生態(tài)環(huán)境材料課程教學改革探索

駱麗杰+林春富+陳擁軍

摘要：生態(tài)環(huán)境材料是21世紀材料科學的重要研究方向，也是一個多學科交叉的新領域，生態(tài)環(huán)境材料課程對增強材料科學與工程專業(yè)學生的環(huán)保意識有非常積極的作用。本文結合生態(tài)環(huán)境材料的教學實踐，從教學內容、教學模式等方面對該課程的教學改革進行了探索。

關鍵詞：生態(tài)環(huán)境材料；材料科學與工程；教學改革

中圖法分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）40-0124-03

一、引言

材料是國民經濟和社會發(fā)展的基礎和先導，它與能源、信息并行，被視為現(xiàn)代高科技的三大標志。工業(yè)的快速發(fā)展需要大量使用各種性能的材料，而材料在其生產、使用和廢棄的過程中都與環(huán)境有著密切的聯(lián)系。面對全球范圍內日趨惡化的資源能源緊缺、生態(tài)環(huán)境被污染等嚴峻問題，節(jié)約材料資源、發(fā)展與環(huán)境相容、對環(huán)境友好的新材料已成為社會可持續(xù)發(fā)展的必經之路[1]。因此，培養(yǎng)具有環(huán)境保護意識，并掌握相關知識的材料科學與工程技術專業(yè)人才，既是解決物質生產增長與資源環(huán)境瓶頸矛盾的急迫需求，也是材料科學與工程技術專業(yè)（材料專業(yè)）人才培養(yǎng)需要考慮的出發(fā)點。在人們呼吁節(jié)能減排、經濟和生活低碳化的當代，生態(tài)環(huán)境材料顯得更為重要，其理念更值得推廣。

應學科的建設和發(fā)展的要求，許多高校的材料專業(yè)新添了環(huán)境材料或生態(tài)材料課程。本校為材料專業(yè)的本科生開設的生態(tài)環(huán)境材料課程也有近五年的時間，該課程的教學目的是為了使學生理解在整個生命周期中材料與生態(tài)環(huán)境的密切關系，能夠利用生態(tài)環(huán)境材料學的基本理論提出實用性的生態(tài)材料的設計和評估方法。熟悉金屬、陶瓷、高分子材料、包裝材料、建筑材料等各類材料的生態(tài)化知識，在掌握材料回收技術、再生利用技術等基礎上培養(yǎng)學生合理利用生態(tài)材料的能力和保護生態(tài)環(huán)境的意識。在過去的課堂教學中，學生反映該課程內容抽象且信息量大。目前該課程作為本校材料專業(yè)的選修課，如何在有限的學時內讓學生系統(tǒng)、科學地掌握生態(tài)環(huán)境材料的相關知識，使其在未來的科研與工作中發(fā)揮實用性，需要對該課程進行教學改革。本文結合筆者近幾年的教學實踐，從對教學的多個方面進行探索提出幾點認識。

二、教學內容改革

1.教學內容的優(yōu)化。生態(tài)環(huán)境材料學是關于材料及材料循環(huán)過程與生態(tài)環(huán)境相互作用的科學，該課程涉及的領域非常廣泛，如能源材料、環(huán)境治理材料、環(huán)境降解材料、仿生物材料及有毒有害元素替代技術等[2]。目前本校材料專業(yè)使用的教材是翁端等編著的《環(huán)境材料學》，該教材包含三大部分：環(huán)境材料理論、環(huán)境材料關鍵技術、環(huán)境工程材料及環(huán)境友好材料。專業(yè)培養(yǎng)計劃把該課程安排在第七學期，課時僅為32學時，因而有必要對課程教學內容進行優(yōu)化和精練。

要讓學生了解本課程的重要性，在緒論部分需重點介紹材料（生產、使用和廢棄）對環(huán)境的依存關系，在結合實例講解的過程中，使學生意識到生態(tài)環(huán)境材料是未來材料領域重要的發(fā)展需求。材料環(huán)境影響的評價技術、材料的資源效率理論和材料的生態(tài)設計是生態(tài)環(huán)境材料的基礎理論，通過學習可以使學生掌握材料對環(huán)境影響因素的評價方法。這部分內容較為抽象，在教學中這部分內容要盡量用通俗易懂的語言來講解，并結合應用例子，如大家都熟悉的礦泉水瓶，運用LCA（Life Cycle Assessment）全生命周期的分析方法分析礦泉水瓶的全周期過程對環(huán)境的影響。考慮到材料專業(yè)具有較強的工程實踐性，因此在講授環(huán)境材料關鍵技術、環(huán)境工程材料及環(huán)境友好材料這部分內容時要求學生更多地掌握各種材料的環(huán)境友好加工及制備技術、環(huán)境凈化治理材料的類型、環(huán)境友好材料如綠色包裝材料、生態(tài)建材的特點等內容。只有熟悉掌握了各種生態(tài)環(huán)境材料的性能，才能夠為具備從事生態(tài)環(huán)境材料相關科學研究及技術開發(fā)的能力培養(yǎng)奠定了專業(yè)基礎。教學內容的重點放在新型生態(tài)環(huán)境材料的制備方法、性能特點以及實際應用的理論基礎上，分析各類生態(tài)環(huán)境材料的研究熱點和發(fā)展趨勢。在教材的基礎上對授課內容進行整合和提煉，突出講授內容的重點。

2.教學內容結合學科前沿。因為該課程涵蓋的內容較多，涉及生態(tài)學理論部分的內容較深奧，如果進行單一地講解，對于材料專業(yè)本科生來說太抽象且枯燥，難以激發(fā)學生濃厚的學習興趣。對于理論部分的教學內容，遵循由易到難、逐步深入的原則。同時為了活躍課堂氣氛，吸引學生的注意力，盡量向學生介紹學科前沿的研究成果和熱點。在介紹一種新型環(huán)境材料的制備和應用原理時，可結合生活中的例子，借助動畫的生動性來激發(fā)學生的興趣。例如講解環(huán)境凈化材料時，可以展示“自清潔玻璃”在國家大劇院外墻玻璃、汽車玻璃、家庭門窗等方面的應用，達到加深印象的目的。此外，在教學過程中還可以不斷地將本專業(yè)教師的科研成果或相關的研究課題引入到教學內容中。一方面可以激發(fā)學生對與生態(tài)環(huán)境材料相關的科學的研究興趣，自覺地鉆研課程內容；另一方面有利于學生把所學的知識應用到相對應的研究課題中，去發(fā)現(xiàn)、分析和解決實際的問題。作為實踐環(huán)節(jié)，設置一些與課程內容相關的大學生創(chuàng)新課題項目，讓學生在參與項目的過程中得到鍛煉和提高。通過對具體相關課題的實踐和研究，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，提高其專業(yè)綜合素質。

三、教學手段和方法的改革

1.靈活運用教學手段，提高教學效果。多媒體教學具有生動直觀、信息量大、內容豐富、可重復播放等優(yōu)點，因此以多媒體為主要教學方式[3]。例如，運用Flash、Photoshop等軟件把原理過程等制作成動畫或視頻效果來吸引學生的注意力，可以解決在教學中學生感到枯燥乏味、抽象難懂的問題。但多媒體教學也有其不足的地方，由于課件播放速度大，部分學生在課堂上難以充分理解和掌握知識點，因此講授難點內容的時候，有必要運用傳統(tǒng)的板書模式加以分析與講解。

在本課程的材料制備技術環(huán)節(jié)，盡管學生對制備原理、工藝方法的課堂認知可以達到一定的程度，但聯(lián)系到實際應用時仍會模糊不清。因此，可以將課堂教學適當地引入實驗室，讓學生身臨其境地觀看，對材料的制備技術等有更全面、更深入地認知和理解。endprint

2.教學方法多樣化，激發(fā)學生的主觀能動性。生態(tài)環(huán)境材料學是一門綜合性較強的交叉學科課程，涉及材料、化工、環(huán)境工程等多領域[4]，教學過程若以傳統(tǒng)的靜態(tài)授課方式進行，將很容易使該課程陷入枯燥無味的狀態(tài)。教師照本宣科地去講述理論知識，以學術化、理論化為重點，將無法激發(fā)學生的學習熱情，也不利于學生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，教學效果必然較差[5]。因此，只有運用討論式、啟發(fā)式、開放式、案例式等多樣化的教學手段和方法，理論與實踐相結合才能獲得理想的教學效果[6，7]。為此，本校采用教師為主導、學生為主體的原則，教學活動以教師授課、學生小講座和討論專題的方式展開。在教師主講部分主要采用啟發(fā)式的教學方法，講課過程中留下疑問給學生，讓學生去進行自我思考和探索。例如，在講解材料的生態(tài)設計時，以工業(yè)固體廢棄物制備生態(tài)環(huán)境材料為例，讓學生思考對固廢粉煤灰進行生態(tài)化設計有哪些具體應用。同時，為了給學生營造一個活躍的課堂氣氛，在教學過程中適當地安排一些時間讓學生講解自己制作的課程PPT內容，內容可以是最新的環(huán)境材料研究資訊，也可以結合學生參與的環(huán)境材料相關課題的研究進展來做報告。通過實踐發(fā)現(xiàn)，大部分學生對于這種教學模式比較有熱情，而且學生的思維遠比想象中的要開闊，這樣極大地提高了學生的積極性。除此之外，還設置了討論環(huán)節(jié)，讓學生表述自己對新型生態(tài)環(huán)境材料的制備工藝、性能及應用方面的認識，學生們可以各抒己見，教師在此過程中可以對學生認知不完善和有疑問的地方進行補充和解答。采用這種討論式的教學方法，學生可以收獲和相互傳遞新的知識，培養(yǎng)學生主動、創(chuàng)新以及解決實際問題的能力。

3.營造課程網絡環(huán)境。借助發(fā)達的網絡技術，可以為學生創(chuàng)造更好的學習條件。目前本校網絡教學綜合平臺為本科教學建立了豐富的課程網絡教學資源。課程網絡教學的內容包括：課程資料（課程描述、教學大綱、授課教案、講課錄像、網絡課件、實驗指導、參考資料）、課外練習（作業(yè)習題）、模擬自測（自我評價、建設報告）、學科前沿動態(tài)（補充資料）等，學生可借助手機上網就能進行課程的學習。資源庫中還擁有精品課程共享系統(tǒng)，學生可以分享校內外的精品課程內容，這些措施有效地打破了課堂教學的時效限制。此外，通過開通班級微信群等方式，為學生創(chuàng)建一個輕松、愉快的課后交流平臺。例如，教師隨時可以在群里轉發(fā)一些國內外最新的生態(tài)環(huán)境材料研究資訊，學生可以充分利用課余時間來學習。通過同學之間、師生之間的即時互動可以產生新的觀點，有利于提高學生的認知水平，對于教師自身來說也是一種學習的機會。

四、改進考核方式

考核在教學過程中是非常重要的一個環(huán)節(jié)，它能夠有效反饋出教與學的信息。過去的考核方式是以課程的期末考試或寫一篇課程論文作為評定學生成績的依據。閉卷考試一方面增加了學生的記憶負擔，嚴重影響了學生對課程的興趣，使之失去學習的熱情；另一方面難以客觀地反映學生掌握教學內容的情況，體現(xiàn)不出學生實際對分析和解決問題的能力。課程論文的方式容易使學生養(yǎng)成抄寫拼湊的陋習，無法培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，因此采用多樣化的綜合考核方式才能盡可能真實地反映出學生的實際能力。

目前的考核方式由平時成績和期末考試成績兩部分組成。在試點班中，將平時成績的比例由30%提高到了40%，考評內容為學生的到課情況、作業(yè)、課堂討論、學生小講座等，有利于激發(fā)學生對該課程的參與熱情。期末考試占60%，以開放式的分析題和綜合題為主，考核學生對基本知識的掌握程度及應用知識解決實際問題的能力，達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的目的，也避免了學生養(yǎng)成考試突擊記憶的弊病。對于改革后的考核評分體系，學生普遍認為可以反映自己的綜合學習水平。

五、結語

生態(tài)環(huán)境材料是未來材料發(fā)展的方向，是走可持續(xù)發(fā)展道路的必然要求，因此對于材料專業(yè)的學生來說，提高環(huán)境保護意識具有非常重要的意義，這將有利于培養(yǎng)學生在未來從事材料設計、材料生產等工作時，注重材料與環(huán)境的協(xié)調性和相容性。為了材料科學與工程的培養(yǎng)目標的實現(xiàn)，有必要對材料專業(yè)課程的教學進行改革和探索，通過不斷地完善，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的優(yōu)秀材料專業(yè)人才。

參考文獻：

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[2]左鐵鏞，聶祚仁.環(huán)境材料基礎[M].北京：科學出版社，2003：5-12.

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[7]劉景宏.“環(huán)境材料學”自學討論教學法實踐[J].中國電力教育，2012，（10）：102，109.endprint