27日公布的《“十三五”國家信息化規(guī)劃》作出 “重點建設(shè)戰(zhàn)略性、綜合性的高端智庫”的重要指示。王寧江等[4]提出未來的智庫將以大數(shù)據(jù)為支撐，以大數(shù)據(jù)產(chǎn)品為主營。楊瑞仙等[5]對大數(shù)據(jù)環(huán)境下的智庫情報分析進行了相關(guān)研究，并提出將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于課題研究以支持大數(shù)據(jù)在課題開展過程中的應(yīng)用。

固體廢物既是污染物質(zhì)的源頭也是其歸宿，其本身的處理處置涉及到水、氣及土壤污染的相關(guān)治理技術(shù)。固體廢物處理的技術(shù)難度在于其組分的復(fù)雜性，如何根據(jù)原料的組成成分選擇合適的處理技術(shù)是需要一直思考解決的難題？在經(jīng)過近幾十年的原始實驗數(shù)據(jù)的積累，對自然界中大部分的固體廢物的組成成分變的日漸清晰，再加上信息技術(shù)的飛速發(fā)展，對固體廢物處理技術(shù)的精準(zhǔn)化已日益成為熱點。

二、大數(shù)據(jù)時代下固體廢物處理與處置教學(xué)的挑戰(zhàn)

目前，固體廢物處理與處置課程教學(xué)的具有內(nèi)容繁多、理論性強、學(xué)時短；教學(xué)模式單一等特點。“固體廢物處理與處置”是環(huán)境專業(yè)的專業(yè)技術(shù)必修課程之一，主要特征是以理論為前提，以應(yīng)用為目的課程。本門課程是使學(xué)生們能了解固體廢棄物的產(chǎn)生及其對環(huán)境的危害，掌握目前國內(nèi)外處理和處置固體廢棄物的基本理論及處理處置的方法，明確固體廢棄物管理的必要性和重要性，掌握固體廢棄物資源化利用的途徑和方法等。

我校結(jié)合本科教育實際情況，借鑒同類高校教學(xué)經(jīng)驗，選用大多數(shù)高等院校環(huán)境專業(yè)所用的教材為寧平教授主編的“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材“固體廢物處理與處置”，在我校的本科生培養(yǎng)方案中，該門課程理論教學(xué)為48學(xué)時，其中實驗課時為16學(xué)時，理論學(xué)時為32學(xué)時。根據(jù)環(huán)境科學(xué)專業(yè)教學(xué)大綱要求，我校固體廢物處理與處置課程教學(xué)內(nèi)容主要包括緒論；固體廢物的收集、貯存及清運；固體廢物的預(yù)處理；固體廢物的物化處理；固體廢物的生物處理；固體廢物的熱處理；固體廢物的資源化與綜合利用；固體廢物的填埋處置；危險廢物及放射性固體廢物等。通過調(diào)研，學(xué)生普遍反映課程學(xué)時不夠，課程內(nèi)容多，理論性強，知識點不易掌握。

對于“固體廢物處理與處置”這門課程普遍采用傳統(tǒng)的授課模式，即老師講課、學(xué)生聽課。這種模式很容易造成學(xué)生不能集中精力認(rèn)真聽講、感覺教學(xué)內(nèi)容枯燥、容易造成厭學(xué)情緒，從而影響該門課程的教學(xué)效果。目前該門課程的實驗項目僅以傳統(tǒng)的驗證性實驗為主，缺乏訓(xùn)練學(xué)生獨立思考能力和創(chuàng)新方面的綜合性實驗及研究性實驗。

三、大數(shù)據(jù)時代下固體廢物處理與處置教學(xué)的策略

在時代飛速發(fā)展的今天，目前的本科教育已不僅僅是參考書上面的知識點，更應(yīng)該是多接觸時代的前沿知識。在此大數(shù)據(jù)展現(xiàn)出其巨大的優(yōu)勢，可在紛繁復(fù)雜、規(guī)模巨大的信息中，根據(jù)特定的應(yīng)用需求，從數(shù)據(jù)源中“汲取”精確的數(shù)據(jù)并歸納出前瞻性的內(nèi)容。

（一）教學(xué)內(nèi)容改革

在“固體廢物處理與處置”教學(xué)過程中，以打好學(xué)生理論基礎(chǔ)的前提下，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)將中文環(huán)境類數(shù)據(jù)庫和英文環(huán)境類數(shù)據(jù)庫的前沿信息和知識資源以新知識歸納出來進行課程優(yōu)化。“固體廢物處理與處置”課程課堂教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)可分為原理性內(nèi)容（基礎(chǔ)知識）、應(yīng)用性內(nèi)容（固體廢物處理與處置技術(shù)）、工程性內(nèi)容（儀器設(shè)備及處理工藝流程）、學(xué)科前沿內(nèi)容（熱點、關(guān)注點、新技術(shù)、新方法、新設(shè)備等）四大部分。對“固體廢物處理與處置”中“預(yù)處理”階段的“壓實”、“破碎”、“分選”及“固化”應(yīng)重點運用礦物加工及冶金學(xué)科中的相關(guān)方法。在“焚燒”、“熱解”、“堆肥”、“填埋”及“生物處理”中的不同處理技術(shù)方法應(yīng)多借鑒案例，從案例中讓學(xué)生對知識點加深理解。對固體廢物的綜合利用應(yīng)分類進行總結(jié)分析探討，如生活垃圾、工業(yè)固體廢物、危險廢物、城市礦產(chǎn)、農(nóng)業(yè)固體廢物及土壤修復(fù)等。對于固廢實驗的開展，應(yīng)多開展綜合性和探究性實驗，如“城市污泥中Cu、Zn和Ni的測定”、“城市垃圾固體廢物組成的測定”、“城市污泥的處理與綜合利用實驗”、“電鍍污泥的電解法回收金屬實驗”和“固體廢物熱解法制備活性炭實驗”等培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和創(chuàng)新能力。

（二）教學(xué)模式改革

在“固體廢物處理與處置”課程中應(yīng)首先向?qū)W生介紹固體廢物處理的基本原理及技術(shù)方法；其次對不同類型的固體廢物應(yīng)重點分析不同種類污染物的主要特征屬性、形成原因，以及國家、地方及行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；再次對處理該種類型固體廢物所涉及的技術(shù)方法、工藝流程、技術(shù)設(shè)計過程中的裝置設(shè)備等運用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的結(jié)果對其進行解讀；最后讓學(xué)生了解當(dāng)前國內(nèi)外在不同類型固體廢物處理處置及資源化的主要研究熱點，并結(jié)合這些熱點介紹固體廢物的發(fā)展趨勢。通過此種方式來梳理“固體廢物處理與處置”課程的內(nèi)容結(jié)構(gòu)體系，讓學(xué)生更容易理解和把握知識脈絡(luò)。還可以通過項目的形式運用專題小組討論教學(xué)模式、案例教學(xué)模式、虛擬仿真模擬教學(xué)模式來提高學(xué)生對污染事件過程產(chǎn)生直觀認(rèn)識，促進其對基本概念的理解和基本原理的掌握，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決環(huán)境污染問題的能力。

還可通過建立“固體廢物處理與處置”課程交互式平臺課堂，在平臺課堂上分享國內(nèi)外最新的固廢處理技術(shù)方法，充分利用學(xué)生的課下碎片化時間，讓學(xué)生根據(jù)自己的時間進行自主學(xué)習(xí)、隨時鞏固和溫習(xí)教學(xué)內(nèi)容。通過平臺可讓學(xué)生們建立溝通交流的橋梁，教師可設(shè)定某一主題讓同學(xué)們開展辯論式的討論，同學(xué)們在參與討論的過程中通過查閱大量的資料對該主題就有了更加清晰、深入的了解。

（三）教學(xué)團隊建設(shè)與改革

“固體廢物處理與處置”課程教學(xué)團隊的建設(shè)與改革可分為硬件設(shè)施建設(shè)與改革和軟件建設(shè)與改革。硬件設(shè)施主要是指能夠開展固體廢物大數(shù)據(jù)建設(shè)所需的技術(shù)能力、信息資源等，如相關(guān)固體廢物數(shù)據(jù)庫、SPSS/SAS/EXCEL等數(shù)據(jù)分析軟件的購買等。軟件的建設(shè)主要是指教學(xué)團隊人員及相關(guān)制度的配置與制定上，對于“固體廢物處理與處置”課程教學(xué)團隊?wèi)?yīng)以固體廢物大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，固體廢物處理技術(shù)為核心，充分發(fā)揮和挖掘固體廢物數(shù)據(jù)的實際應(yīng)用價值，以教學(xué)團隊帶動科研團隊，打造成一支理論基礎(chǔ)扎實、交叉學(xué)科緊密融合、應(yīng)用成果豐富的專家隊伍。“固體廢物處理與處置”課程教學(xué)團隊?wèi)?yīng)分為團隊帶頭人、骨干成員和普通成員三級，團隊帶頭人主要負(fù)責(zé)“固體廢物處理與處置”課程的全面管理，骨干成員主要負(fù)責(zé)“固體廢物處理與處置”課程中數(shù)據(jù)的分析及運用，普通成員主要負(fù)責(zé)“固體廢物處理與處置”課程中數(shù)據(jù)的收集及整理。

還可根據(jù)不同教師的研究方向總結(jié)其研究成果，通過學(xué)術(shù)報告的形式向?qū)W生開展某一主題或行業(yè)的講授。通過校企合作的方式選派教師去企業(yè)生產(chǎn)一線熟悉了解工藝流程、設(shè)備選型等，盡快成長為“雙師型”教師。也可聘請有經(jīng)驗的工程師來參與到“固體廢物處理與處置”課程團隊的建設(shè)上來。

（四）教學(xué)評價改革

目前對于課堂教學(xué)評價存在評價方式單一、評價體系缺乏學(xué)科的針對性等缺點，“固體廢物處理與處置”課程評價主要是采用統(tǒng)一的閉卷考試，閉卷考試主要考察學(xué)生對基本概念的理解，但對于其綜合實際運用情況很欠缺。在電腦和手機智能化設(shè)備的普及以及微信、QQ、微博等網(wǎng)絡(luò)媒體的推動下，“固體廢物處理與處置”課堂的大數(shù)據(jù)分析評價有了一定的硬件保障。課堂教學(xué)本就是師生互動的過程，學(xué)生是知識的受體也是教學(xué)效果的體現(xiàn)者，而教師則是課堂教學(xué)的實施者和組織者。“固體廢物處理與處置”課程的教學(xué)效果的好壞受教師認(rèn)知投入、情感投入以及行為投入的影響。大學(xué)階段是學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的重要階段，如何讓學(xué)生更好的管理好自己的學(xué)習(xí)過程以及如何讓老師更精確的了解每一位學(xué)生接受知識的程度顯得尤為重要。這些可利用問卷星等進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集，再運用大數(shù)據(jù)分析軟件對數(shù)據(jù)進行整理和挖掘。可通過在線做題的方式對學(xué)生掌握的本節(jié)知識點進行考察，對于題目的設(shè)計上除了考核學(xué)生對基本原理和基本概念理解的基礎(chǔ)上，還應(yīng)增強對學(xué)生具體項目的設(shè)計、計算過程的實際能力，了解學(xué)生對知識點的理解及運用情況。通過問卷的形式讓學(xué)生進行每節(jié)課的自我評價和學(xué)生之間的互評，讓學(xué)生更好的了解自己，老師可據(jù)此進行專門個性化的輔導(dǎo)以提高學(xué)生掌握和運用知識的能力，讓每位學(xué)生體驗到進步的喜悅。對于“固體廢物處理與處置”課程教師教學(xué)的評價應(yīng)采用五個維度對其進行評價[6]：課前準(zhǔn)備（10%）、基本素質(zhì)（20%）、教學(xué)內(nèi)容（30%）、教學(xué)方法（10%）以及教學(xué)效果（30%）。對于這五個維度教學(xué)的評價應(yīng)有所偏重，古語有云“師者，傳道授業(yè)解惑也”。教學(xué)的主要目的不僅僅是傳授知識，更多的是還要教授學(xué)生做人的道理以及思考問題的思維方式，所以對于教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)效果的權(quán)重應(yīng)有所增加。對于“固體廢物處理與處置”課程的評價主體應(yīng)分為管理者、教師和學(xué)生三部分，同時對于教學(xué)效果應(yīng)保證多元化和人性化，這也是素質(zhì)教育以人為本的基礎(chǔ)。

四、結(jié)束語

大數(shù)據(jù)時代的到來為固廢行業(yè)的發(fā)展帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)，作為高校教育工作者應(yīng)站在時代的風(fēng)口、緊跟時代的潮流，充分利用大數(shù)據(jù)的分析優(yōu)勢，把“固體廢物處理與處置”課程由傳統(tǒng)的知識記憶改革發(fā)展到利用信息資源，充分發(fā)展和挖掘其優(yōu)勢，豐富教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式，改革教學(xué)團隊和教學(xué)評價機制，全面提升學(xué)生理論知識和實踐能力。

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