環境材料學的教學方式探索范文

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一、教學情況現狀

1.課程設置。在環境工程專業的教學計劃安排上，環境材料學為36學時，設置在第5學期或第7學期。其先修課程為無機化學、物理化學、有機化學、環境學原理、環境生態學、環境工程原理等課程。結合實際教學情況，環境工程專業培養側重水、大氣、固廢的污染控制和治理，這些專業基礎課程作為先修內容被充分掌握，有利于本課程中重點和難點內容的理解和學習掌握。

2.實踐教學環節。“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”是本科教育致力實現的培養目標，對于工科專業而言，實踐教學環節是不可或缺的重要環節，這在環境材料學課程的教學中也應有所體現。實踐教學通常包括專業實驗課、課程實習和課程設計等內容。專業實驗課教學可鍛煉學生動手能力，培養其創新思維。課程設計把理論課程中學習到的理論知識、工程規范、計算方法等串聯起來。目前，受限于教學學時、師資力量等因素，環境材料學僅設置課堂理論教學，這不利于學生充分理解和掌握教學內容。

3.教學內容、模式單一。依據不同專業的學科特點和培養目標，環境材料學的課程教學重點和內容取舍也有所側重，筆者所在的環境工程專業具有較強的工程實踐性，要求學生更多地掌握環境治理材料、環境功能材料等內容；同時要求學生具備將所學知識與環境工程現場實踐相結合的能力，目前的教學內容相對單一，教學模式相對簡單，基本處于教師單向講解、學生被動接受的層次；如何在相對較少的學時條件下，改進教學模式、擴展教學內容并突出重點值得深入分析和探討。

二、課程改革的初步建議

1.課程設置。學生對與材料學相關的有機化學、高分子化學等基礎課掌握程度不深，在有限的課堂教學學時內，學生的知識結構和體系沒有完全建立，這對環境材料的教學開展較為不利；針對目前狀況，筆者認為應加大前修課程，應該引導學生高度重視，從而為本課程學習打下堅實基礎。例如，本課程的第八章為環境治理材料，其中重點介紹了大氣污染和水污染兩種類型材料，大氣污染治理材料中涉及了多種過濾及吸附用纖維材料的類型、特點、功效等，這些內容需要對大氣污染的產生機理、過程、治理方法等有深入學習和理解后才能更好地為學生所掌握。針對目前情況，筆者認為應加大前修基礎課程的學時，同時應該把課程設置由第五學期向后延至第六或第七學期，這樣，在完成了相關專業課的學習后，學生在環境材料學的后續課程中才能更好地掌握相關內容，遇到一些教學難點、重點才不會產生畏難情緒而影響學習。

2.完善實踐教學。本課程以理論教學為主，但是開展適當的實踐教學對學生建立完整的知識架構和體系也是有很大促進作用的。例如可以在環境治理材料一節中設置關于水污染治理材料的實驗，針對目前最有發展前景的膜處理技術，設置相關課后實驗。膜分離法的基本原理是利用天然或人工合成的膜材料，以外界能量或其他類型的化學位差等為動力來源，對待處理水中含有的一定無機鹽、金屬離子、有機大分子、膠體粒子采用分離、分級、提純的方法。按膜分離的不同種類和分離處理級別，可以分為微濾、超濾、納濾、反滲透等，這些不同種類的基礎和核心就是制備成膜的基質材料的不同。通過不同的實驗裝置及材料組合可以為學生形象地展示不同膜材料的分離處理效果。微濾膜的分離粒子直徑在0.1~1μm，主要可以除去水中的一些較大粒徑的懸浮顆粒物，目前此類濾膜多由聚四氟乙烯（PTFE）或聚偏氟乙烯類材料制得，具有優良的熱穩定性和化學穩定性、可適用于各種復雜工作環境；超濾膜的分離物直徑可以達到0.002~0.01μm，對分子量在1000~10000范圍左右的大分子有機物有過濾作用，可以有效分離去除，超濾膜目前主要由有機型的醋酸纖維素材料及無機型的陶瓷、金屬膜材料制得，比較適于水相體系中膠狀懸浮物的去除；納濾膜的分離直徑可以達到0.001μm即1nm的級別，可以截除大部分的糖類、小分子有機物、二價鹽等分子量在200~400范圍左右的物質，目前主要納濾膜材料有磺化聚醚砜類等；納濾類膜材料相對于僅可容水分子通過的反滲透膜，其操作壓力更低，較好的耐壓密性和較強的抗污染能力，相對于超濾膜來說其過濾能力又具有較大程度的提高，因此在對截留物質要求不苛刻的場合較為實用。通過對以上膜分離材料的實驗操作及分析，學生比較容易建立起直觀而深刻的認識，達到舉一反三、觸類旁通的效果。在實驗結束后，以小組為單位，組織學生針對各組所用膜材料的結構、性能、處理效果進行分析、討論，促進教學內容吸收理解的同時又可以鍛煉學生討論和表達能力。

3.教學內容、方式的擴展和改進。通過本課程的學習，學生應該對環境材料領域最新的研究進展和趨勢有所了解，掌握國內外關于材料開發、使用、廢棄等方面的最新要求和處理方法等。任課教師應注意收集最新的文獻資料和相關信息，及時補充擴展教學內容。例如在第十章“有毒有害元素的替代技術”中，為學生介紹歐盟RoHS和WEEE法令。這里面要重點為學生指出的是兩項法規的具體內容和相關背景。制造業中使用的各種材料由于涉及到有毒有害的情況相當普遍，在污染環境破壞生態的同時也對人體自身的健康造成了極大威脅，尤其在最近幾十年異軍突起的消費電子品領域，涉及到各類型的重金屬、有機物等。對此，歐盟出臺了一些相關法令法規，一方面為降低毒害物質對社會環境的影響，另一方面也為發展中國家商品出口設置了貿易壁壘。同時在教學中要注意多媒體教學與傳統教學方法相結合。對于這兩種方法，一定做到揚長避短，互相補充，而不應將二者相互對立、相互隔離起來。

環境材料學是一門理論性較強的課程，同時也需要一定的實踐教學。要想獲得較好的教學效果，任課教師要有扎實的知識基礎和一定的組織實踐教學能力，能夠結合專業培養要求，理論與實踐相結合，不斷補充最新學科研究內容，根據教學具體需要采用靈活有效的教學方式。唯此，才能使學生更好地理解和掌握本課程內容。（本文作者：張武單位：天津科技大學海洋科學與工程學院）