《环境功能材料设计创新》教学大纲

《环境功能材料设计创新》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03178384课程性质：学科基础创新学分：2学分学时：32学时（理论24学时，实验8学时）先修课程：无机化学、环境学、分析化学后续课程：大气污染控制工程、水污染控制工程、水处理技术创新等适用专业：环境工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《环境功能材料设计创新》是环境工程专业必修的一门学科基础创新课。本课程主要讲授环境功能材料的结构、性能、制备与表征方法等知识，强调培养学生综合运用功能材料的相关基础理论知识设计优良的环境功能材料的创新能力，培养学生切实解决生产实际中的环境污染问题的能力，为学生学习后续相关课程以及毕业后从事环境功能材料开发与设计工作打下良好的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：了解环境功能材料的分类、结构和性能，掌握典型环境功能材料的制备和表征方法，掌握运用环境功能材料修复和控制污染物的原理。课程目标2：掌握重要环境功能材料的设计思路，并能根据污染物控制标准和要求对环境功能材料进行简单的设计选型，能够针对复杂环境工程问题给出可行的技术方案。课程目标3：了解典型环境功能材料用于污染控制的技术现状和发展趋势，培养学生的自主学习意识和终身学习意识，并在课程学习中懂得更加自觉地爱护大自然，更加积极地参与环境保护事业。三、课程目标与毕业要求《环境功能材料设计创新》课程教学目标对环境工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度2.问题分析2.2能根据数学、自然科学和工程科学的基本原理分析环境工程领域复杂工程问题，获得多种解决方案。课程目标1：了解环境功能材料的分类、结构和性能，掌握典型环境功能材料的制备和表征方法，掌握运用环境功能材料修复和控制污染物的原理。M3.设计/开发解决方案3.1能够针对复杂环境工程问题特别是装备制造业工业污染问题，提出解决问题的技术方案。课程目标2：掌握重要环境功能材料的设计思路，并能根据污染物控制标准和要求对环境功能材料进行简单的设计选型，能够针对复杂环境工程问题给出可行的技术方案。H4.研究4.2能够设计方案，选用或搭建实验装置，采用科学的实验方法，安全地开展实验，能采集和分析实验数据。课程目标1：了解环境功能材料的分类、结构和性能，掌握典型环境功能材料的制备和表征方法，掌握运用环境功能材料修复和控制污染物的原理。H12.终身学习12.1能够在社会发展的大背景下，认识到自主学习和终身学习的必要性，有自主学习和终身学习的意识。课程目标3：了解典型环境功能材料用于污染控制的技术现状和发展趋势，培养学生的自主学习意识和终身学习意识，并在课程学习中懂得更加自觉地爱护大自然，更加积极地参与环境保护事业。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.絮凝材料1.1絮凝材料的种类1.2絮凝材料的作用机理1.3絮凝材料在净水中的应用教学要求：了解絮凝材料的分类，掌握絮凝剂的作用机理、絮凝材料的制备方法，能够根据污水和污染物类型对絮凝材料进行简单的设计选型。重点：絮凝剂的作用机理。难点：根据污水的治理要求对絮凝材料进行简单的设计选型。41、2、32.吸附材料2.1吸附材料概述2.2沸石吸附材料2.3活性炭吸附材料2.4吸附材料的应用教学要求：了解影响吸附过程的因素，掌握吸附剂的作用机理，掌握吸附剂表征方法，能够根据污染物特征与控制要求设计选择的合适的吸附剂。重点：吸附剂的作用机理、表征方法。难点：根据污染物特征与控制要求设计选择的合适的吸附剂。41、2、33.催化材料3.1催化材料基础知识3.2催化材料制备方法3.3催化材料在水处理中的应用教学要求：理解催化反应的特征，掌握催化材料的作用机理，了解催化材料的组成、分类、制备和表征方法，掌握催化材料在污染治理中的作用机理。重点：催化材料的作用机理。难点：催化材料的结构及表征。41、2、34.金属类人工纳米材料4.1金属类人工纳米材料简介4.2金属类人工纳米材料的制备、表征和改性4.3金属类人工纳米材料在环境污染治理中的应用教学要求：了解金属类人工纳米材料的设计思路，掌握金属类人工纳米材料的制备、表征和改性方法，了解金属类人工纳米材料在环境污染治理中的应用现状。重点：金属类人工纳米材料的制备、表征。难点：金属类人工纳米材料的改性设计。441、2、35.磁性复合人工纳米材料5.1磁性复合人工纳米材料简介5.2磁性复合人工纳米材料的制备、表征和改性5.3磁性复合人工纳米材料在环境污染治理中的应用教学要求：了解磁性复合人工纳米材料的设计思路，掌握磁性复合人工纳米材料的制备、表征和改性方法，了解磁性复合人工纳米材料在环境污染治理中的应用现状。重点：磁性复合人工纳米材料的制备、表征。难点：磁性复合人工纳米材料的改性设计。441、2、36.有机聚合物类人工纳米材料6.1有机聚合物类人工纳米材料简介6.2有机聚合物类人工纳米材料的制备、表征和改性6.3有机聚合物类人工纳米材料在环境污染治理中的应用教学要求：了解有机聚合物类人工纳米材料的设计思路，掌握有机聚合物类人工纳米材料的制备、表征和改性方法，了解有机聚合物类人工纳米材料在环境污染治理中的应用现状。重点：有机聚合物类人工纳米材料的制备、表征。难点：有机聚合物类人工纳米材料的改性设计。41、2、3合计2482.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.金属类纳米材料的制备及其活性测定实验内容：典型金属类纳米材料的制备及改性方法。实验要求：了解金属类纳米材料的性能；掌握金属类纳米材料的制备方法；理解金属类纳米材料活性的测定方法。41、22.磁性材料的制备及对水中污染物的去除实验内容：磁性材料的制备及对水中污染物的去除作用。实验要求：理解磁性材料去除水中污染物的作用机理；掌握磁性材料的制备方法及污染物的分析方法。41、2、3合计8五、教学方法及手段本课程以课堂教学为主，并积极探索教学改革。课上利用超星学习通平台，配合多媒体课件,采用启发式、讨论式、案例式及探究式等教学手段组织课堂，促进学生积极思考，激发学生的创新潜能，培养学生分析问题和解决问题的能力。课下采取自学、分组任务和课后作业等形式，对课堂授课内容进行巩固和提高，并采用钉钉、微信等交流工具，加强和学生之间的交流和沟通。在实验教学环节中，注重使学生掌握环境功能材料设计方面的基本知识和基本技能，培养学生的自主学习能力、动手操作能力和对问题的分析、总结和表达能力，并使学生具有对环境功能材料进行设计的创新能力。六、课程资源1.推荐教材：（1）李秀芬.环境功能材料[M].北京:化学工业出版社,2021.（2）廖润华.环境治理功能材料[M].北京:中国建材工业出版社,2017.2.参考书：（1）冯玉杰.环境功能材料[M].北京:化学工业出版社,2010.（2）吴爱国,张玉杰.功能化材料及其环境应用[M].北京:科学出版社,2019.（3）郭占虎,陈元,陆娜.多功能纳米复合材料及其在能源和环境中的应用(英文版)[M].北京:高等教育出版社,2018.3.期刊：（1）赵昱.煤矸石制备环境功能材料的研究进展化学通报[J].2022,85:1090–1095.（2）王志刚.铁系环境功能材料应用于难降解有机污染物研究进展[J].水处理技术,2020,46(12):1–6,11.（3）ShiD,ZhuG,ZhangX,etal.UltraSmallandRecyclableZero-valentIronNanoclustersforRapidandHighlyEfficientCatalyticReductionofP-nitrophenolinWater[J].Nanoscale,2019,11:1000–1010.（4）ShiD,ZhuG,ZhangX,etal.Decoratingofultrasmallandrecyclablenanoscalezero-valentirononNH2-SiO2forenhancedhigh-performanceremovalofwaterpollutants[J].JournalofAlloysandCompounds,2019,785:183–192.（5）ShiD,ZhangX,WangJ,etal.Highlyreactiveandstablenanoscalezero-valentironpreparewithinvesiclesanditshigh-performanceremovalofwaterpollutants[J].AppliedCatalysisB:Environmental,2018,221:610–617.4.网络资源：（1）任学勇.生物质材料与能源导论[EB/OL].北京:中国大学慕课,2019[2022-06-30]./course/BFU-1205907811?tid=1467024462.（2）卢艳丽.迷人的材料世界[EB/OL].北京:中国大学慕课,2018[2022-06-30].https://www.icour-/course/NWPU-1002725002?tid=1466878463.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现8（1）根据课堂抢答或者课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√44作业8（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√44分组任务8（1）主要考核学生对环境功能材料特点、应用现状、发展趋势的掌握程度和团队合作能力，满分100分。（2）以分组任务成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√332实验16主要考核学生对实验内容和原理的掌握情况、考察学生的实验设计能力和动手操作能力，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√862期末考核60（1）期末大作业成绩100分，以大作业成绩乘以其在总评成绩中所占比例计入课程总评成绩；（2）主要考查学生对环境功能材料的结构、性能、特点、制备与表征方法的掌握情况，对应用功能材料控制环境污染的原理的理解情况等。√√√302010合计：100分493714八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、作业、分组任务、实验、期末大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末大作业成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末大作业成绩为100分（权重60%），试题类型为案例分析综合应用题，大作业中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题不低于50%；课堂表现、作业、分组任务、实验等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和期末考核分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现20积极认真参与教学活动，踊跃回答问题，且答案准确。认真参与教学活动，积极回答问题且答案基本准确。多次参与教学活动和回答问题。上课不认真，偶尔参与教学活动。上课不认真，不参与教学活动。作业20作业完整，思路清晰，准确率大于90%，字迹工整。作业完整，准确率大于80%，字迹工整。不交作业2次，准确率大于70%。不交作业3次，准确率大于60%。不交作业4次及以上，准确率小于60%。分组任务20积极参与分组任务活动，踊跃汇报分组任务的完