寶冬梅 任清偉 王環(huán)江

摘要：環(huán)境材料學(xué)是貴州民族大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生的一門重要專業(yè)選修課。文章首先闡述了開設(shè)環(huán)境材料學(xué)課程的必要性，其次介紹了學(xué)校環(huán)境材料學(xué)課程的開設(shè)情況，然后對(duì)課程的教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)、評(píng)價(jià)方式等方面進(jìn)行了初步的探討和研究，并在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行了一些課程教學(xué)改革的嘗試，以期為材料類專業(yè)環(huán)境材料學(xué)課程教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)與工程;環(huán)境材料學(xué);教學(xué)改革;教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G6423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2019）02-0089-04

環(huán)境材料強(qiáng)調(diào)材料的環(huán)境屬性，是人類環(huán)境意識(shí)在材料領(lǐng)域的重要體現(xiàn)。環(huán)境材料的發(fā)展，符合中國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，是材料科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。環(huán)境材料學(xué)自20世紀(jì)90年代初興起以來(lái)，一直是材料科學(xué)與技術(shù)的研究熱點(diǎn)。環(huán)境材料學(xué)課程的開設(shè)，正是“可持續(xù)發(fā)展”思想在本科教學(xué)中的體現(xiàn)，對(duì)材料類專業(yè)大學(xué)生環(huán)境意識(shí)的培養(yǎng)具有非常重要的意義。因此，環(huán)境材料學(xué)課程在提高材料類專業(yè)大學(xué)生環(huán)境意識(shí)方面作出了有益的嘗試。

一、環(huán)境材料學(xué)課程開設(shè)的必要性

環(huán)境材料學(xué)課程主要探討在材料加工和使用過(guò)程中如何減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，提高資源和能源效率，系統(tǒng)地介紹了材料的生命周期評(píng)價(jià)方法（LCA）、技術(shù)框架和評(píng)價(jià)過(guò)程，講述了材料及產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)的基本原則和方法，分別討論了金屬、無(wú)機(jī)非金屬、高分子、天然礦物與天然有機(jī)高分子材料的環(huán)境材料學(xué)基礎(chǔ)理論，并介紹了研究與發(fā)展的最新動(dòng)向 [1-2]。

環(huán)境材料學(xué)課程的開設(shè)可以使學(xué)生獲得系統(tǒng)的環(huán)境材料學(xué)知識(shí)，在引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展與人類生存環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，把環(huán)境意識(shí)和可持續(xù)發(fā)展思想引入材料科學(xué)與工程，為學(xué)生今后從事環(huán)境材料的研究和開發(fā)工作奠定必要的理論基礎(chǔ)，使學(xué)生從環(huán)境材料的觀點(diǎn)重新看待所有的材料及其性能，樹立環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的新觀念。

（1）改變片面追求材料功能和性能的傳統(tǒng)觀念。在滿足用戶對(duì)材料使用性能要求的前提下，必須考慮資源、能源和環(huán)境問(wèn)題，盡可能地提高資源和能源效率，減少對(duì)環(huán)境的污染[1]。

（2）改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，樹立生態(tài)設(shè)計(jì)理念。為了從根本上解決環(huán)境污染的問(wèn)題，必須從材料或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就考慮其整個(gè)生命周期全過(guò)程的環(huán)境影響，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)把產(chǎn)品的環(huán)境影響降到最小。材料的生態(tài)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)材料可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[3]。

（3）摒棄先發(fā)展后治理的錯(cuò)誤觀念，從被動(dòng)的末端治理轉(zhuǎn)向主動(dòng)的初始端控制，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

通過(guò)環(huán)境材料學(xué)課程的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生在今后的科研和生產(chǎn)中，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去解決環(huán)境材料相關(guān)的問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)環(huán)境相容性新材料及其產(chǎn)品，以及對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行環(huán)境協(xié)調(diào)性改性的能力，使材料或產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程更加環(huán)保，把環(huán)境保護(hù)逐步提升到與工藝要求同等重要的地位[4]。

二、環(huán)境材料學(xué)課程簡(jiǎn)介

（一）課程設(shè)置情況

自2012年以來(lái)，貴州民族大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院將環(huán)境材料學(xué)作為專業(yè)選修課程，列入了材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生的培養(yǎng)方案，課程設(shè)置在第四學(xué)年上學(xué)期，共32學(xué)時(shí)。在材料科學(xué)與工程導(dǎo)論、材料科學(xué)基礎(chǔ)、金屬材料學(xué)、無(wú)機(jī)非金屬材料基礎(chǔ)、高分子化學(xué)、高分子物理、材料力學(xué)、功能材料等課程結(jié)束之后開設(shè)此課程。

（二）教材使用情況

學(xué)校使用的教材是機(jī)械工業(yè)出版社出版的《生態(tài)環(huán)境材料學(xué)》，此書是普通高等教育材料科學(xué)與工程專業(yè)規(guī)劃教材，由北京工業(yè)大學(xué)聶祚仁教授等在講授環(huán)境材料學(xué)課程的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外近年來(lái)科學(xué)研究和工程實(shí)踐的成果編撰而成[5]。此外，還選取《環(huán)境材料學(xué)》（第2版） （清華大學(xué)出版社，翁端等編）和《基礎(chǔ)環(huán)境材料學(xué)》（哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，張坤等編）部分章節(jié)作為教學(xué)補(bǔ)充。

（三）教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)安排

在環(huán)境材料學(xué)的教學(xué)內(nèi)容安排上，重點(diǎn)突出材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論，更加強(qiáng)調(diào)材料與資源、能源和環(huán)境的關(guān)系，除了講授材料的生命周期評(píng)價(jià)、生態(tài)設(shè)計(jì)等內(nèi)容外，主要選取金屬、無(wú)機(jī)非金屬、高分子、天然礦物與天然有機(jī)高分子材料的環(huán)境材料學(xué)基礎(chǔ)理論進(jìn)行講授。這些內(nèi)容在材料類專業(yè)的金屬材料學(xué)、無(wú)機(jī)非金屬材料基礎(chǔ)、高分子材料及應(yīng)用、功能材料等課程中也有所介紹，但與之不同的是，在環(huán)境材料學(xué)課程中，強(qiáng)調(diào)的是金屬、無(wú)機(jī)非金屬、高分子、天然礦物和天然有機(jī)高分子材料與環(huán)境的協(xié)調(diào)性，重點(diǎn)講述這些材料生產(chǎn)工藝流程的環(huán)境協(xié)調(diào)化和再生循環(huán)利用技術(shù)，讓學(xué)生在鞏固舊知識(shí)的基礎(chǔ)上，把新知識(shí)融會(huì)到已有的知識(shí)體系中，從而使自己所掌握的知識(shí)系統(tǒng)化，以達(dá)到融會(huì)貫通的目的。

此外，學(xué)生還應(yīng)了解環(huán)境材料學(xué)領(lǐng)域研究發(fā)展的最新動(dòng)向，這就要求教師應(yīng)注意收集國(guó)內(nèi)外環(huán)境材料學(xué)研究中的一些最新研究成果，在課堂上及時(shí)補(bǔ)充、擴(kuò)展教學(xué)內(nèi)容[6]，也可推薦相關(guān)的文獻(xiàn)資料，讓學(xué)生在課下進(jìn)行拓展性閱讀，作為課堂教學(xué)內(nèi)容的拓展和延伸。

三、環(huán)境材料學(xué)課程改革的探索與實(shí)踐

（一）案例分析教學(xué)法

在環(huán)境材料學(xué)的教學(xué)中，有些內(nèi)容適合采用案例分析教學(xué)法進(jìn)行講解，即把現(xiàn)成的個(gè)案資料應(yīng)用于教學(xué)中，讓學(xué)生對(duì)案例進(jìn)行分析、探討并解決具體問(wèn)題，把理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際，進(jìn)而啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[7-9]。

例如：在“材料的生命周期評(píng)價(jià)方法”教學(xué)時(shí)，可以讓學(xué)生利用課堂上剛剛學(xué)過(guò)的LCA方法對(duì)“聚氨酯防水涂料生產(chǎn)過(guò)程”這一實(shí)例進(jìn)行分析。在確定了評(píng)價(jià)目標(biāo)和評(píng)價(jià)范圍后，學(xué)生對(duì)聚氨酯防水涂料的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了清單分析和環(huán)境影響評(píng)價(jià)，并對(duì)LCA評(píng)價(jià)結(jié)果做出了合理解釋，提出了相應(yīng)的改進(jìn)工藝。通過(guò)案例分析，學(xué)生加深了對(duì)“LCA技術(shù)框架和評(píng)價(jià)過(guò)程”知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用，并把所學(xué)的LCA理論知識(shí)應(yīng)用于具體的案例分析中，訓(xùn)練了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在“可降解高分子材料”教學(xué)時(shí)，以降解塑料聚乳酸為例講解，聚乳酸是化學(xué)合成型降解塑料中應(yīng)用最廣的一種以玉米等有機(jī)酸為原料生產(chǎn)的新型聚酯材料，這種材料具有生物降解性能，解決了當(dāng)前塑料制品難以降解而產(chǎn)生的白色污染問(wèn)題，可以用作包裝材料。在教學(xué)時(shí)，教師可以從聚乳酸的合成方法、降解機(jī)理、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)等方面展開。

（二）建設(shè)“第二課堂”，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)

開展適當(dāng)?shù)膶?shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要途徑。環(huán)境材料學(xué)課程內(nèi)容既涉及基礎(chǔ)理論，又與實(shí)踐應(yīng)用聯(lián)系緊密。但由于環(huán)境材料學(xué)課程學(xué)時(shí)較少，教學(xué)條件與資源有限，只設(shè)置了理論教學(xué)，沒(méi)有開展實(shí)踐教學(xué)，不利于學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[6]。因此，在課堂教學(xué)中，介紹一些與授課內(nèi)容相關(guān)的教師課題，吸引學(xué)生加入課題研究，在實(shí)踐中強(qiáng)化對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。

“第二課堂”作為強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)的途徑之一，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。于是，通過(guò)第二課堂開展實(shí)踐教學(xué)，把課程教學(xué)內(nèi)容與各類科技競(jìng)賽（如“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目等）相結(jié)合，指導(dǎo)學(xué)生參加各級(jí)各類科技競(jìng)賽創(chuàng)新活動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的興趣。例如：在講授高分子環(huán)境材料時(shí)，通過(guò)“環(huán)境友好型磷腈阻燃環(huán)氧樹脂的制備及其阻燃性能研究”課題開展實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生在課題研究中掌握這種環(huán)境友好型阻燃材料的制備技術(shù)與阻燃性能。在此課題研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合所學(xué)的熱分解動(dòng)力學(xué)知識(shí)，學(xué)生以“磷腈阻燃環(huán)氧樹脂的制備及熱分解動(dòng)力學(xué)研究”為題展開研究，并參加第十五屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽的校級(jí)決賽，獲得二等獎(jiǎng)。在講授水污染治理材料時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)“納米TiO2光催化材料的制備及其在有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用”課題開展探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在課題研究中深入了解“TiO2光催化”這種環(huán)境友好型的污染治理技術(shù)。

（三）課程評(píng)價(jià)方式的改革

環(huán)境材料學(xué)課程采取 “考查”的考核方式，主要通過(guò)考勤、小組匯報(bào)、分組討論、隨堂檢測(cè)和課程論文等環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)和考核。其中課程論文占40%，其他環(huán)節(jié)占60%，相比以前的考核方式，增加了小組匯報(bào)、分組討論和隨堂檢測(cè)環(huán)節(jié)，目的是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和課堂教學(xué)的參與性。實(shí)施課程改革后，經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐，材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的整體學(xué)習(xí)狀態(tài)良好，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性提高了，課下能廣泛查閱文獻(xiàn)資料，課上能積極參與分組討論，課程改革達(dá)到了預(yù)期效果。

四、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)學(xué)校材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)和人才培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)環(huán)境材料學(xué)課程的教學(xué)改革進(jìn)行了初步的探索和研究。經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐，環(huán)境材料學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容更加豐富，教學(xué)方法更加靈活多樣，課程評(píng)價(jià)方式更加多元化。今后還應(yīng)繼續(xù)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，探尋適合材料科學(xué)與工程專業(yè)發(fā)展的教學(xué)方法，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的面向材料科學(xué)與工程的復(fù)合型技術(shù)人才。

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