环境材料学的教学方式探索

环境材料学的教学方式探索

一、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。

二、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0.1~1山1),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0.002^0.01um,

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0.001Um即Inm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醛飒类等；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