張瑋瑋, 柴成文, 郭麗芳

(北京科技大學(xué) 自然科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心, 北京 100083)

節(jié)能減排理念融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

張瑋瑋, 柴成文, 郭麗芳

(北京科技大學(xué) 自然科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心, 北京 100083)

創(chuàng)建節(jié)約型校園是我國(guó)節(jié)能減排的主要行動(dòng)之一。為提高大學(xué)生節(jié)能減排意識(shí),根據(jù)學(xué)生知識(shí)面程度,結(jié)合最新科研成果,從貼合學(xué)生生活的角度出發(fā),開(kāi)設(shè)了一門(mén)綜合實(shí)驗(yàn)課程,將餐廚垃圾用于生產(chǎn)生物農(nóng)藥。該實(shí)驗(yàn)將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與解決實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合,不僅提高了學(xué)生節(jié)能減排意識(shí),還使學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識(shí)更加系統(tǒng)化,豐富了學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),提高了學(xué)生的動(dòng)手能力,同時(shí)也加強(qiáng)了大學(xué)生節(jié)能行為的宣傳與教育滲透。

節(jié)能減排； 綜合實(shí)驗(yàn)； 創(chuàng)新性

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重,國(guó)家對(duì)高能耗企業(yè)加強(qiáng)了調(diào)控,對(duì)環(huán)境的污染加強(qiáng)了治理力度,目前隨著改革政策的步步深入,各方面都取得了一定的成效[1-3]。而節(jié)能減排是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì),是生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要理念,只有節(jié)能減排才能為國(guó)家?guī)?lái)長(zhǎng)久發(fā)展的動(dòng)力?！肮?jié)能減排”就是指節(jié)約能源、節(jié)約資源、減少排放、減少污染,在我國(guó)“十一五”規(guī)劃綱要中首次提出。高校是資源占有和能源消耗的大戶,為落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀,實(shí)現(xiàn)人與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,創(chuàng)建節(jié)能減排型校園勢(shì)在必行,同時(shí)也能大大提高學(xué)校的辦學(xué)效益,為自身的可持續(xù)發(fā)展提供必要條件[4]。隨著我國(guó)對(duì)科研及教育投資的增加和高校的擴(kuò)招,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也在不斷地豐富和增多[5]。經(jīng)過(guò)近幾年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),探索出新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,其中融入了節(jié)能減排的最新科研成果,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容具有前沿性和挑戰(zhàn)性,在增強(qiáng)學(xué)生節(jié)能減排意識(shí)的同時(shí),還能更好地鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維能力[6-9]。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和安排

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容著重強(qiáng)調(diào)節(jié)能減排觀點(diǎn),并結(jié)合近年來(lái)的研究熱點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì),使實(shí)驗(yàn)在灌輸節(jié)能減排知識(shí)的基礎(chǔ)上更具有挑戰(zhàn)性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[10-11]。實(shí)驗(yàn)選擇“以餐廚垃圾為原料固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)Bt生物農(nóng)藥”作為本科生大四的綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[12]。

蘇云金芽孢桿菌(bacillus thuringiensis)簡(jiǎn)稱Bt,具有無(wú)公害、無(wú)殘留、不污染環(huán)境、選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),是目前世界上用途最廣、產(chǎn)量最大的微生物農(nóng)藥。但是生物農(nóng)藥受成本限制,難以得到廣泛應(yīng)用,因此,根據(jù)節(jié)能減排觀點(diǎn),從貼合學(xué)生生活的角度出發(fā),將學(xué)校食堂的餐廚垃圾作為生產(chǎn)生物農(nóng)藥的廉價(jià)原料,既節(jié)約了生產(chǎn)生物農(nóng)藥的成本,又減少了餐廚垃圾。

1.1 實(shí)驗(yàn)流程

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,學(xué)生要經(jīng)歷以下幾步:一是根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)獲取所需信息；二是查閱文獻(xiàn)及相關(guān)資料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；三是學(xué)校食堂餐廚垃圾的調(diào)研及取樣；四是餐廚垃圾的成分分析；五是正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及固態(tài)發(fā)酵最佳物料配比研究、固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中pH及芽孢數(shù)的測(cè)定；六是餐廚垃圾生產(chǎn)生物農(nóng)藥成本核算、應(yīng)用及節(jié)能減排程度評(píng)價(jià)；七是綜合整理所獲得資料、數(shù)據(jù),撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告,并將所取得的成果進(jìn)行相互討論交流。

全方位地讓學(xué)生獨(dú)立經(jīng)歷一遍科研基本素質(zhì)訓(xùn)練、成本核算,讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)餐廚垃圾是一種高價(jià)值的生物物質(zhì)資源和寶貴的可再生資源,但由于尚未引起高度重視,處置方法不當(dāng),它已成為影響食品安全和生態(tài)安全的潛在危險(xiǎn)源。餐廚垃圾一方面具有較高的利用價(jià)值,另一方面必須對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)處理,才能得到社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。這類垃圾若不進(jìn)行適當(dāng)處理,會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的危害。實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)化學(xué)、生物及環(huán)境專業(yè)大四學(xué)生,屬于綜合實(shí)驗(yàn)。每4個(gè)學(xué)生一組,相互商討,共同協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)施

每組學(xué)生根據(jù)自己專業(yè)知識(shí)的掌握情況以及對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?nèi)容的了解,搜集閱讀相關(guān)的文獻(xiàn)資料,在綜合文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,通過(guò)小組討論擬訂實(shí)驗(yàn)方案,最后在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下形成“實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)報(bào)告”。學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到問(wèn)題及時(shí)與實(shí)驗(yàn)教師溝通,以確保實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,學(xué)生要對(duì)餐廚垃圾的成分進(jìn)行分析測(cè)定,其中包括總固體、總氮、總磷、還原糖、總碳、鉀、鈣、鈉、鎂、鋁、鐵等含量的測(cè)定,這就要求學(xué)生要學(xué)習(xí)并掌握各個(gè)成分的測(cè)定方法。采用正交實(shí)驗(yàn)找到生物農(nóng)藥發(fā)酵過(guò)程中的最佳物料配比,要求學(xué)生能夠使用SPSS軟件設(shè)計(jì)出正交方案；發(fā)酵過(guò)程中pH、芽孢數(shù)的監(jiān)測(cè),要求學(xué)生學(xué)會(huì)平板計(jì)數(shù)法等。這就使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)的綜合性比較強(qiáng),學(xué)生在鞏固大學(xué)所學(xué)到的基礎(chǔ)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上,還學(xué)習(xí)到很多全新的,甚至跨學(xué)科的知識(shí)。除此之外,此實(shí)驗(yàn)還需要一系列大型儀器的使用才能完成,如餐廚垃圾中離子含量的測(cè)定用到了離子色譜、芽孢形態(tài)的確定用到了掃描電鏡。我校的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠面向?qū)W生開(kāi)放使用,并有專門(mén)的儀器負(fù)責(zé)教師進(jìn)行指導(dǎo),確保了實(shí)驗(yàn)的順利實(shí)施。

2 節(jié)能減排融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

2.1 改善高校食堂浪費(fèi)情況

“民以食為天”的說(shuō)法已是廣為人知,糧食是人類生存極其重要的一種資源。從高校食堂這一小視角,就會(huì)發(fā)現(xiàn)各種各樣的浪費(fèi)現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮,而且浪費(fèi)驚人。此次實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行調(diào)查,發(fā)現(xiàn)還沒(méi)到就餐的高峰期,一個(gè)收餐盤(pán)區(qū)就積起了一整盆的剩飯剩菜,隨著就餐高峰的來(lái)臨,收餐盤(pán)區(qū)積累剩飯剩菜的速度也更快了,平均每層食堂每頓飯就有3～4桶剩飯菜被倒掉,浪費(fèi)非常嚴(yán)重。站在垃圾桶邊目睹這些浪費(fèi),學(xué)生意識(shí)到問(wèn)題很嚴(yán)重,不僅從自身做起,還自發(fā)地向其他學(xué)生推進(jìn)“光盤(pán)行動(dòng)”,爭(zhēng)取做到不浪費(fèi)。雖然學(xué)生做的是一件小事,但對(duì)于改善食堂浪費(fèi)情況、建設(shè)節(jié)約型校園具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.2 提高節(jié)能減排意識(shí)

當(dāng)前大學(xué)生群體較少主動(dòng)去了解各種節(jié)能減排的知識(shí)信息,缺乏節(jié)能減排的敏感度, 在平時(shí)學(xué)習(xí)和生活中也缺乏對(duì)于節(jié)能減排的研究創(chuàng)新,較少參與節(jié)能減排活動(dòng)。在校園中開(kāi)展節(jié)能減排相關(guān)活動(dòng)時(shí),學(xué)生參與度比較低。把節(jié)能減排理念引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,設(shè)計(jì)出一套貼近學(xué)生生活的節(jié)能減排實(shí)驗(yàn),從實(shí)驗(yàn)中認(rèn)識(shí)餐廚垃圾也是一種可再生的寶貴資源,通過(guò)學(xué)生自己動(dòng)手,將餐廚垃圾變廢為寶,制成生物農(nóng)藥,不僅可以用于學(xué)校植被蟲(chóng)害的防治,還可以就地解決餐廚垃圾,從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。學(xué)生在此過(guò)程中大大提高了節(jié)能減排意識(shí)。

2.3 強(qiáng)化理論基礎(chǔ)及操作技術(shù)

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,以及后面數(shù)據(jù)處理和論文撰寫(xiě)方面都用到了很多學(xué)過(guò)的理論知識(shí),如微生物培養(yǎng)、成分分析測(cè)定方法、LC分析原理等,通過(guò)本實(shí)驗(yàn),學(xué)生對(duì)所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行了很好的總結(jié),在獲得全面訓(xùn)練的學(xué)習(xí)過(guò)程中,鞏固理論基礎(chǔ)知識(shí)、掌握基本操作技術(shù),將所學(xué)理論知識(shí)和已掌握的實(shí)驗(yàn)基本技能運(yùn)用到實(shí)踐中。

2.4 促進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

該節(jié)能減排實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是在實(shí)驗(yàn)室的科研成果上進(jìn)行轉(zhuǎn)化的,把科研工作的新進(jìn)展、國(guó)際上研究領(lǐng)域的最新內(nèi)容及時(shí)補(bǔ)充到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,使教學(xué)內(nèi)容得到補(bǔ)充和更新,具有前沿性、挑戰(zhàn)性和新穎性。表1及圖1—3是學(xué)生實(shí)驗(yàn)中做出的一些成果。學(xué)生看到實(shí)驗(yàn)題目就產(chǎn)生好奇,從而積極主動(dòng)地去查閱相關(guān)資料,思考如何去做、去完成實(shí)驗(yàn),并且各種先進(jìn)大型設(shè)備令學(xué)生耳目一新。實(shí)驗(yàn)整體設(shè)計(jì)讓學(xué)生感覺(jué)置身于科研工作者的地位去研究課題,使學(xué)生從中得到創(chuàng)新思維的訓(xùn)練,為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

表1 餐廚垃圾成分分析

圖1 不同培養(yǎng)基發(fā)酵Bt生物農(nóng)藥過(guò)程中pH的變化

圖2 Bt伴孢晶體的電泳譜圖(SDS-PAGE)

圖3 Bt伴孢晶體掃描電鏡(SEM)譜圖

3 結(jié)語(yǔ)

將節(jié)能減排理念融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中,至今已經(jīng)有3屆本科生進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),受到了學(xué)生廣泛的好評(píng)和認(rèn)可。通過(guò)實(shí)驗(yàn),學(xué)生的節(jié)能減排意識(shí)大大增強(qiáng)。節(jié)能減排意識(shí)不僅僅是一個(gè)認(rèn)知問(wèn)題,更是對(duì)環(huán)境所持的態(tài)度和行為方式。讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)把節(jié)能當(dāng)成非?？岬姆绞?把環(huán)保和節(jié)能減排當(dāng)作是發(fā)自內(nèi)心的感受,使它滲透到生活的每個(gè)方面。學(xué)生要牢固掌握所學(xué)知識(shí),將其學(xué)有所用,創(chuàng)新提高,為節(jié)能減排貢獻(xiàn)自己的一份力量。

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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

張瑋瑋(1986—),女,河北保定,博士,工程師,主要從事生化分析的研究及實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作.

E-mail:zhangweiwei@ustb.edu.cn

10.16791/j.cnki.sjg.2017.09.047