环境材料学课程教学方法

摘 要：环境材料学是环境工程、环境科学等专业的重要课程之一.本文对目前教学中存在的问题进行分析,针对课程设置、教学内容、结合实践等方面提出了一些设想和措施,探讨了教学改革的方法和途径.

关 键 词：环境材料；教学改革；实践教学；教学方法

一、概述

环境材料学是环境工程和环境科学等专业的重要专业基础课.笔者根据所在天津科技大学环境工程专业的自身学科特点和人才培养目标,针对教学方面目前现状进行分析,试图提出一些提高教学质量的设想,以期更好地怎么写作于本科人才培养及环境工程专业发展.

1.课程内容介绍.本课程系统地介绍了环境材料相关基础理论概念、环境材料关键技术、环境工程材料、环境友好材料等内容.通过课堂教学,使学生系统完整地学习环境材料基本概念、基础理论和环境材料在各领域的广泛应用,使学生掌握材料对环境影响因素评价方法、材料环境友好加工及制备、环境治理材料、有毒有害元素替代技术、天然及仿生材料、环境降解材料等重要内容,同时初步具备从事环境材料相关科学研究及技术开发的能力.

2.教材使用情况.在教材使用方面,选择《环境材料学》（清华大学出版社,翁端等编,第二版）作为主要教材.以《环境功能材料》（化学工业出版社,冯玉杰等编）,《环境工程材料》（化学工业出版社,杨慧芬等编）《生态环境材料》（天津大学出版社,王天民编）等作为参考书.

二、教学情况现状

1.课程设置.在环境工程专业的教学计划安排上,环境材料学为36学时,设置在第5学期或第7学期.其先修课程为无机化学、物理化学、有机化学、环境学原理、环境生态学、环境工程原理等课程.结合实际教学情况,环境工程专业培养侧重水、大气、固废的污染控制和治理,这些专业基础课程作为先修内容被充分掌握,有利于本课程中重点和难点内容的理解和学习掌握.

2.实践教学环节.“厚基础、宽口径、强能力、高素质”是本科教育致力实现的培养目标,对于工科专业而言,实践教学环节是不可或缺的重要环节,这在环境材料学课程的教学中也应有所体现.实践教学通常包括专业实验课、课程实习和课程设计等内容.专业实验课教学可锻炼学生动手能力,培养其创新思维.课程设计把理论课程中学习到的理论知识、工程规范、计算方法等串联起来.目前,受限于教学学时、师资力量等因素,环境材料学仅设置课堂理论教学,这不利于学生充分理解和掌握教学内容.

3.教学内容、模式单一.依据不同专业的学科特点和培养目标,环境材料学的课程教学重点和内容取舍也有所侧重,笔者所在的环境工程专业具有较强的工程实践性,要求学生更多地掌握环境治理材料、环境功能材料等内容；同时要求学生具备将所学知识与环境工程现场实践相结合的能力,目前的教学内容相对单一,教学模式相对简单,基本处于教师单向讲解、学生被动接受的层次；如何在相对较少的学时条件下,改进教学模式、扩展教学内容并突出重点值得深入分析和探讨.

三、课程改革的初步建议

1.课程设置.学生对与材料学相关的有机化学、高分子化学等基础课掌握程度不深,在有限的课堂教学学时内,学生的知识结构和体系没有完全建立,这对环境材料的教学开展较为不利；针对目前状况,笔者认为应加大前修课程,应该引导学生高度重视,从而为本课程学习打下坚实基础.例如,本课程的第八章为环境治理材料,其中重点介绍了大气污染和水污染两种类型材料,大气污染治理材料中涉及了多种过滤及吸附用纤维材料的类型、特点、功效等,这些内容需要对大气污染的产生机理、过程、治理方法等有深入学习和理解后才能更好地为学生所掌握.针对目前情况,笔者认为应加大前修基础课程的学时,同时应该把课程设置由第五学期向后延至第六或第七学期,这样,在完成了相关专业课的学习后,学生在环境材料学的后续课程中才能更好地掌握相关内容,遇到一些教学难点、重点才不会产生畏难情绪而影响学习.

2.完善实践教学.本课程以理论教学为主,但是开展适当的实践教学对学生建立完整的知识架构和体系也是有很大促进作用的.例如可以在环境治理材料一节中设置关于水污染治理材料的实验,针对目前最有发展前景的膜处理技术,设置相关课后实验.膜分离法的基本原理是利用天然或人工合成的膜材料,以外界能量或其他类型的化学位差等为动力来源,对待处理水中含有的一定无机盐、金属离子、有机大分子、胶体粒子采用分离、分级、提纯的方法.按膜分离的不同种类和分离处理级别,可以分为微滤、超滤、纳滤、反渗透等,这些不同种类的基础和核心就是制备成膜的基质材料的不同.通过不同的实验装置及材料组合可以为学生形象地展示不同膜材料的分离处理效果.微滤膜的分离粒子直径在0.1~1μm,主要可以除去水中的一些较大粒径的悬浮颗粒物,目前此类滤膜多由聚四氟乙烯（PTFE）或聚偏氟乙烯类材料制得,具有优良的热稳定性和化学稳定性、可适用于各种复杂工作环境；超滤膜的分离物直径可以达到0.002~0.01μm,对分子量在1000~10000范围左右的大分子有机物有过滤作用,可以有效分离去除,超滤膜目前主要由有机型的醋酸纤维素材料及无机型的陶瓷、金属膜材料制得,比较适于水相体系中胶状悬浮物的去除；纳滤膜的分离直径可以达到0.001μm即1nm的级别,可以截除大部分的糖类、小分子有机物、二价盐等分子量在200~400范围左右的物质,目前主要纳滤膜材料有磺化聚醚砜类等；纳滤类膜材料相对于仅可容水分子通过的反渗透膜,其操作压力更低,较好的耐压密性和较强的抗污染能力,相对于超滤膜来说其过滤能力又具有较大程度的提高,因此在对截留物质要求不苛刻的场合较为实用.通过对以上膜分离材料的实验操作及分析,学生比较容易建立起直观而深刻的认识,达到举一反三、触类旁通的效果.在实验结束后,以小组为单位,组织学生针对各组所用膜材料的结构、性能、处理效果进行分析、讨论,促进教学内容吸收理解的同时又可以锻炼学生讨论和表达能力.

3.教学内容、方式的扩展和改进.通过本课程的学习,学生应该对环境材料领域最新的研究进展和趋势有所了解,掌握国内外关于材料开发、使用、废弃等方面的最新要求和处理方法等.任课教师应注意收集最新的文献资料和相关信息,及时补充扩展教学内容.例如在第十章“有毒有害元素的替代技术”中,为学生介绍欧盟RoHS和WEEE法令.这里面要重点为学生指出的是两项法规的具体内容和相关背景.制造业中使用的各种材料由于涉及到有毒有害的情况相当普遍,在污染环境破坏生态的同时也对人体自身的健康造成了极大威胁,尤其在最近几十年异军突起的消费电子品领域,涉及到各类型的重金属、有机物等.对此,欧盟出台了一些相关法令法规,一方面为降低毒害物质对社会环境的影响,另一方面也为发展中国家商品出口设置了贸易壁垒.同时在教学中要注意多媒体教学与传统教学方法相结合.对于这两种方法,一定做到扬长避短,互相补充,而不应将二者相互对立、相互隔离起来.

环境材料学是一门理论性较强的课程,同时也需要一定的实践教学.要想获得较好的教学效果,任课教师要有扎实的知识基础和一定的组织实践教学能力,能够结合专业培养要求,理论与实践相结合,不断补充最新学科研究内容,根据教学具体需要采用灵活有效的教学方式.唯此,才能使学生更好地理解和掌握本课程内容.

基金项目：天津市高校“优秀青年教师资助计划”；天津市高校“优秀青年教师资助计划”；天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划项目：“环境科学品牌专业课程体系优化与教学内容改革的研究与实践（C04-0825）”