環境化學教學過程中的幾點思考

美 英 劉玉琦 相亞軍 包俊江

（內蒙古工業大學能源與動力工程學院 內蒙古·呼和浩特 010000）

教育是事關國家發展和民族未來的千秋基業。近年來隨著我國高等教育的不斷發展，抓好教學質量，培養高素質應用型、創新型人才是大學教育面臨的最緊迫的一件事。解決這一難題的關鍵是改變教學模式，在教學中調動學生積極性，提高學生分析問題，解決問題的能力。工業革命以后，八大公害事件等環境問題的愈演愈烈，環境科學成為最迅速發展的一門學科。隨著環境污染的日益嚴重，人們逐漸開始意識到環境保護重要性，從而帶動了對環境化學的研究，為環境科學的發展提供了深厚理論基礎，同時也為環境污染的治理提供了重要的科學依據。環境化學作為環境科學重要分支學科之一，具有多學科交叉性，綜合性強，且以化學污染物為研究對象，以解決環境問題為目標，研究有害化學污染物在環境介質中的存在、化學特性、行為和效應及其控制的化學原理和方法的科學。環境化學是利用基礎化學的理論知識來分析環境問題的科學。環境化學課程的設置是為了讓學生系統地掌握環境化學領域的基本知識，對分析污染問題的原因及防治措施的機理研究等方面打下堅實的理論基礎。學習該門課程，學生除需具備一定的無機化學、有機化學、分析化學、物理化學等相關課程基礎外，還需要有生物和環境學等方面的知識。通過本課程的學習，學生能夠較全面的了解環境化學所涉及的相關內容，掌握常見污染物的類型和危害、檢測的原理和方法，樹立牢固的環境保護意識，為學生今后從事環境保護及環境污染治理相關工作奠定扎實的環境化學理論和技術基礎。較好的環境化學課程教學質量，在一定程度上會影響學生的專業知識架構和從業能力，進而影響到畢業生的就業質量。因此，在環境化學教學方法及學時安排方面應該進行適當調整。《環境化學》教學過程中的改革和創新，有助于培養學生的專業興趣，提高學生的學習主動性，有利于后續相關課程的教學。為了最大限度地達到這門課程的教學目的，筆者結合自身從事環境化學教學與科研的經驗，從以下幾個方面對《環境化學》課程教學改革進行了探討，提出了具體的措施和方法。

在課程講解過程中授（講課）課老師的整體思路，課堂設計，講解順序等直接影響學生聽課效果。然而，在有限的時間讓學生掌握更多的知識，并達到培養學生創新思路是對學生和老師都是一種挑戰。所以講解過程中有幾點案例（大氣，水體和土壤中），與大家分享，并進行探討。

1 大氣環境化學

（1）講解環境化學第二章大氣環境化學光化學煙霧時，這一節課的課程設計思路為：實際案例，播放視頻：洛杉磯煙霧的視頻，播放時間5-8分鐘。授課老師從洛杉磯談到好萊塢—電影公司—明星—汽車—汽車尾氣—光化學反應—光化學煙霧—美國環境管理的轉折點—美國《清潔空氣法》等。

（2）課堂討論：通過視頻讓同學們總結光化學煙霧的概念和特點。之后由任課老師對概念和特點進行總結（8分鐘）。特點總結：顏色，氣體特性，危害及污染特征等方面進行總結。

（3）老師和學生互動學習過程，見表1。

表1

2 水環境化學

水處理過程中，重金屬污染物可以與S2-形成硫化物沉淀物而被去除。為監測重金屬在水體中含量是否超標等，可以依據下列算法進行計算。

水環境化學中以硫化物沉淀為例，課堂設計如下：

（1）講理論：水中存在S2-，重金屬與其形成沉淀物從水體中去除。講解兩個近似，見下圖2。

圖2

（2）講例題：含鎘廢水通入H2S達到飽和并調整pH為8.0，計算水中剩余鎘離子濃度？Cd的濃度怎么算？Cd的濃度與水體污染物綜合排放標準對比等？

從提出問題—講解理論—計算例題—實際結合，使整個過程具有一定的實際意義，讓學生理解深入。

3 吸附實驗與吸附等溫線

在講解水環境中顆粒物的吸附作用時，會講到吸附等溫線和等溫式，通過多年講解發現，學生理解這環節比較抽象，難以理解。課后有相應的計算題，學生主要通過老師講解的模型套數據計算，缺乏直觀而具體的理解。根據這樣的課程效果，現設計一個實驗環節，吸附等溫實驗，讓同學實踐，這樣實踐效果明顯，并提高學生對知識點的理解。課程講解分幾步進行：

3.1 理論學習

吸附定義：吸附是指溶液中的溶質在界面層濃度升高的現象。吸附過程是一個動態平衡過程，在固定的溫度條件下，當吸附達到平衡時，顆粒物表面上的吸附量與溶液中溶質平衡濃度之間關系，可用吸附等溫線來表達。

吸附等溫線：講解Langmuir模型，Freundlich模型等。

Langmuir模型為非線性方程模型，假設這一模型成立的條件為：(1)吸附點是均勻分布在介質上的；(2)吸附為單層吸附；(3)吸附平衡為瞬時平衡。Langmuir等溫模型的線性方程表達式為：

式中：Ce：平衡時液相中吸附質的質量濃度(mg/L)。

qe：平衡吸附量(mg/g)。

qmax：單層吸附的飽和吸附量(mg/g)。

b：與吸附熱有關的吸附平衡常數(L/mg)。

Freundlich等溫模型其實是一個半經驗方程，用來描述非均勻表面的非理想狀態下的吸附和多層吸附。其吸附力也降低了。其表達式如下：

Ce：為平衡時溶液中硝態氮的質量濃度(mg/L)。

qe：為平衡吸附量(mg/g)。

3.2 實驗準備及設計

見表2。

表2

3.3 總結報告與討論

采用Excel和SPSS模型處理數據。進一步延伸學習Temkin模型，Flory-Huggins模型和Dubinin-Radushkevich模型等吸附等溫模型來擬合吸附的過程。撰寫實驗報告，發現問題，優化實驗。