材料科學與工程專業(yè)環(huán)境材料學課程教學改革的探索與實踐
發(fā)布時間:2019-08-07 來源: 日記大全 點擊:
摘要:環(huán)境材料學是貴州民族大學材料科學與工程專業(yè)本科生的一門重要專業(yè)選修課。文章首先闡述了開設環(huán)境材料學課程的必要性,其次介紹了學校環(huán)境材料學課程的開設情況,然后對課程的教學方法、實踐教學、評價方式等方面進行了初步的探討和研究,并在教學過程中進行了一些課程教學改革的嘗試,以期為材料類專業(yè)環(huán)境材料學課程教學提供參考。
關鍵詞:材料科學與工程;環(huán)境材料學;教學改革;教學實踐
中圖分類號:G6423 文獻標志碼:A 文章編號:1005-2909(2019)02-0089-04
環(huán)境材料強調(diào)材料的環(huán)境屬性,是人類環(huán)境意識在材料領域的重要體現(xiàn)。環(huán)境材料的發(fā)展,符合中國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求,是材料科學領域發(fā)展的必然趨勢。環(huán)境材料學自20世紀90年代初興起以來,一直是材料科學與技術的研究熱點。環(huán)境材料學課程的開設,正是“可持續(xù)發(fā)展”思想在本科教學中的體現(xiàn),對材料類專業(yè)大學生環(huán)境意識的培養(yǎng)具有非常重要的意義。因此,環(huán)境材料學課程在提高材料類專業(yè)大學生環(huán)境意識方面作出了有益的嘗試。
一、環(huán)境材料學課程開設的必要性
環(huán)境材料學課程主要探討在材料加工和使用過程中如何減少對生態(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價方法(LCA)、技術框架和評價過程,講述了材料及產(chǎn)品生態(tài)設計的基本原則和方法,分別討論了金屬、無機非金屬、高分子、天然礦物與天然有機高分子材料的環(huán)境材料學基礎理論,并介紹了研究與發(fā)展的最新動向 [1-2]。
環(huán)境材料學課程的開設可以使學生獲得系統(tǒng)的環(huán)境材料學知識,在引導學生認識材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展與人類生存環(huán)境關系的基礎上,把環(huán)境意識和可持續(xù)發(fā)展思想引入材料科學與工程,為學生今后從事環(huán)境材料的研究和開發(fā)工作奠定必要的理論基礎,使學生從環(huán)境材料的觀點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)境問題,盡可能地提高資源和能源效率,減少對環(huán)境的污染[1]。
(2)改變傳統(tǒng)的設計觀念,樹立生態(tài)設計理念。為了從根本上解決環(huán)境污染的問題,必須從材料或產(chǎn)品的設計階段就考慮其整個生命周期全過程的環(huán)境影響,通過改進設計把產(chǎn)品的環(huán)境影響降到最小。材料的生態(tài)設計是實現(xiàn)材料可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[3]。
。3)摒棄先發(fā)展后治理的錯誤觀念,從被動的末端治理轉向主動的初始端控制,保護生態(tài)環(huán)境,實現(xiàn)社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。
通過環(huán)境材料學課程的學習,可使學生在今后的科研和生產(chǎn)中,綜合運用所學知識去解決環(huán)境材料相關的問題,培養(yǎng)學生開發(fā)環(huán)境相容性新材料及其產(chǎn)品,以及對現(xiàn)有材料進行環(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)境材料學課程簡介
。ㄒ唬┱n程設置情況
自2012年以來,貴州民族大學材料科學與工程學院將環(huán)境材料學作為專業(yè)選修課程,列入了材料科學與工程專業(yè)本科生的培養(yǎng)方案,課程設置在第四學年上學期,共32學時。在材料科學與工程導論、材料科學基礎、金屬材料學、無機非金屬材料基礎、高分子化學、高分子物理、材料力學、功能材料等課程結束之后開設此課程。
(二)教材使用情況
學校使用的教材是機械工業(yè)出版社出版的《生態(tài)環(huán)境材料學》,此書是普通高等教育材料科學與工程專業(yè)規(guī)劃教材,由北京工業(yè)大學聶祚仁教授等在講授環(huán)境材料學課程的基礎上,結合國內(nèi)外近年來科學研究和工程實踐的成果編撰而成[5]。此外,還選取《環(huán)境材料學》(第2版) (清華大學出版社,翁端等編)和《基礎環(huán)境材料學》(哈爾濱工業(yè)大學出版社,張坤等編)部分章節(jié)作為教學補充。
。ㄈ┙虒W內(nèi)容和課時安排
在環(huán)境材料學的教學內(nèi)容安排上,重點突出材料科學的基礎理論,更加強調(diào)材料與資源、能源和環(huán)境的關系,除了講授材料的生命周期評價、生態(tài)設計等內(nèi)容外,主要選取金屬、無機非金屬、高分子、天然礦物與天然有機高分子材料的環(huán)境材料學基礎理論進行講授。這些內(nèi)容在材料類專業(yè)的金屬材料學、無機非金屬材料基礎、高分子材料及應用、功能材料等課程中也有所介紹,但與之不同的是,在環(huán)境材料學課程中,強調(diào)的是金屬、無機非金屬、高分子、天然礦物和天然有機高分子材料與環(huán)境的協(xié)調(diào)性,重點講述這些材料生產(chǎn)工藝流程的環(huán)境協(xié)調(diào)化和再生循環(huán)利用技術,讓學生在鞏固舊知識的基礎上,把新知識融會到已有的知識體系中,從而使自己所掌握的知識系統(tǒng)化,以達到融會貫通的目的。
此外,學生還應了解環(huán)境材料學領域研究發(fā)展的最新動向,這就要求教師應注意收集國內(nèi)外環(huán)境材料學研究中的一些最新研究成果,在課堂上及時補充、擴展教學內(nèi)容[6],也可推薦相關的文獻資料,讓學生在課下進行拓展性閱讀,作為課堂教學內(nèi)容的拓展和延伸。
三、環(huán)境材料學課程改革的探索與實踐
(一)案例分析教學法
在環(huán)境材料學的教學中,有些內(nèi)容適合采用案例分析教學法進行講解,即把現(xiàn)成的個案資料應用于教學中,讓學生對案例進行分析、探討并解決具體問題,把理論知識應用于實際,進而啟發(fā)學生的思維,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[7-9]。
例如:在“材料的生命周期評價方法”教學時,可以讓學生利用課堂上剛剛學過的LCA方法對“聚氨酯防水涂料生產(chǎn)過程”這一實例進行分析。在確定了評價目標和評價范圍后,學生對聚氨酯防水涂料的生產(chǎn)過程進行了清單分析和環(huán)境影響評價,并對LCA評價結果做出了合理解釋,提出了相應的改進工藝。通過案例分析,學生加深了對“LCA技術框架和評價過程”知識點的理解和應用,并把所學的LCA理論知識應用于具體的案例分析中,訓練了學生運用所學理論知識解決實際問題的能力。在“可降解高分子材料”教學時,以降解塑料聚乳酸為例講解,聚乳酸是化學合成型降解塑料中應用最廣的一種以玉米等有機酸為原料生產(chǎn)的新型聚酯材料,這種材料具有生物降解性能,解決了當前塑料制品難以降解而產(chǎn)生的白色污染問題,可以用作包裝材料。在教學時,教師可以從聚乳酸的合成方法、降解機理、應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢等方面展開。
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