高校實驗室廢棄物的再利用及大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究

申龍章, 邱長軍, 李必文

(南華大學(xué) 機械工程學(xué)院, 湖南 衡陽 421001)

隨著大學(xué)教學(xué)過程從以教師、教材、課堂為中心,向以學(xué)生、學(xué)生能力與方法培養(yǎng)、開放教育為中心的轉(zhuǎn)變,學(xué)生對課堂教學(xué)以及教學(xué)改革的感受和評價日益受到重視,學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力培養(yǎng),已成為高校教學(xué)質(zhì)量保障體系中不容忽視的重要環(huán)節(jié)[1]。現(xiàn)代工科專業(yè)大多具備綜合性、多樣性、跨學(xué)科交融等特點,教育部對“新工科”建設(shè)的持續(xù)推進以及《中國制造2025》的要求,促使我國工科高等教育深入研究學(xué)科交叉、課程設(shè)置及其內(nèi)涵、面向工業(yè)界需求等方面發(fā)展,強化學(xué)生動手能力培養(yǎng),以適應(yīng)工程科技發(fā)展的需要。按照“進一步強化實踐、突出應(yīng)用、注重創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”的原則,我們需要深入改革相關(guān)課程內(nèi)容,尋求順應(yīng)社會需求、與市場緊密接軌的教學(xué)方式[2]。

1 問題的提出

在一次學(xué)校的資產(chǎn)清查和儀器設(shè)備報廢過程中,教師和學(xué)生發(fā)現(xiàn),大量的機電設(shè)備、計算機打印機等,以極低的價格按廢品處理了。雖然這些設(shè)備已無法正常使用,失去了維修價值,內(nèi)部零件也都老化,但其中很多諸如齒輪、絲杠、電源、電機、電子元器件等,還能拆卸使用,其可靠性雖不高,但還是可以用在實驗上,而且一些木質(zhì)或鐵質(zhì)外殼稍經(jīng)加工也能用到其他地方。這樣可充分利用這些廢棄物的剩余價值,比如一臺報廢計算機主機才賣二十元,而買一個新的穩(wěn)壓電源動輒好幾百元。如果我們的實驗中能盡量使用報廢物品中尚能正常使用的零部件,不僅可以節(jié)省大量教育資金,還順應(yīng)了社會可持續(xù)發(fā)展的要求[3-4]。

目前,整個社會尤其是工科專業(yè)都在強調(diào)動手能力和創(chuàng)新思維[5-6]。然而,絕大部分的教學(xué)仍停留在教授理論的課堂。比如,相對比較容易實踐的大學(xué)計算機課程中,教授的主要內(nèi)容是計算機結(jié)構(gòu)、發(fā)展歷史、程序編碼原理等。雖然這些理論基礎(chǔ)是必須掌握的專業(yè)常識，然而一些學(xué)生直至畢業(yè)寫畢業(yè)論文時,甚至都不會整理文檔格式,不會制作PPT演示,不會利用簡單的數(shù)據(jù)處理軟件。

我們一方面面臨經(jīng)費和資源緊張的巨大壓力,另一方面,高校在實驗設(shè)備和耗材、教學(xué)設(shè)備上投入巨大。因為政策制度的限制,我們在購置新型設(shè)備前,必須先報廢已有設(shè)備,且報廢后的設(shè)備由資產(chǎn)處統(tǒng)一處置,往往是直接賣給廢品收購站,而廢品站是無法發(fā)現(xiàn)這些東西的潛在剩余價值的。

高校作為人才集中培養(yǎng)之地,不僅應(yīng)當(dāng)與社會接軌,還要高瞻遠矚,引領(lǐng)社會朝著更綠色健康的方向發(fā)展[7]。如果能夠建立一套有效的系統(tǒng),將高校實驗室報廢的物品進行有效回收,并利用其中尚能使用的各類零部件,進行經(jīng)過良好設(shè)計的實驗,既能緩解資源緊張的壓力,讓更多的學(xué)生擁有實際動手的機會,更能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、可持續(xù)發(fā)展意識和實踐能力[8]。

2 建立實驗室可利用廢棄物回收站

首先要將有毒有害廢棄物和可回收利用廢棄物區(qū)別開來?，F(xiàn)在談及實驗室廢棄物問題,往往停留在有毒有害危化品,或是具有潛在傳染性的醫(yī)用廢品[9-10],抑或是簡單的原材料回收[11-12]。本文講到的實驗室廢棄物,不是僅僅指用過的、已經(jīng)失效的實驗耗材,而是指整棟實驗大樓里所有準(zhǔn)備廢棄的東西,包括報廢的儀器設(shè)備,及計算機、打印機、投影儀等辦公設(shè)備。而這些儀器設(shè)備中含有各種各樣的廢舊機械零件及電子器件,如果能通過有效的手段,將它們二次利用起來,將使這些材料可以繼續(xù)發(fā)揮其價值。

再如我們所從事的機械制造行業(yè),各種各樣廢舊機械零件及電子器件等,在無法正常工作之后,也是有二次利用價值的。

我們的實驗樓除收集生活垃圾的垃圾箱外,再單獨設(shè)置可回收分類處理垃圾箱。倡導(dǎo)全校師生建立回收意識,要求大家在丟棄物品時首先進行簡單分類,這樣可以節(jié)省很多后續(xù)處理時間。

及時將回收的實驗室廢棄物品進行分解、判別、編碼,并存貯在分類貨架中,如圖1所示。為了便于存貯與選用,將所有回收站貨架上的物品按照一定原則進行編碼。針對本實驗室廢棄物回收特點,本文初步制定的分類編碼如圖2所示。

圖1 分類貨架

圖2 物品分類目錄

回收站對所有物品進行六位數(shù)字編碼,前兩位為大類編碼,如(01)為原材料大類,主要為一些板材、外殼、鐵皮等,中間兩位為小類編碼,如(0101)為木質(zhì)原材料,主要為木頭材質(zhì)的一些木板、木棍等,最后兩位為物品編號,對應(yīng)于每一個小類下每一件物品編號。

3 增開“變廢為寶”等創(chuàng)新開放實驗課程

目前,高校中如要增開一門實驗課程,一般都需要購置相關(guān)新型設(shè)備和實驗耗材,尤其是一些工科實驗課程,實驗成本高達上百元/人次/學(xué)時。當(dāng)然,為了保證學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量,專業(yè)實驗即使代價巨大,也不能偷工減料。

然而為了人類之持續(xù)發(fā)展,整個社會都在強調(diào)綠色、環(huán)保及資源的再利用。如果能利用已經(jīng)作為廢品處理的某些仍存在價值的物品,經(jīng)過創(chuàng)新和進一步設(shè)計,學(xué)生自己動手變廢為寶,其教育意義不比一般實驗差。作為一項具有深刻意義的實驗課題,同時又可強化學(xué)生的理論知識及實踐動手能力,而且資金投入極低,還有什么理由不去做呢。

我校機械工程學(xué)院在可持續(xù)發(fā)展這一主題下,重在培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力,開設(shè)了一系列基于“變廢為寶”等主題的開放實驗課程。實驗課程在能力的培養(yǎng)方面強調(diào)循序漸進,因此分為三個培養(yǎng)階段：第一階段主要是深化理論知識在實際中的應(yīng)用,通過分析比較他人的成功案例來汲取經(jīng)驗；第二階段主要是對各種加工工藝的了解、操作及應(yīng)用,從簡單的敲、剪、折等,到有著嚴(yán)格要求的焊接、切割、打磨等機械設(shè)備加工工藝；第三階段為思維的創(chuàng)新及實踐,讓學(xué)生把自己之前通過訓(xùn)練所得到的一些較為專業(yè)的知識及經(jīng)驗轉(zhuǎn)換成作品。

學(xué)生通過這樣的實驗課程,可以利用工業(yè)上的原材料、成品及廢品,進行二次創(chuàng)造得到藝術(shù)作品。圖3(a)為利用一些廢舊木板簡單加工后,拼接的牙刷架；圖3(b)為利用廢舊電路板上拆下的一些電子原件,簡單組合焊接后的蜘蛛飾品；圖3(c)為元件拆卸后的電路板簡單打磨后的吊墜飾品。

圖3 利用實驗室廢棄物做成的裝飾品

現(xiàn)今對廢品的再利用大都停留在藝術(shù)裝飾品上,但實際上我們能做的工作遠不止于此。圖4(a)為利用廢棄計算機電源中的線圈,加上簡單的設(shè)計,做成的磁懸浮簡易模型,可讓人直觀理解磁懸浮原理。圖4(b)為利用廢棄辦公桌抽屜導(dǎo)軌和一些儀器打包箱木板制作的2軸簡易滑臺,可作為一些低強度材料加工的臨時工作臺。圖4(c)為利用廢舊的開關(guān)電源、螺栓等,簡單拼湊的建筑模型,可以作為建筑藝術(shù)課程中輔助教學(xué)的教具。

通過對一些簡單的理論的應(yīng)用,再加上一定的設(shè)計,使得廢棄物擁有了新的功能。在此過程中,學(xué)生的理論基礎(chǔ)、設(shè)計能力、動手能力和創(chuàng)新思維都能得到有效鍛煉。

對于具備一定專業(yè)基礎(chǔ)的學(xué)生,鼓勵他們利用尚能使用的零部件進行二次開發(fā)和設(shè)計,甚至能完成一些復(fù)雜工具或儀器的制作。不僅能提高學(xué)生動手能力,增進專業(yè)知識的掌握,甚至可以進行一些科學(xué)研究,并獲得成果[13]。

圖4 利用實驗室廢棄物做成的工具和模型

案例1：利用鼠標(biāo)的光電感應(yīng)原理,加上自行設(shè)計的信號處理電路,將鼠標(biāo)移動的距離顯示出來,可以非接觸測量直線、曲線等長度,如圖5(a)所示。

案例2：利用電腦中仍能正常使用的光驅(qū)和電源,根據(jù)光驅(qū)中的激光自動聚焦原理,加上自行設(shè)計的單片機控制電路、步進電機驅(qū)動電路等,制作了一臺簡易的表面形貌儀,可以對物體表面進行初步的非接觸精密測量[14],如圖5(b)所示。

圖5 利用實驗室廢棄物經(jīng)過設(shè)計后制作的儀器

除此之外,還可以舉辦一些如“廢物利用”“變廢為寶”等相關(guān)主題的比賽、作品展等科技活動,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維,增強動手能力。

4 建立廢棄物共享回收網(wǎng)站

廢棄物被回收存儲起來后,如果不能及時轉(zhuǎn)化利用,那么越來越多的待利用的廢棄物將會成為管理的沉重負擔(dān)，且回收站面積有限,學(xué)生查找所需物品較困難。如果能建立共享網(wǎng)站,將所有回收站中所有分類編碼的物品,拍照上傳至網(wǎng)絡(luò),如圖6所示。學(xué)生便可隨時隨地瀏覽資源信息,或者根據(jù)已有物品進行作品設(shè)計。

圖6 實驗室回收站網(wǎng)頁展示圖

圖2所示分類貨架每個物品格旁均貼有物品識別標(biāo)簽,標(biāo)簽上有二維碼,和網(wǎng)站上顯示信息一一對應(yīng),并可實時更新。

網(wǎng)站不僅可以展示回收站中各種物品,還可將一些經(jīng)驗、設(shè)計思路、獲獎作品等展示出來,供學(xué)生學(xué)習(xí)和參考。學(xué)生的作品也可掛在網(wǎng)站上進行交易,實現(xiàn)價值轉(zhuǎn)換。

5 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,技術(shù)的進步,產(chǎn)品更新?lián)Q代加速,不僅在高校,整個社會都會有越來越多的物品失去使用價值,進入廢舊物品回收再利用階段。因而建立規(guī)范的廢舊物品回收市場,讓有用的資源得到再利用,發(fā)揮其最大價值,是符合可持續(xù)發(fā)展要求的[15]。

高校實驗室廢棄物回收再利用體系的建立具有以下幾點意義：

(1) 實驗所需運行經(jīng)費減少,且可從多個方面強化本科生創(chuàng)新能力和動手能力的培養(yǎng)。雖然實驗場地稍大、物品管理較困難,但節(jié)省了儀器設(shè)備耗材等耗費較大開支。從廢棄物的回收分解,元件的分類儲存,回收網(wǎng)站的管理與維護,到相關(guān)實驗項目的開展,學(xué)生的參與既可節(jié)省人工耗費,同時可使學(xué)生創(chuàng)新能力和動手能力得以加強。

(2) 實驗教學(xué)機制的創(chuàng)新,彰顯以學(xué)生為主體的實驗教學(xué)特色。在廢棄物回收并開展實驗過程中,不同于以往傳統(tǒng)實驗,自始至終是以學(xué)生為主體的。這樣不僅可以充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性,還能使他們積累實踐經(jīng)驗,增強自信心和進取心。

(3) 倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展和綠色制造理念。實驗室廢棄物再利用就是基于可持續(xù)發(fā)展和綠色制造理念而提出的,有利于學(xué)生在此過程中逐步培養(yǎng)社會主義核心價值觀、人文社會科學(xué)素養(yǎng)和社會責(zé)任感,這與我們專業(yè)認證中對學(xué)生的畢業(yè)要求是緊密契合的。

本文提出的高校實驗室廢棄物回收利用體系應(yīng)成為我國再生資源回收利用體系的組成部分,更應(yīng)成為當(dāng)代大學(xué)生動手實踐的有效平臺,希望可為有關(guān)單位提供一定參考。