農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)《環(huán)境材料》課程的教學(xué)實(shí)踐與探索

崔春月

摘 要： 環(huán)境材料課程屬于多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域，課程內(nèi)容更新快，內(nèi)容廣，對(duì)高校環(huán)境材料課程的設(shè)置和教學(xué)提出越來越高的要求。本文針對(duì)農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)專業(yè)選修課“環(huán)境材料”進(jìn)行了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的實(shí)踐與探索。

關(guān)鍵詞： 環(huán)境材料 環(huán)境工程 教學(xué)實(shí)踐

材料是人類社會(huì)進(jìn)步和人民生活水平提高不可缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。生產(chǎn)材料是消耗資源與能源的大戶，也是造成環(huán)境污染的主要源頭，但是材料還是開發(fā)能源和治理環(huán)境污染的重要保障。

90年代初，人類認(rèn)識(shí)到在生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要戰(zhàn)略意義和世界各國(guó)紛紛走可持續(xù)發(fā)展道路的背景下，國(guó)際材料界出現(xiàn)一個(gè)新的領(lǐng)域——環(huán)境材料。它是一個(gè)涉及材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、管理學(xué)及經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科的綜合與交叉的新領(lǐng)域。

農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)環(huán)境材料課程可以使環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生畢業(yè)后，把可持續(xù)發(fā)展的思想運(yùn)用于科研、生產(chǎn)，使各種環(huán)保產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程更合理更趨于環(huán)保，對(duì)提高環(huán)保素質(zhì)是一種有益嘗試。

近年來，有些高校為環(huán)境相關(guān)專業(yè)的本科生或研究生開設(shè)了環(huán)境材料課程，但作為一門新課程，知識(shí)信息量迅速增加，課程內(nèi)容不斷得到拓展和更新，深化教學(xué)研究迫在眉睫。

為了促進(jìn)農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)開設(shè)環(huán)境材料的教學(xué)工作，筆者從農(nóng)業(yè)環(huán)境工程專業(yè)的自身學(xué)科特點(diǎn)和人才培養(yǎng)目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和課堂教學(xué)與自主學(xué)習(xí)的分配等方面進(jìn)行了探討。

1.課程的定位和特點(diǎn)

目前，在國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、蘭州大學(xué)等高校針對(duì)高年級(jí)大學(xué)生開設(shè)了環(huán)境材料課程，都取得了較好效果。我校作為一個(gè)地方性農(nóng)業(yè)高校，為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，以服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)為目標(biāo)，2010年針對(duì)環(huán)境工程專業(yè)拓展課里增設(shè)了環(huán)境材料選修科。該課程密切聯(lián)系科研和生產(chǎn)實(shí)際，旨在使學(xué)生掌握主要環(huán)保材料的制備方法的基礎(chǔ)上，了解一些新型材料在環(huán)境中的應(yīng)用潛力，了解產(chǎn)業(yè)化的環(huán)境材料產(chǎn)品商業(yè)化的狀態(tài)、程度和應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)性，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提高其繼續(xù)深造和就業(yè)能力，同時(shí)提高他們的環(huán)保意識(shí)。

由于本課程涉及面廣，尤其涉及很多材料化學(xué)方面的知識(shí)，因此在講授過程中盡可能地使多學(xué)科相融合、貫通；同時(shí)，課堂教學(xué)采用啟發(fā)式或討論式的教學(xué)方法，理論結(jié)合實(shí)際，引導(dǎo)學(xué)生加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用，提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣和積極性。

2.教學(xué)的實(shí)踐與探索

2.1整合教學(xué)內(nèi)容，凝練教學(xué)特色。

環(huán)境材料課程涉及領(lǐng)域非常廣泛，如能源材料、凈化材料、環(huán)境替代材料、功能高分子材料、智能材料及降解環(huán)境材料等。我校開設(shè)的環(huán)境材料作為一門專業(yè)選修課，設(shè)在第5學(xué)期，課時(shí)為32學(xué)時(shí)，因而結(jié)合農(nóng)業(yè)院校特色，課程教學(xué)內(nèi)容的精練和整合必不可少。通過對(duì)幾種環(huán)境材料教材的對(duì)比和篩選，并結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，選用馮玉杰編著的《環(huán)境功能材料》作為參考，主要針對(duì)近年來適用于農(nóng)業(yè)地區(qū)的特殊條件的環(huán)境凈化材料、吸附分離材料、新能源材料進(jìn)行講授。具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配如下表所示。

表 教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配

第一章凈化材料中主要講授目前環(huán)境領(lǐng)域的科研熱點(diǎn)和商業(yè)前景的材料電催化材料、光催化材料、濕式氧化材料、微波材料；第二章吸附分離材料中主要講授環(huán)境監(jiān)測(cè)和污染治理領(lǐng)域有關(guān)的離子交換分離材料，吸附樹脂分離材料，纖維吸附分離材料；第三章新能源材料中主要講授與農(nóng)村固廢資源化有關(guān)的生物質(zhì)能和21世紀(jì)最有潛力能源氫能。講授中重點(diǎn)放在這些新材料的組成、制備方法、環(huán)境中應(yīng)用原理基礎(chǔ)上，分析各種材料的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。講授過程中不必面面俱到，在深入鉆研教材的基礎(chǔ)上確定授課內(nèi)容，重新整合，用簡(jiǎn)練、準(zhǔn)確、通俗的語言把講授內(nèi)容表達(dá)出來，使學(xué)生一聽就懂。

2.2結(jié)合科研和商業(yè)案例，提高學(xué)習(xí)興趣。

因?yàn)樵撜n程中涉及內(nèi)容較多，理論深，如果進(jìn)行抽象的講解則對(duì)于環(huán)境工程專業(yè)本科生來說枯燥，難度大，且與他們關(guān)系不大，所以學(xué)生興趣不濃厚。教師對(duì)環(huán)境材料教學(xué)內(nèi)容，一般由理論易到難，逐步深入，此外要考慮對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的一定的刺激程度，增強(qiáng)案例的趣味性。在本課程教學(xué)中，為了優(yōu)先吸引學(xué)生的注意力，每講一種新型材料時(shí)，講解材料的制備和應(yīng)用遠(yuǎn)離前，想辦法為學(xué)生創(chuàng)設(shè)新穎真實(shí)的科研和商業(yè)案例的情境，由此吸引學(xué)生的注意力，再由該情景過渡到課本核心部分——材料的組成、制備及應(yīng)用原理。比如講光催化材料時(shí)，先采用生動(dòng)的形象、真實(shí)的畫面展示“自潔玻璃”在浴室門窗、廚房門窗玻璃、汽車玻璃等應(yīng)用；結(jié)合“非典”事件，展示TiO■光催化劑，投入臺(tái)灣使用收效顯著案例。另外，介紹世界上發(fā)達(dá)國(guó)家知名公司，如英國(guó)PilkingtonActiv公司、日本TOTO公司、美國(guó)PPG公司、德國(guó)GEA公司等，研發(fā)光催化材料產(chǎn)品推向市場(chǎng)的現(xiàn)狀。講生物質(zhì)能時(shí)，首先以動(dòng)畫形式介紹農(nóng)村新能源開發(fā)典型案例，如浙江富春江環(huán)保熱電股份有限公司和山東京能生物質(zhì)發(fā)電有限公司等。根據(jù)這些事實(shí)，先豐富學(xué)生的想象力，激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲，然后講解材料的制備和凈化原理，達(dá)到教學(xué)目的。

2.3教學(xué)過程中“以人為本”發(fā)揮學(xué)生的主體作用。

教學(xué)的實(shí)質(zhì)是教和學(xué)有機(jī)結(jié)合、教師和學(xué)生的良性互動(dòng)過程，在以往的教學(xué)中強(qiáng)調(diào)教師的主導(dǎo)性而把學(xué)生單純地視為教育對(duì)象，忽視學(xué)生主體地位，往往以教師為主導(dǎo)，無視學(xué)生的主觀能動(dòng)性。在本課教學(xué)過程中，講授重點(diǎn)放在使學(xué)生掌握新材料的組成、制備方法、應(yīng)用原理，理解相應(yīng)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，把材料的實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀和趨勢(shì)采用討論和講座形式，發(fā)揮學(xué)生主體作用。具體實(shí)施方式如下：

2.3.1討論部分：講授一種材料后將所對(duì)應(yīng)材料的應(yīng)用現(xiàn)狀任務(wù)下達(dá)給部分學(xué)生，一般每種材料分給兩組，學(xué)生三名一組，針對(duì)每種材料學(xué)生根據(jù)興趣自愿報(bào)名，但保證每人都輪到一次。等學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)庫、相關(guān)報(bào)道、匯總內(nèi)容，在消化基礎(chǔ)上進(jìn)行PPT匯報(bào)。匯報(bào)內(nèi)容經(jīng)班級(jí)交流，教師引導(dǎo)學(xué)生討論，對(duì)不足內(nèi)容給予補(bǔ)充和修正，匯報(bào)成績(jī)由學(xué)生給定，作為平時(shí)成績(jī)。在匯報(bào)和討論中，學(xué)生非常積極，氣氛特別活躍。這樣就充分發(fā)揮了學(xué)生的主體性和創(chuàng)造性，幫助他們跳出被動(dòng)灌輸?shù)睦Ь?，成為學(xué)習(xí)的主人。

2.3.2講座部分：講座是大學(xué)中的一種重要學(xué)習(xí)途徑。在聽講座過程中，有助于學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)較全面地掌握科研動(dòng)態(tài)、商業(yè)行情并開闊視野，還可以領(lǐng)略各行各業(yè)專家的口才藝術(shù)，學(xué)到課堂上學(xué)不到的知識(shí)，提高他們綜合素質(zhì)的一種教學(xué)活動(dòng)形式。本課中每章結(jié)束后通過課外時(shí)間，針對(duì)各種新型材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)方面邀請(qǐng)周邊材料領(lǐng)域企業(yè)家和專家安排講座，講座過程中安排答疑，解決學(xué)生的疑問，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.4網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下強(qiáng)化引入材料發(fā)展新信息，打破課堂教學(xué)的時(shí)空限制。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型環(huán)境材料不斷出現(xiàn)，不斷有新的研究成果被報(bào)道，但課程的學(xué)時(shí)有限，案例教學(xué)往往難以讓學(xué)生在單位時(shí)間內(nèi)獲得全面。為了充分利用業(yè)余時(shí)間，讓學(xué)生進(jìn)一步拓寬學(xué)生的知識(shí)面，利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，組建班級(jí)QQ群、微信群等，創(chuàng)造開放、民主、輕松活躍的學(xué)習(xí)環(huán)境。首先，教師可以利用學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫資源作為課堂教學(xué)的輔助手段，提供最新科研成果的鏈接，也可以有目的地發(fā)布當(dāng)今國(guó)內(nèi)外環(huán)境功能材料研究中的一些最新研究成果或科教片。其次，給學(xué)生一定的認(rèn)知時(shí)間，讓學(xué)生多角度、深層次地對(duì)研究成果進(jìn)行剖析。最后，網(wǎng)上互動(dòng)交流，學(xué)生與學(xué)生、教師與學(xué)生可以即時(shí)互動(dòng)。通過不同觀點(diǎn)之間的碰撞、辯駁、補(bǔ)充，進(jìn)一步提高對(duì)最新研究成果的認(rèn)識(shí)。

3.結(jié)語

環(huán)境材料作為新世紀(jì)材料科學(xué)發(fā)展的方向，滲透于各門材料專業(yè)課的教學(xué)之中，尤其是對(duì)環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生來說，是在以可持續(xù)發(fā)展的思想制備材料，應(yīng)用材料，保護(hù)環(huán)境，提高環(huán)保素質(zhì)教育方面作出的有益嘗試。經(jīng)過三年來對(duì)農(nóng)業(yè)院校環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)環(huán)境材料課程的實(shí)踐，在教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法上結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，采用靈活多樣的教學(xué)方法，促使學(xué)生積極參與教學(xué)互動(dòng)，提高教學(xué)質(zhì)量，取得一定的教學(xué)效果。在以后的教學(xué)中應(yīng)繼續(xù)就課程教學(xué)體系建設(shè)進(jìn)行進(jìn)一步的探討與實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱光明.材料化學(xué)課程的內(nèi)容設(shè)置及其與材料科學(xué)的關(guān)系[J].大學(xué)化學(xué)，2004，6.

[2]雷文，楊濤.多媒體在高分子教學(xué)中的應(yīng)用[J].廣州化工，2008，6.

[3]成青，譚惠平.在《材料學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的探索[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，2.