材料科學與工程專業環境材料學課程教學改革的探索與實踐
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摘要：環境材料學是貴州民族大學材料科學與工程專業本科生的一門重要專業選修課。文章首先闡述了開設環境材料學課程的必要性，其次介紹了學校環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，以期為材料類專業環境材料學課程教學提供參考。
關鍵詞：材料科學與工程;環境材料學;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
環境材料強調材料的環境屬性，是人類環境意識在材料領域的重要體現。環境材料的發展，符合中國可持續發展的戰略要求，是材料科學領域發展的必然趨勢。環境材料學自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。環境材料學課程的開設，正是“可持續發展”思想在本科教學中的體現，對材料類專業大學生環境意識的培養具有非常重要的意義。因此，環境材料學課程在提高材料類專業大學生環境意識方面作出了有益的嘗試。
一、環境材料學課程開設的必要性
環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環境的影響，提高資源和能源效率，系統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，講述了材料及產品生態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境材料學基礎理論，并介紹了研究與發展的最新動向 [1-2]。
環境材料學課程的開設可以使學生獲得系統的環境材料學知識，在引導學生認識材料產業發展與人類生存環境關系的基礎上，把環境意識和可持續發展思想引入材料科學與工程，為學生今后從事環境材料的研究和開發工作奠定必要的理論基礎，使學生從環境材料的觀點重新看待所有的材料及其性能，樹立環境協調發展的新觀念。
?。?）改變片面追求材料功能和性能的傳統觀念。在滿足用戶對材料使用性能要求的前提下，必須考慮資源、能源和環境問題，盡可能地提高資源和能源效率，減少對環境的污染[1]。
?。?）改變傳統的設計觀念，樹立生態設計理念。為了從根本上解決環境污染的問題，必須從材料或產品的設計階段就考慮其整個生命周期全過程的環境影響，通過改進設計把產品的環境影響降到最小。材料的生態設計是實現材料可持續發展的重要途徑[3]。
?。?）摒棄先發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，保護生態環境，實現社會、經濟的可持續發展。
通過環境材料學課程的學習，可使學生在今后的科研和生產中，綜合運用所學知識去解決環境材料相關的問題，培養學生開發環境相容性新材料及其產品，以及對現有材料進行環境協調性改性的能力，使材料或產品的生產工藝流程更加環保，把環境保護逐步提升到與工藝要求同等重要的地位[4]。
二、環境材料學課程簡介
?。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境材料學作為專業選修課程，列入了材料科學與工程專業本科生的培養方案，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。
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學校使用的教材是機械工業出版社出版的《生態環境材料學》，此書是普通高等教育材料科學與工程專業規劃教材，由北京工業大學聶祚仁教授等在講授環境材料學課程的基礎上，結合國內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《環境材料學》（第2版） （清華大學出版社，翁端等編）和《基礎環境材料學》（哈爾濱工業大學出版社，張坤等編）部分章節作為教學補充。
?。ㄈ┙虒W內容和課時安排
在環境材料學的教學內容安排上，重點突出材料科學的基礎理論，更加強調材料與資源、能源和環境的關系，除了講授材料的生命周期評價、生態設計等內容外，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境材料學基礎理論進行講授。這些內容在材料類專業的金屬材料學、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，在環境材料學課程中，強調的是金屬、無機非金屬、高分子、天然礦物和天然有機高分子材料與環境的協調性，重點講述這些材料生產工藝流程的環境協調化和再生循環利用技術，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化，以達到融會貫通的目的。
此外，學生還應了解環境材料學領域研究發展的最新動向，這就要求教師應注意收集國內外環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，作為課堂教學內容的拓展和延伸。
三、環境材料學課程改革的探索與實踐
?。ㄒ唬┌咐治鼋虒W法
在環境材料學的教學中，有些內容適合采用案例分析教學法進行講解，即把現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，進而啟發學生的思維，培養學生的創新能力[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過程進行了清單分析和環境影響評價，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、應用現狀及發展趨勢等方面展開。 ?。ǘ┙ㄔO“第二課堂”，強化實踐教學
開展適當的實踐教學是培養應用型人才的重要途徑。環境材料學課程內容既涉及基礎理論，又與實踐應用聯系緊密。但由于環境材料學課程學時較少，教學條件與資源有限，只設置了理論教學，沒有開展實踐教學，不利于學生實踐能力和創新能力的培養[6]。因此，在課堂教學中，介紹一些與授課內容相關的教師課題，吸引學生加入課題研究，在實踐中強化對知識的理解和應用。
“第二課堂”作為強化實踐教學的途徑之一，可以有效地培養學生的創新能力和實踐動手能力。于是，通過第二課堂開展實踐教學，把課程教學內容與各類科技競賽（如“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽、大學生節能減排社會實踐與科技競賽、“互聯網+”大學生創新創業大賽、大學生創新創業訓練計劃項目等）相結合，指導學生參加各級各類科技競賽創新活動，激發了學生學習理論知識的興趣。例如：在講授高分子環境材料時，通過“環境友好型磷腈阻燃環氧樹脂的制備及其阻燃性能研究”課題開展實踐教學，讓學生在課題研究中掌握這種環境友好型阻燃材料的制備技術與阻燃性能。在此課題研究的基礎上，結合所學的熱分解動力學知識，學生以“磷腈阻燃環氧樹脂的制備及熱分解動力學研究”為題展開研究，并參加第十五屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽的校級決賽，獲得二等獎。在講授水污染治理材料時，指導學生通過“納米TiO2光催化材料的制備及其在有機廢水處理中的應用”課題開展探究實驗，讓學生在課題研究中深入了解“TiO2光催化”這種環境友好型的污染治理技術。
?。ㄈ┱n程評價方式的改革
環境材料學課程采取 “考查”的考核方式，主要通過考勤、小組匯報、分組討論、隨堂檢測和課程論文等環節對學生進行評價和考核。其中課程論文占40%，其他環節占60%，相比以前的考核方式，增加了小組匯報、分組討論和隨堂檢測環節，目的是提高學生的學習主動性和課堂教學的參與性。實施課程改革后，經過幾年的教學實踐，材料科學與工程專業學生的整體學習狀態良好，學習的主動性提高了，課下能廣泛查閱文獻資料，課上能積極參與分組討論，課程改革達到了預期效果。
四、結語
根據學校材料科學與工程專業的學科特點和人才培養目標，對環境材料學課程的教學改革進行了初步的探索和研究。經過幾年的教學實踐，環境材料學課程的教學內容更加豐富，教學方法更加靈活多樣，課程評價方式更加多元化。今后還應繼續優化教學內容，強化實踐教學，探尋適合材料科學與工程專業發展的教學方法，培養具有創新能力和實踐能力的面向材料科學與工程的復合型技術人才。
參考文獻：
[1]韓桂泉.關于環境材料課程的開設情況綜述[J].甘肅科技，2006，22（10）：235-236
[2]師奇松.環境材料課堂授課模式的改革與實踐[J].化工時刊，2013，27（11）：47-48，51.
[3]翁端，冉銳，王蕾，等.環境材料學[M]. 2版.北京：清華大學出版社，2011.
[4]沈美慶，王軍，張鳳寶.化工專業開設生態環境材料課程的教學改革與實踐[J]. 化工高等教育， 2001（1）： 35- 36.
[5]聶祚仁，王志宏. 生態環境材料學[M].北京：機械工業出版社，2004.
[6]張武.環境材料學課程教學方法初探[J].教育教學論壇，2013（29）：74-75.
[7]高如琴.《環境功能材料》課堂教學方法探討[J].河北工程大學學報（社會科學版），2012，29（2）：86-87.
[8]解念鎖.環境材料學課程的和諧教學法[J].機械管理開發，2009，24（4）：153-154.
[9]王明花，張宏忠，田俊峰，等.工科環境類專業開設環境材料課程的教學實踐和探討[J].河南化工，2013， 30 （19）： 59-61.
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