污染控制材料教學(xué)研究
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環(huán)境污染控制工程材料課是一門側(cè)重于敘述性的課程，本課程知識(shí)量大，內(nèi)容龐雜而分散，基本理論知識(shí)抽象，涉及的概念原理規(guī)律多［2］，但是系統(tǒng)性不強(qiáng)，各材料間缺乏必要的關(guān)聯(lián)。講授時(shí)對(duì)材料作用原理、分類、結(jié)構(gòu)、特性和應(yīng)用敘述較多，分析、論證也較多，而邏輯推理和理論計(jì)算較少，學(xué)生對(duì)該課程的理解分析能力偏低，普遍感到該課程入門比較困難，難以聯(lián)系實(shí)際，學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)效果不好。
二、講好緒論課，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
講好緒論課，可以提高學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的整體認(rèn)識(shí)，尤其是在緒論課中加入環(huán)境工程中的典型案例和新材料在環(huán)境工程建設(shè)中的應(yīng)用等，能激發(fā)學(xué)生對(duì)本課程內(nèi)容的興趣，加深學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境工程材料課程在本專業(yè)領(lǐng)域中重要性的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。有了這種興趣和積極性，學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，這對(duì)今后學(xué)習(xí)本課程將起到積極的激勵(lì)作用。在講授緒論課時(shí)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)“一個(gè)中心、兩條線索”這條主線，即以材料的作用原理為中心，以分類、工程應(yīng)用為一條線索，以材料制備為另一條線索?？梢越o學(xué)生理順這樣一條思路:污染控制類型—原理—控制材料—分類—材料結(jié)構(gòu)特性—制備方法—應(yīng)用。學(xué)習(xí)思路清楚，使學(xué)生在學(xué)習(xí)上有一個(gè)良好的開端，提高學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)教學(xué)效果的提高。
三、環(huán)境污染控制工程材料緒論課的講授重點(diǎn)
(一)闡明生態(tài)環(huán)境與環(huán)境污染控制材料的辯證關(guān)系
從生態(tài)環(huán)境、材料的定義出發(fā)，闡明生態(tài)環(huán)境與材料的辯證關(guān)系。生態(tài)環(huán)境指的是以人類為主體的外部世界，主要是地球表面與人類發(fā)生相互作用的自然要素及其總體，它是人類生存發(fā)展的基礎(chǔ)，也是人類開發(fā)利用的對(duì)象。材料是國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，與能源、信息并列為現(xiàn)代高科技的三大支柱。從資源和環(huán)境的角度分析，在材料的采礦、提取、制備、生產(chǎn)加工、運(yùn)輸、使用和廢棄的過程中，一方面推動(dòng)著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類文明進(jìn)步，另一方面又消耗著大量的資源和能源并排放出大量的廢氣、廢水和廢渣，污染著人類生存的環(huán)境。因此，材料產(chǎn)業(yè)只有走與資源、能源和環(huán)境相協(xié)調(diào)的道路才是可持續(xù)發(fā)展的。也正是在這樣一個(gè)背景下，一門新興的交叉學(xué)科———環(huán)境材料學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。環(huán)境污染控制工程材料是指同時(shí)具有滿意的使用性能和優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調(diào)性，或者能夠改善環(huán)境的材料。即指那些具有良好使用性能或功能，并對(duì)資源和能源消耗少，對(duì)生態(tài)與環(huán)境污染小，有利于人類健康，再生利用率高或可降解循環(huán)利用，在制備、使用、廢棄直至再生循環(huán)利用的整個(gè)過程中，都與環(huán)境協(xié)調(diào)共存的一大類材料。主要包括:(1)直接面臨的與環(huán)境問題相關(guān)的材料技術(shù)，例如，生物可降解材料技術(shù)，CO2氣體的固化技術(shù)，SOx、NOx催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，廢棄物的再資源化技術(shù)，環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)，材料制備加工中的潔凈技術(shù)以及節(jié)省資源和能源的技術(shù);(2)開發(fā)能使經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境協(xié)調(diào)性材料，如仿生材料、環(huán)境保護(hù)材料、氟利昂與石棉等有害物質(zhì)的替代材料、綠色新材料、生態(tài)建材等。今后生態(tài)環(huán)境材料研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向包括再生聚合物(塑料)的設(shè)計(jì)、材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)的理論體系、降低材料環(huán)境負(fù)荷的新工藝、新技術(shù)和新方法等。未來的生態(tài)環(huán)境材料因?yàn)榫哂锌裳h(huán)再生性的特點(diǎn)，所以廢棄材料的有效、合理利用也將成為材料發(fā)展的熱門，而且材料結(jié)構(gòu)功能一體化將會(huì)成為環(huán)境材料發(fā)展的一個(gè)方向。
(二)環(huán)境污染控制材料的研究類型和內(nèi)容
(1)類型:環(huán)保功能材料、減少材料的環(huán)境負(fù)荷、材料的再生和環(huán)境循環(huán)。(2)內(nèi)容:新型高效、無二次污染、低治理成本的水處理工程材料、大氣處理工程材料、固體廢物處理工程材料、環(huán)境修復(fù)與環(huán)境替代材料［3］。
四、環(huán)境污染控制材料緒論課講授的方法
(一)精心組織教學(xué)內(nèi)容
環(huán)境污染控制工程材料包含的知識(shí)面廣，內(nèi)容較多，有些知識(shí)點(diǎn)較為零散，只有通過對(duì)課程體系全面而系統(tǒng)地梳理，做到對(duì)教材每個(gè)章節(jié)的知識(shí)框架和重點(diǎn)難點(diǎn)了如指掌，才能在緒論課上通過向?qū)W生詳細(xì)介紹教材內(nèi)容的框架結(jié)構(gòu)及學(xué)時(shí)分配，串講并構(gòu)建分析教材基本知識(shí)體系，可以培養(yǎng)學(xué)生的全局意識(shí)，有助于學(xué)生整體掌握教材各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在邏輯及其前后銜接，學(xué)生會(huì)更容易抓住學(xué)習(xí)重點(diǎn)，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)各章節(jié)的內(nèi)容奠定基礎(chǔ)。
(二)緒論課的備課應(yīng)“與時(shí)俱進(jìn)”
隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和各種新材料的不斷涌現(xiàn)，教師應(yīng)緊密追蹤國內(nèi)外有關(guān)領(lǐng)域的最新科研進(jìn)展，及時(shí)引入新材料、新工藝、新技術(shù)的最新研究成果，不斷更新教學(xué)內(nèi)容與方法，將環(huán)境污染控制材料課程與時(shí)展、科技進(jìn)步緊密結(jié)合，為教學(xué)內(nèi)容注入新的活力，使教學(xué)內(nèi)容始終保持先進(jìn)，以開闊學(xué)生視野，使學(xué)生感到課程內(nèi)容新穎、有現(xiàn)代氣息，利于學(xué)生激發(fā)學(xué)習(xí)興趣及產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。
(三)以環(huán)境污染案例激發(fā)學(xué)習(xí)興趣
在緒論課中引入一些典型案例，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，消除學(xué)生對(duì)環(huán)境污染控制材料課程枯燥乏味的感覺。據(jù)中科院測(cè)算，目前由環(huán)境污染和生態(tài)破壞造成的損失已占到GDP總值的15%，這意味著一邊是9%的經(jīng)濟(jì)增長，一邊是15%的損失率。環(huán)境問題，已不僅僅是中國可持續(xù)發(fā)展的問題，已成為吞噬經(jīng)濟(jì)成果的惡魔。2010年七大觸目驚心環(huán)境污染事件中，福建紫金礦業(yè)有毒廢水泄漏事件繼墨西哥灣漏油事件、匈牙利鋁廠廢水泄漏流入多瑙河事件后排在第三位。2010年7月3日下午，福建省紫金礦業(yè)集團(tuán)有限公司銅礦濕法廠發(fā)生銅酸水滲漏事故。9100立方米的污水順著排洪涵洞流入汀江，導(dǎo)致汀江部分河段污染及大量網(wǎng)箱養(yǎng)魚死亡。三大原因造成紫金礦業(yè)污染事故:企業(yè)防滲膜破損直接造成污水滲漏、人為非法打通6號(hào)集滲觀察并排洪洞、檢測(cè)設(shè)備損壞致使事故未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)防治措施采用加石灰片堿中和處理、滲漏口攔截、外溢污水回抽等。大量的例子和數(shù)字可使學(xué)生對(duì)環(huán)境污染工程材料課程有一種全新的感覺和全新認(rèn)識(shí)，尤其是一些環(huán)境污染事故的深刻教訓(xùn)，雖然有設(shè)計(jì)方面、施工方面和材料質(zhì)量方面的原因，但也有企業(yè)本身利益的考量等。學(xué)生聽后深感今后工作責(zé)任的重大，從而培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境意識(shí)，加深學(xué)生對(duì)本門課程重要性的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)工作的責(zé)任感和對(duì)本課程學(xué)習(xí)的興趣。
(四)以新型材料開發(fā)和運(yùn)用激發(fā)學(xué)習(xí)的責(zé)任
隨著全球性生態(tài)環(huán)境的惡化，環(huán)境修復(fù)材料在未來將遇到更大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。溫室效應(yīng)、臭氧層空洞、POPs污染等重大環(huán)境問題，無一不是依靠材料科學(xué)與技術(shù)的進(jìn)步才能夠解決的。作為跨材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)以及生態(tài)科學(xué)等多學(xué)科的新型學(xué)科，環(huán)境材料技術(shù)在保持資源平衡、能源平衡和環(huán)境平衡，實(shí)現(xiàn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展等方面將起到非常重要的作用。生物修復(fù)材料的開發(fā)和運(yùn)用。2010年大連新港輸油管道發(fā)生爆炸，令大連受污染海域擴(kuò)大到430平方公里，北京威業(yè)源生物有限公司生產(chǎn)的國內(nèi)唯一具有生物修復(fù)功能的溢油分散劑“微普緊急泄漏處理液”防污，用細(xì)菌在大連近岸、海灘清污和清洗中發(fā)揮作用。植物修復(fù)技術(shù)是近年來快速發(fā)展的一種環(huán)境友好的低成本的生物修復(fù)技術(shù)。所謂植物修復(fù)是指以利用植物忍耐、超量積累和轉(zhuǎn)化某種或某些化學(xué)物質(zhì)的理論為基礎(chǔ)，利用植物吸收、降解、揮發(fā)、過濾、固定等作用，達(dá)到凈化土壤、水體和大氣中金屬元素、有機(jī)污染物和放射性元素的生物修復(fù)技術(shù)。與傳統(tǒng)化學(xué)修復(fù)和物理修復(fù)等技術(shù)相比，其具有很多突出的優(yōu)點(diǎn):首先，植物是“太陽能驅(qū)動(dòng)的環(huán)境過濾系統(tǒng)”，節(jié)省能源，成本低廉。其次，植物的生物產(chǎn)量大，可對(duì)大量的土地進(jìn)行修復(fù)。第三，植物修復(fù)范圍廣泛，可以對(duì)土壤、水和空氣中的污染進(jìn)行修復(fù)。第四，植物修復(fù)的效果還可以通過植物組織的成分來監(jiān)測(cè)。另外，植物還可以美化環(huán)境，是一種真正的綠色技術(shù)［4］。利用表面活性劑改性的有機(jī)膨潤土作為污染環(huán)境的修復(fù)劑。多孔陶瓷材料具有透過性好、相對(duì)密度低、機(jī)械強(qiáng)度高、比表面積大、熱導(dǎo)率低及耐高溫、耐腐蝕、吸附性能好等優(yōu)良特性，因此廣泛地應(yīng)用于冶金、化工、環(huán)保、能源、生物等領(lǐng)域，用作過濾、分離、擴(kuò)散、隔熱、吸聲、填料、生物陶瓷、催化劑載體等元件材料。多孔陶瓷材料優(yōu)良的物理和力學(xué)性能成為環(huán)境工程領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前景的生態(tài)環(huán)境材料，在環(huán)境治理和除污防毒工程中得到了廣泛應(yīng)用和推廣［5］。微波加熱與傳統(tǒng)加熱不同，微波加熱具有選擇性加熱、速度快、效率高和便于控制等特點(diǎn)，越來越多地被應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。微波輻射在很短時(shí)間內(nèi)能使污染物分解或降解，使活性炭再生;常壓下用微波輻射含有有機(jī)污染物的土壤，可使有機(jī)污染物降解;微波技術(shù)在固體廢棄物處理中有著極為廣泛的應(yīng)用前景，如醫(yī)療垃圾的滅菌消毒處理、微波焚燒處理廢印刷電路板(PCB)、回收貴金屬、廢舊輪胎的回收利用方面的應(yīng)用、建筑垃圾、包裝廢物、放射性有毒廢物等的處理［6］。通過以上新型材料的具體應(yīng)用，讓每個(gè)學(xué)生有一種“我就是開發(fā)這些材料應(yīng)用的技術(shù)人員”的感覺［7］，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)責(zé)任。
(五)豐富現(xiàn)代教學(xué)方法
在環(huán)境污染控制工程材料緒論課的教學(xué)中，可以大量采用多媒體教學(xué)、幻燈教學(xué)和電視教學(xué)，將大量環(huán)境污染錄像、圖片資料、實(shí)例、案例、實(shí)驗(yàn)視頻等適時(shí)地插入到課堂教學(xué)中，最大限度地緩解教學(xué)學(xué)時(shí)少與教學(xué)內(nèi)容多和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱等矛盾，也可以在課堂教學(xué)中充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步拓寬專業(yè)知識(shí)面。很容易使學(xué)生印象深刻并產(chǎn)生渴求掌握環(huán)境污染控制材料知識(shí)的內(nèi)在需要和濃厚興趣，并對(duì)后續(xù)教學(xué)內(nèi)容充滿期待，可以獲得良好的教學(xué)效果。
五、小結(jié)
環(huán)境污染控制工程材料的緒論課在整個(gè)課程的教學(xué)中具有特殊的意義，生動(dòng)地講授好材料的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)，重點(diǎn)講授好工程材料在環(huán)境污染控制中的地位與作用，闡明環(huán)境材料是人類保護(hù)環(huán)境、走可持續(xù)發(fā)展道路的意識(shí)在材料科學(xué)中的具體體現(xiàn)和實(shí)踐，無論是理論研究，還是設(shè)計(jì)、應(yīng)用與開發(fā)方面，環(huán)境材料都將隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的日益重視而取得更大的進(jìn)展。必定會(huì)提高學(xué)生對(duì)本課程的重視程度，同時(shí)也會(huì)增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)境意識(shí)及對(duì)新開設(shè)課程的新鮮感和好奇感，促進(jìn)該課程的教學(xué)及提高教學(xué)效果。在緒論課教學(xué)中，結(jié)合實(shí)際探索能夠激發(fā)學(xué)生積極性和主動(dòng)性的教學(xué)方法，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中收到良好的效果，為后續(xù)課程及今后的工作學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［8］。
