环境化学教学过程中的几点思考

美 英 刘玉琦 相亚军 包俊江

（内蒙古工业大学能源与动力工程学院 内蒙古·呼和浩特 010000）

教育是事关国家发展和民族未来的千秋基业。近年来随着我国高等教育的不断发展，抓好教学质量，培养高素质应用型、创新型人才是大学教育面临的最紧迫的一件事。解决这一难题的关键是改变教学模式，在教学中调动学生积极性，提高学生分析问题，解决问题的能力。工业革命以后，八大公害事件等环境问题的愈演愈烈，环境科学成为最迅速发展的一门学科。随着环境污染的日益严重，人们逐渐开始意识到环境保护重要性，从而带动了对环境化学的研究，为环境科学的发展提供了深厚理论基础，同时也为环境污染的治理提供了重要的科学依据。环境化学作为环境科学重要分支学科之一，具有多学科交叉性，综合性强，且以化学污染物为研究对象，以解决环境问题为目标，研究有害化学污染物在环境介质中的存在、化学特性、行为和效应及其控制的化学原理和方法的科学。环境化学是利用基础化学的理论知识来分析环境问题的科学。环境化学课程的设置是为了让学生系统地掌握环境化学领域的基本知识，对分析污染问题的原因及防治措施的机理研究等方面打下坚实的理论基础。学习该门课程，学生除需具备一定的无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等相关课程基础外，还需要有生物和环境学等方面的知识。通过本课程的学习，学生能够较全面的了解环境化学所涉及的相关内容，掌握常见污染物的类型和危害、检测的原理和方法，树立牢固的环境保护意识，为学生今后从事环境保护及环境污染治理相关工作奠定扎实的环境化学理论和技术基础。较好的环境化学课程教学质量，在一定程度上会影响学生的专业知识架构和从业能力，进而影响到毕业生的就业质量。因此，在环境化学教学方法及学时安排方面应该进行适当调整。《环境化学》教学过程中的改革和创新，有助于培养学生的专业兴趣，提高学生的学习主动性，有利于后续相关课程的教学。为了最大限度地达到这门课程的教学目的，笔者结合自身从事环境化学教学与科研的经验，从以下几个方面对《环境化学》课程教学改革进行了探讨，提出了具体的措施和方法。

在课程讲解过程中授（讲课）课老师的整体思路，课堂设计，讲解顺序等直接影响学生听课效果。然而，在有限的时间让学生掌握更多的知识，并达到培养学生创新思路是对学生和老师都是一种挑战。所以讲解过程中有几点案例（大气，水体和土壤中），与大家分享，并进行探讨。

1 大气环境化学

（1）讲解环境化学第二章大气环境化学光化学烟雾时，这一节课的课程设计思路为：实际案例，播放视频：洛杉矶烟雾的视频，播放时间5-8分钟。授课老师从洛杉矶谈到好莱坞—电影公司—明星—汽车—汽车尾气—光化学反应—光化学烟雾—美国环境管理的转折点—美国《清洁空气法》等。

（2）课堂讨论：通过视频让同学们总结光化学烟雾的概念和特点。之后由任课老师对概念和特点进行总结（8分钟）。特点总结：颜色，气体特性，危害及污染特征等方面进行总结。

（3）老师和学生互动学习过程，见表1。

表1

2 水环境化学

水处理过程中，重金属污染物可以与S2-形成硫化物沉淀物而被去除。为监测重金属在水体中含量是否超标等，可以依据下列算法进行计算。

水环境化学中以硫化物沉淀为例，课堂设计如下：

（1）讲理论：水中存在S2-，重金属与其形成沉淀物从水体中去除。讲解两个近似，见下图2。

图2

（2）讲例题：含镉废水通入H2S达到饱和并调整pH为8.0，计算水中剩余镉离子浓度？Cd的浓度怎么算？Cd的浓度与水体污染物综合排放标准对比等？

从提出问题—讲解理论—计算例题—实际结合，使整个过程具有一定的实际意义，让学生理解深入。

3 吸附实验与吸附等温线

在讲解水环境中颗粒物的吸附作用时，会讲到吸附等温线和等温式，通过多年讲解发现，学生理解这环节比较抽象，难以理解。课后有相应的计算题，学生主要通过老师讲解的模型套数据计算，缺乏直观而具体的理解。根据这样的课程效果，现设计一个实验环节，吸附等温实验，让同学实践，这样实践效果明显，并提高学生对知识点的理解。课程讲解分几步进行：

3.1 理论学习

吸附定义：吸附是指溶液中的溶质在界面层浓度升高的现象。吸附过程是一个动态平衡过程，在固定的温度条件下，当吸附达到平衡时，颗粒物表面上的吸附量与溶液中溶质平衡浓度之间关系，可用吸附等温线来表达。

吸附等温线：讲解Langmuir模型，Freundlich模型等。

Langmuir模型为非线性方程模型，假设这一模型成立的条件为：(1)吸附点是均匀分布在介质上的；(2)吸附为单层吸附；(3)吸附平衡为瞬时平衡。Langmuir等温模型的线性方程表达式为：

式中：Ce：平衡时液相中吸附质的质量浓度(mg/L)。

qe：平衡吸附量(mg/g)。

qmax：单层吸附的饱和吸附量(mg/g)。

b：与吸附热有关的吸附平衡常数(L/mg)。

Freundlich等温模型其实是一个半经验方程，用来描述非均匀表面的非理想状态下的吸附和多层吸附。其吸附力也降低了。其表达式如下：

Ce：为平衡时溶液中硝态氮的质量浓度(mg/L)。

qe：为平衡吸附量(mg/g)。

3.2 实验准备及设计

见表2。

表2

3.3 总结报告与讨论

采用Excel和SPSS模型处理数据。进一步延伸学习Temkin模型，Flory-Huggins模型和Dubinin-Radushkevich模型等吸附等温模型来拟合吸附的过程。撰写实验报告，发现问题，优化实验。