無機材料方向優(yōu)秀論文范文參考一：

　　《2020中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》[1]顯示，影響農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量的主要污染物是重金屬。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化不斷推進，重金屬污染已成為中國當(dāng)前最突出的土壤環(huán)境問題[2]，開展重金屬污染土體治理與修復(fù)工作迫在眉睫。

　　固化穩(wěn)定化被美國國家環(huán)保局(USEPA)認為是處理有毒有害固廢的最佳技術(shù)[3]，其應(yīng)用比例顯著高于其他修復(fù)技術(shù)，是當(dāng)前環(huán)境巖土領(lǐng)域的研究熱點[4]。固化后污染土中重金屬的遷移性、滲透性、生物有效性均降低[5-6]，但局限性在于該技術(shù)并未降低重金屬總量，在污染土資源化利用過程中重金屬可能重新溶出。因此，固化土在復(fù)雜環(huán)境中的浸出特性直接決定了其是否具有長期化學(xué)穩(wěn)定性及可利用性。曹智國等[7]研究表明，8種水泥、石灰配比的固化鉛污染土均滿足干濕循環(huán)要求;楊潔等[8]發(fā)現(xiàn)反復(fù)凍融處理會使穩(wěn)定化土壤中砷的不穩(wěn)定形態(tài)增加19.81%，浸出濃度由115.5 μg/L增加至151.5 μg/L。

　　目前，學(xué)者們主要致力于固化土在不同環(huán)境中的力學(xué)特性如無側(cè)限抗壓強度等的研究[9-11]，少有的浸出特性研究也聚焦干濕循環(huán)、凍融循環(huán)，尚未考慮極端濕度、溫度條件對重金屬浸出的影響。中國暴雨、高溫天氣頻現(xiàn)，二次利用的固化污染土有可能暴露在長期浸水、高溫環(huán)境中。筆者以環(huán)境效應(yīng)及失穩(wěn)機制研究為目標(biāo)，借助固化率初篩適宜的固化材料配比，模擬干濕循環(huán)、長期浸水、高溫、凍融循環(huán)等環(huán)境，以浸出毒性為評價指標(biāo)，探討水泥、水泥+粉煤灰、石灰固化鎘鉛鎳污染土的環(huán)境效應(yīng)及失穩(wěn)機制，力求為固化重金屬污染土在工程中的實際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

　　1 試驗材料與方法

　　1.1 試驗材料

　　試驗用粉質(zhì)黏土的物理化學(xué)性質(zhì)見表1。

　　固化材料的主要化學(xué)成分及質(zhì)量分數(shù)見表2。水泥為普通硅酸鹽42.5#水泥;粉煤灰取自天津楊柳青電廠，主要由煤灰和爐渣組成(質(zhì)量比是7：3)，主要成分為SiO2、Al2O3及Fe2O3;石灰為白色粉末狀固體，CaO含量(灼燒后)≥99%。

　　1.2 試驗方法

　　1.2.1 試樣的制備及固化率測試

　　根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》(GB 36600—2018)[12]，按第一類用地管制值配置47 mg/kg的鎘污染土、800 mg/kg的鉛污染土、600 mg/kg的鎳污染土。

　　依據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》(JTG 3430—2020)[13]，將風(fēng)干土研磨過2 mm篩，將Cd(NO3)2·4H2O、Pb(NO3)2、Ni(NO3)2·6H2O溶液淋入土壤并充分攪拌均勻，按與干土質(zhì)量百分比摻入固化材料并充分混合。參考已有研究[14-16]，水泥質(zhì)量分數(shù)為10%、20%、30%、40%、50%、60%;保持水泥和粉煤灰總質(zhì)量分數(shù)為40%不變，用不同質(zhì)量分數(shù)的粉煤灰代替水泥，配比為36%水泥+4%粉煤灰、32%水泥+8%粉煤灰、28%水泥+12%粉煤灰、24%水泥+16%粉煤灰;石灰質(zhì)量分數(shù)為2%、4%、6%、8%、10%。

　　干濕及凍融循環(huán)試驗過程中試樣內(nèi)水分遷移會導(dǎo)致重金屬的遷移，造成試樣中重金屬分布不均。因目前業(yè)內(nèi)尚無試樣尺寸的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，故在設(shè)計試樣尺寸時適當(dāng)降低高度，以減小重金屬隨高度分布不均對測試結(jié)果的影響。采用靜壓法制備直徑為60 mm、高度為40 mm的試樣(圖1)。試樣含水率設(shè)定為25%(無機材料完全水解所需水量的理論值)。

　　固化率測試過程根據(jù)《固體廢物 浸出毒性浸出方法 醋酸緩沖溶液法》(HJ/T 300—2007)，步驟為：

　　1)試樣在溫度25 ℃，濕度≥90 %條件下養(yǎng)護28 d;

　　2)用試劑水稀釋17.25 mL冰醋酸定容至1 L，配置成浸提劑;

　　3)取粒徑小于9.5 mm的樣品于提取瓶中，按液固比20：1加入浸提劑，25 ℃下翻轉(zhuǎn)振蕩20 h;

　　4)在壓力過濾器上裝好0.45 μm濾膜，過濾獲得浸出液;

　　5)為保證重金屬完全浸出，浸出液用硝酸酸化至pH<2，并于4 ℃冷藏保存;

　　6)用原子吸收分光光度計(圖2)測定浸出液中重金屬濃度，按式(1)計算固化率。

　　式中：Q為固化率，%;C0為未添加固化材料重金屬初始浸出濃度，mg/L;C為添加固化材料后重金屬浸出濃度，mg/L。

　　1.2.2 環(huán)境效應(yīng)試驗

　　干濕環(huán)境模擬：依據(jù)美國ASTM D4843-88 [17]，將固化土放在透水石上再放入水槽中，加水至土樣高度的1/2，直至土樣上表面出水;取出試樣，放入20 ℃養(yǎng)護室內(nèi)脫水24 h，為一次干濕循環(huán)，循環(huán)0、1、3、5、7、10次。

　　浸水環(huán)境模擬：將土樣完全浸入水面以下，浸泡時間為7、14、21、28 d。

　　高溫環(huán)境模擬：利用烘箱調(diào)節(jié)溫度，土樣被分別放置50、60、70 ℃條件下12 h。

　　凍融環(huán)境模擬：依據(jù)京津冀近50年氣候條件，選擇-20 ℃為凍結(jié)溫度，20 ℃為融化溫度，土樣包裹保鮮膜放入快速凍融試驗機內(nèi)，凍結(jié)12 h、融化12 h為一次凍融循環(huán)，循環(huán)0、1、3、5、7、10次。

　　對干濕、凍融循環(huán)后土樣進行預(yù)試驗，即在試樣剖面中軸線處由下至上等距依次取5個樣測試浸出濃度。預(yù)試驗結(jié)果表明，不同取樣位置處重金屬浸出濃度幾乎沒有差別，因此，降低試樣高度能夠保證水分遷移過程中重金屬分布的均勻性。另據(jù)文獻報道[18]，相較于水分，溫度是影響重金屬浸出的主要因素，故干濕、浸水、凍融、高溫環(huán)境下均從中心取樣點(圖3)取樣，測試浸出毒性。采用Tessier連續(xù)提取法進行重金屬形態(tài)分析試驗[19]。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 無機固化劑適宜摻量的確定

　　水泥對土中鎘、鉛、鎳的固化率分別為90.20%、86.48%、90.06%(圖4(a))，且隨水泥質(zhì)量分數(shù)的增加，重金屬的固化率上升，但40%～60%時，固化率幾乎保持不變，水泥的最佳摻量為40%。采用粉煤灰替換等量水泥后，鎘、鉛、鎳的固化率在8%替換量下分別提升了3.33%、5.70%、2.38%(圖4(b))，但隨粉煤灰質(zhì)量分數(shù)的繼續(xù)增大，重金屬固化率大幅度下降，說明粉煤灰在改善固化效果方面具有局限性，過多粉煤灰不利于固化。石灰對鎘、鎳的固化率可分別達93.59%、92.05%，高于單一水泥固化效果，但石灰對鉛的固化效果不佳，出現(xiàn)質(zhì)量分數(shù)越大，固化率反而降低的情形(圖4(c))，石灰不適用于鉛的固化。

　　從整體上看，3種無機材料對重金屬的固化效果均為Cd>Ni>Pb，但不同重金屬對固化材料依然存在選擇性。結(jié)合固化效果及經(jīng)濟性指標(biāo)，鎘、鉛、鎳污染土適宜選用的固化材料及配比分別為石灰(8%)、水泥+粉煤灰(32%+8%)、水泥+粉煤灰(32%+8%)，其中水泥+粉煤灰(32%+8%)的通用性較好，適用于混合污染土。

　　2.2 固化重金屬污染土環(huán)境效應(yīng)分析

　　2.2.1 水泥固化鎘鉛鎳污染土的環(huán)境效應(yīng)

　　干濕循環(huán)條件下固化鎘鉛鎳污染土的浸出毒性小于未經(jīng)過干濕循環(huán)的污染土，均遠小于限值(圖5(a))。干濕循環(huán)1～3次固化污染土的浸出毒性呈小幅度下降趨勢，3次循環(huán)后鎘、鉛、鎳的浸出毒性分別下降了0.218、0.893、0.46 mg/L，3～10次循環(huán)后保持穩(wěn)定。長期浸水條件下具有相似的性質(zhì)，浸水后7 d浸出毒性下降，7 d后基本保持不變(圖5(a))。原因是水環(huán)境下養(yǎng)護28 d的試樣中水泥的水化作用其實只完成了2/3[20]，循環(huán)中土體頻繁接觸H2O、空氣中的CO2，為水泥水化創(chuàng)造了有利條件，水化得以繼續(xù)進行，生成更多水化產(chǎn)物以繼續(xù)固化重金屬，故重金屬的浸出毒性下降。不同點在于，長期浸水條件水下封閉體系使固化體不能接觸空氣，影響了水解速率，故在穩(wěn)定后污染土的浸出毒性高于干濕循環(huán)條件下的浸出毒性。

　　隨溫度升高，水泥固化污染土的浸出毒性顯著增大，70 ℃下鎘污染土、鎳污染土的浸出毒性超標(biāo)，分別達到1.204、5.316 mg/L(圖5(b))。在凍融作用下，水泥固化污染土鎘、鉛、鎳的浸出毒性在1～5次循環(huán)時增加，5次循環(huán)的浸出毒性較未循環(huán)分別增加了0.221、2.06、1.628 mg/L，逼近限值，在5～10次循環(huán)中上下波動但變化幅度不大(圖5(b))。

　　依據(jù)《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》(GB 5085.3—2007)[21]中的重金屬浸出限值，在水環(huán)境(干濕循環(huán)、長期浸水)條件下，水泥固化重金屬污染土具有較好的環(huán)境效應(yīng)，可以維持穩(wěn)定性，但水泥固化污染土對環(huán)境溫度具有敏感性。在水泥的固化反應(yīng)(硅相和鋁相反應(yīng))作用下[22]，污染土中生成了大量的C-S-H凝膠、塊狀Ca(OH)2和針狀的鈣礬石(圖6(a))，同時，自由移動的重金屬污染物被比表面積較大的C-S-H凝膠所吸附并封閉起來，生成了CSH-重金屬絡(luò)合物;鈣礬石也通過離子置換和表面負電性吸附重金屬，有機結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)重金屬含量占據(jù)主導(dǎo)，水泥固化重金屬污染土自身是具有穩(wěn)定性的，這與文獻[23-24]的研究結(jié)果一致。但溫度的改變會導(dǎo)致重金屬形態(tài)及土體微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。70 ℃下固化后污染土團聚體發(fā)生破裂，呈現(xiàn)出較多碎散晶體狀(圖6(b))，鎘、鉛、鎳的可交換態(tài)較25 ℃增加6.91%、6.07%、5.54%，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)含量上升，穩(wěn)定態(tài)含量下降12.13%、10.07%、12.50%。凍融循環(huán)過程中伴隨溫度不斷變化，土體結(jié)構(gòu)由緊密變?yōu)樗缮顟B(tài)，孔隙增大，顆粒間距增加(圖6(c))，鎘、鉛、鎳的穩(wěn)定態(tài)含量分別下降7.28%、2.57%、6.08%，可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)含量上升。5～10次循環(huán)土體不斷調(diào)整適應(yīng)了溫度變化，整個粒度成分向均一性發(fā)展[25]，浸出毒性也趨于穩(wěn)定。溫度的改變會引起較大粒級顆粒團聚體間的分裂，進而破壞CSH-重金屬結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性，導(dǎo)致可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)的含量增多，浸出毒性增強，這一結(jié)論與文獻[8]一致。溫度是水泥固化土二次應(yīng)用必須考慮的因素。

　　2.2.2 水泥粉煤灰固化鎘鉛鎳污染土的環(huán)境效應(yīng)

　　水泥粉煤灰固化污染土環(huán)境效應(yīng)的變化規(guī)律與水泥固化時大致相同(圖7)，水環(huán)境條件下浸出毒性均遠小于限值。原因是在水泥水化的堿性環(huán)境中，適量的粉煤灰與硅相反應(yīng)的生成物Ca(OH)2反應(yīng)，生成吸附、包裹重金屬的C-S-H，加快水化速度，但反應(yīng)生成的C-S-H覆蓋在粉煤灰顆粒表面，阻礙了剩余粉煤灰的活化(圖8(a));且粉煤灰進行反應(yīng)消耗了一部分后續(xù)鋁相水化所需的OH-，減緩了水化進程，而最佳的粉煤灰摻量對水泥水化起促進作用，經(jīng)3次干濕循環(huán)，鎘、鉛、鎳的浸出毒性分別下降0.04、0.598、0.618 mg/L。干濕循環(huán)5次、浸水7 d浸出毒性的穩(wěn)定值均低于水泥單獨固化。

　　同樣地，溫度變化會破壞水泥粉煤灰水化產(chǎn)物和重金屬固化體系的結(jié)構(gòu)，土顆粒間距增大。凍融循環(huán)5次，鎘、鉛、鎳的穩(wěn)定態(tài)含量分別下降10.26%、6.6%、8.78%，非穩(wěn)定態(tài)含量上升。70 ℃下大的團聚體幾乎分解為游離的小顆粒(圖8(b))，鎘、鉛、鎳的穩(wěn)定態(tài)減少13.05%、10.84%、6.3%。

　　2.2.3 石灰固化鎘鉛鎳污染土的環(huán)境效應(yīng)

　　由圖9可見，干濕循環(huán)和長期浸水條件下石灰固化污染土的浸出毒性趨于穩(wěn)定，3種重金屬浸出毒性維持在0.452～0.482、3.174～3.325、2.318～2.402 mg/L范圍內(nèi)。沉淀物作為固化產(chǎn)物具有水穩(wěn)定性，溶解度不受浸水與否的影響，不會產(chǎn)生環(huán)境效應(yīng)，重金屬的浸出毒性幾乎不變。凍融循環(huán)作用下鎘、鉛、鎳的浸出毒性略有上升。

　　與水泥固化土不同的是，高溫條件下浸出毒性上升但幅度不大，原因在于石灰?guī)淼膹妷A性環(huán)境直接將重金屬轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的氫氧化物、碳酸鹽沉淀，重金屬的形態(tài)直接轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定態(tài)(圖10)，沉淀并不會隨溫度升高而分解，浸出毒性小幅上升主要是溫度對重金屬浸出的促進作用。

　　石灰固化污染土的浸出毒性受環(huán)境變化影響較小，在水環(huán)境和溫度環(huán)境中均具有較好的穩(wěn)定性。

　　3 討論

　　溫度會對固化污染土產(chǎn)生明顯影響，所有固化體的浸出毒性均升高。固化污染土的實際應(yīng)用過程中，夏季持續(xù)高溫暴曬使地表溫度容易達到70 ℃以上，固化土的高溫環(huán)境效應(yīng)予以重視。研究發(fā)現(xiàn)，水泥、水泥粉煤灰固化污染土浸出毒性在5次凍融循環(huán)時逼近限值。在大面積土壤應(yīng)用中，固化劑和土壤混合程度及凍融溫度條件處于非理想狀態(tài)，Tao等[26]、羅仁杰等[27]、Meeravali等[28]的研究中，試樣尺寸、凍融溫度、時間、循環(huán)次數(shù)指標(biāo)的選取都不盡相同，雖然均得出浸出毒性隨凍融次數(shù)的增加先增大后穩(wěn)定的統(tǒng)一規(guī)律，但不同試驗條件獲得的重金屬浸出極值有差距，因此，在大面積推廣前，還應(yīng)研究室內(nèi)模擬試驗和現(xiàn)場原位修復(fù)的差別。

　　采用降低試樣高度的方法以保證水分遷移過程中重金屬分布的均勻性，若后續(xù)涉及力學(xué)性質(zhì)如抗壓、抗剪強度的測定，試樣高度需滿足一定要求以便于觀察分析試樣的破壞形態(tài)，則可以參考馮亞松[29]用乳膠膜、PVC護筒包裹土樣，并用尼龍繩扎緊的方法使重金屬在土中分布更均質(zhì)。因此，試樣制備前應(yīng)充分考慮試樣高度有無特殊要求，進而采取針對性措施以達到重金屬均勻分布的目的。

　　研究發(fā)現(xiàn)水環(huán)境(干濕、浸水)條件下無機材料固化重金屬污染土均不存在環(huán)境風(fēng)險，其浸出毒性均低于《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》(GB 5085.3—2007)中的限值。而查甫生等[30]、張雪芹[31]研究表明，水泥固化污染土的浸出毒性隨干濕循環(huán)次數(shù)先減小后增大，原因是他們的研究中重金屬離子濃度為5 000 mg/kg的高濃度，高于筆者研究的濃度。故高濃度污染土的固化處置需進行特殊考慮，稀釋降低其濃度水平是提升固化效果的有效措施。

　　石灰固化鉛試樣在浸水21 d左右發(fā)生了破碎(見圖11)，這是由于石灰含量僅為2 %，不能為土體提供強度支撐，土體顆粒間孔隙較大，浸水后水填充進入土體內(nèi)部空隙導(dǎo)致破壞，但增加石灰摻量會顯著降低鉛的固化率。

　　污染土的二次應(yīng)用需要統(tǒng)籌考慮固化率、環(huán)境效應(yīng)和土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等因素，按本試驗中的適宜配比，8%的粉煤灰代替水泥可以降低修復(fù)成本，每立方米污染土修復(fù)約節(jié)省40.96元。

　　無機材料方向優(yōu)秀論文范文參考二：

　　無機材料的發(fā)展伴隨著整個人類文明的進程，無機材料制備技術(shù)也隨之不斷突破。面對科技的飛速進步和產(chǎn)業(yè)的不斷革新，無機材料制備技術(shù)的知識體系日益龐大，相關(guān)課程也面臨著知識理論不系統(tǒng)、更新速度慢的困境[1]。為積極應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，教育部提出“新工科建設(shè)”的工程教育改革方向，旨在對傳統(tǒng)工程教育課程進行改革和創(chuàng)新，以培養(yǎng)具有較強的實踐能力、跨學(xué)科整合能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才[2]。為推動無機非金屬材料工程專業(yè)的升級改造，實現(xiàn)“新工科”人才培養(yǎng)目標(biāo)，有 必要開展無機材料新技術(shù)新工藝課程建設(shè)。

　　一、無機材料新技術(shù)新工藝課程教學(xué)現(xiàn)狀

　　無機材料新技術(shù)新工藝是無機非金屬材料工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，匯集了眾多無機材料制備技術(shù)的最新發(fā)展成果。課程以結(jié)構(gòu)陶瓷材料、多維無機材料、新型建筑材料等典型無機非金屬材料為對象，分類介紹不同材料的制備新技術(shù)及其應(yīng)用場景。學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)，掌握新型無機非金屬材料合成與制備方法，獲得運用科學(xué)思維開發(fā)新型無機材料的基本素養(yǎng)。在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的時代背景下，材料制備技術(shù)快速更迭，傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以實現(xiàn)課程 的教學(xué)目標(biāo)，課程教學(xué)仍存在一些問題。

　　(一)教學(xué)內(nèi)容繁多且更新滯后

　　無機材料新技術(shù)新工藝課程教學(xué)內(nèi)容主要由課程負責(zé)人圍繞本校無機非金屬材料工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo) 自行確定。目前，安徽工業(yè)大學(xué)無機材料新技術(shù)新工藝的課程內(nèi)容包含新型高技術(shù)陶瓷材料制備原理、先進結(jié)構(gòu)陶瓷材料制備與應(yīng)用、零維納米材料制備新技術(shù)、一維纖維與晶須材料制備與應(yīng)用、新型薄膜材料制備技術(shù)、新型膠凝材料制備技術(shù)、新型保溫材料制備技術(shù)，共計9章內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容涵蓋范圍廣，知識點分散。然而，課程僅安排了32學(xué)時，課時緊任務(wù)重，難以取得良好的教學(xué)效果。此外，當(dāng)前材料制備新技術(shù)層出不窮，但教學(xué)內(nèi)容更新較慢，與學(xué)科前沿脫節(jié)，有些材料制備技術(shù)甚至已在實際生產(chǎn)中被淘汰，學(xué)生難以 獲得最新的理論知識。

　　(二)教學(xué)方法單一

　　由于缺少相關(guān)教材，學(xué)生僅通過授課教師展示的PPT學(xué)習(xí)相關(guān)知識理論，缺少課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)的相關(guān)教學(xué)資料。這種教學(xué)方式不僅難以有效傳遞理論知識，也降低了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。此外，在以教師為中心的授課過程中，師生缺乏溝通交流的有效途徑，難以評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。盡管課程已開通網(wǎng)絡(luò)授課平臺(如雨課堂、學(xué)習(xí)通等)，但網(wǎng)絡(luò)平臺資源建設(shè)嚴重不足。

　　無機材料新技術(shù)新工藝課程內(nèi)容所涉及的領(lǐng)域廣泛，對授課教師專業(yè)知識的廣度和深度均提出了較高的要求。然而，課程采用傳統(tǒng)的責(zé)任教師制，授課教師所熟知的研究方向較窄，難以涵蓋大部分的授課內(nèi)容。教 師授課形式呆板，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性較低。

　　(三)課程考核方式簡單

　　無機材料新技術(shù)新工藝課程考核采用的是論文成績與平時成績相結(jié)合的方式，課程論文成績占總成績的60%，平時成績占總成績的40%。雖然平時成績綜合了課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)完成情況，但平時成績不能真實有效地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。另一方面，課程論文的考核要求低，考核形式呆板，學(xué)生僅通過簡單地總結(jié)相關(guān)文獻即可完成課程論文，難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意 識和運用知識解決實際問題的能力。

　　二、無機材料新技術(shù)新工藝課程建設(shè)策略

　　(一)創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

　　新工科背景下，教學(xué)設(shè)計應(yīng)突出以學(xué)生為中心，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。然而，無機材料新技術(shù)新工藝課程對學(xué)生的基礎(chǔ)知識水平要求較高，學(xué)生經(jīng)常因其知識點太過抽象，且無專業(yè)教材作為學(xué)習(xí)媒介，而導(dǎo)致學(xué)習(xí)積極性不高。為此，應(yīng)以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為導(dǎo)向，創(chuàng)新課程的教學(xué)策略。

　　首先，傳統(tǒng)課堂教學(xué)多以授課教師為中心，學(xué)生被動接收相關(guān)知識，缺乏自主學(xué)習(xí)能力的鍛煉[3]。為改變這一情況，在教學(xué)過程設(shè)計時，注重學(xué)生的主體性，采用“課前引導(dǎo)式自主學(xué)習(xí)，課中研討型互動教學(xué)，課后個性化素質(zhì)拓展”的教學(xué)模式。在線下授課前，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺預(yù)先發(fā)布與本次課程內(nèi)容相關(guān)的話題和教學(xué)視頻，引導(dǎo)學(xué)生提前學(xué)習(xí)相關(guān)背景知識。在課堂教學(xué)過程中，邀請幾位學(xué)生針對上述話題發(fā)表自己的看法，以話題研討的方式，引出本次課程的核心知識點。這不僅能加深學(xué)生對知識點的理解，更能培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、持續(xù)創(chuàng)新的能力。例如，在講授多孔陶瓷制備新技術(shù)時，課前預(yù)先通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺發(fā)布介紹多孔陶瓷性能、用途和傳統(tǒng)制備方法的相關(guān)視頻，并發(fā)布討論話題：“多孔結(jié)構(gòu)陶瓷有哪些種類，可分別用于哪些領(lǐng)域?目前的使用性能存在哪些不足?你認為這與傳統(tǒng)制備方法有什么關(guān)系?”課堂上安排3～5名學(xué)生發(fā)言，隨后教師總結(jié)現(xiàn)有多孔陶瓷比強度低、顯氣孔率高的問題，引出高強度閉孔發(fā)泡陶瓷制備新技術(shù)——高溫發(fā)泡工藝，闡述其制備原理和性能優(yōu)勢。最后，布置發(fā)散性思維的課后思考題，要求學(xué)生結(jié)合課堂知識，繼續(xù)深挖材料制備新技術(shù)的發(fā)展方向。例如，在學(xué)習(xí)完高溫發(fā)泡工藝后，讓學(xué)生思考如何解決高溫?zé)蓭淼母吣芎膯栴}。

　　其次，在線下教學(xué)過程中增設(shè)認識實習(xí)環(huán)節(jié)，利用現(xiàn)有科研平臺，將課堂由教室?guī)нM實驗室。這不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能將抽象的理論知識實現(xiàn)可視化，促進學(xué)生對新技術(shù)和新工藝的理解。例如，在講述水熱合成法制備納米陶瓷粉體時，帶領(lǐng)學(xué)生觀摩相關(guān)教師的科研過程，以實踐觀摩的方式體會新技術(shù)的魅力。

　　再次，實施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。由教師指定某一材料合成新技術(shù)，并對學(xué)生進行分組，讓每組學(xué)生自行查找相關(guān)資料，制作PPT和相關(guān)視頻。隨后由各組代表進行課堂講授，其余各組學(xué)生提問并評價打分，以此鍛煉學(xué) 生自主學(xué)習(xí)能力和團隊協(xié)作能力。

　　(二)更新教學(xué)內(nèi)容，突出科技前沿

　　近年來科技快速發(fā)展，新型無機功能材料層出不窮，其背后是材料制備技術(shù)的不斷突破。只有不斷更新課程內(nèi)容，才能從本質(zhì)上推動無機材料新技術(shù)新工藝課程的建設(shè)。授課教師應(yīng)關(guān)注相關(guān)領(lǐng)域的最新科研動態(tài)，分析材料制備技術(shù)的新發(fā)展，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，并收集相關(guān)教學(xué)資料。

　　結(jié)合本校無機非金屬材料工程專業(yè)的培養(yǎng)方案、師資情況，規(guī)劃課程教學(xué)大綱，更新教學(xué)內(nèi)容。安徽工業(yè)大學(xué)無機非金屬材料專業(yè)的培養(yǎng)方向主要分為功能陶瓷和建筑材料，且在先修課程中已安排了高技術(shù)陶瓷材料、建筑材料、膠凝材料工藝學(xué)等相關(guān)課程。在本課程內(nèi)容修訂時，始終圍繞上述兩個方向的最新科研成果和行業(yè)發(fā)展。例如，在介紹建筑材料新技術(shù)新工藝時，圍繞“雙碳”目標(biāo)，增加堿激發(fā)膠凝材料制備技術(shù)和碳化養(yǎng)護制磚技術(shù)等內(nèi)容，與先修課程膠凝材料工藝學(xué)、建筑材料等有效銜接，讓學(xué)生了解行業(yè)發(fā)展需求，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維。

　　“新工科”建設(shè)的重要目標(biāo)之一是培養(yǎng)具備解決實際工程問題的系統(tǒng)性分析能力的人才[4]。在無機材料新技術(shù)新工藝課程內(nèi)容推陳出新的過程中，不能一味追求“高、新、尖”技術(shù)，而是要緊跟時代和行業(yè)的發(fā)展需求，這也要求授課教師緊跟行業(yè)發(fā)展，與企業(yè)密切聯(lián)系，明確行業(yè)對新技術(shù)新工藝的現(xiàn)狀和發(fā)展需求，及 時修訂教學(xué)大綱、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。

　　(三)改進教學(xué)模式，推進線上線下教學(xué)融合

　　靈活運用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，推進線上線下教學(xué)融合，是豐富無機材料新技術(shù)新工藝課程教學(xué)內(nèi)容，完善課程教學(xué)手段，創(chuàng)新課程教學(xué)設(shè)計的必要途徑[5]。首先，根據(jù)課程大綱合理利用線上教學(xué)平臺，建立各章節(jié)教學(xué)資源，有針對性地解決專業(yè)教材缺乏的現(xiàn)實問題。教師將課程課件以及搜集的相關(guān)資料分享至線上平臺，便于學(xué)生預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)，同時也有助于教師追蹤課程建設(shè)軌跡，完善課程內(nèi)容建設(shè)。其次，針對課時緊張的問題，可充分利用線上教學(xué)平臺資源豐富、學(xué)習(xí)靈活的特點，將課堂延伸至課后。最后，利用線上教學(xué)平臺的課前討論、課程簽到、作業(yè)發(fā)布、線上答疑、成績分析等多樣化的功能，使教師從關(guān)注教學(xué)結(jié)果轉(zhuǎn)變到關(guān)注教學(xué)過程，幫助授課教師及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，進而 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改進教學(xué)設(shè)計，提高教學(xué)效果。

　　(四)融合課程思政，加強思想引領(lǐng)

　　在工科類專業(yè)課程建設(shè)中，深挖課程中的思政元素，推進課程思政建設(shè)，是實現(xiàn)全程育人和全方位育人目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)[6]。在課程教學(xué)中，挖掘新技術(shù)誕生源頭的關(guān)鍵人物和事跡，培養(yǎng)學(xué)生不畏艱難，勇于創(chuàng)新的精神。例如，在學(xué)習(xí)二維材料——石墨烯的制備技術(shù)時，可突出介紹高鴻鈞院士以光刻技術(shù)制備單晶石墨烯的新方法，這種新方法突破了傳統(tǒng)方法的局限，為實現(xiàn)大規(guī)模、低成本、高效率地制備單晶石墨烯提供了新思路。

　　我國一代又一代科技工作者不懈努力，不斷突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，在無機材料新技術(shù)新工藝教學(xué)過程中，引入我國科學(xué)家突破國外技術(shù)封鎖、開創(chuàng)技術(shù)先河的實際案例，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和民族自信。例如：在介紹一維材料碳纖維的制備技術(shù)時，重點介紹我國科學(xué)家在聚丙烯腈基高強度碳纖維生產(chǎn)技術(shù)上突破技術(shù)封鎖，實現(xiàn)國產(chǎn)化，助力我國航空航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展。

　　材料制備新技術(shù)的突破和發(fā)展通常與時代需求密切相關(guān)，在全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化的現(xiàn)實情況下，我國提出“雙碳”發(fā)展目標(biāo)，鼓勵各行各業(yè)創(chuàng)新技術(shù)，實現(xiàn)節(jié)能減排。在介紹新型膠凝材料制備技術(shù)時，不僅要讓學(xué)生了解新技術(shù)的特點和應(yīng)用領(lǐng)域，還要讓學(xué)生領(lǐng)悟材料低碳化制備技術(shù)對環(huán)境保護的現(xiàn)實意義， 培養(yǎng)出以國家和社會發(fā)展為己任的新一代工程人才。

　　(五)實施多教師授課制度

　　實施多教師授課制度，組建由責(zé)任教師和兼任教師構(gòu)成的動態(tài)化授課團隊。課程的教學(xué)內(nèi)容由責(zé)任教師根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和當(dāng)前的行業(yè)熱點先行確定，再由責(zé)任教師根據(jù)授課內(nèi)容，邀請相關(guān)研究領(lǐng)域的教師兼任授課教師，從而組建高水平的專業(yè)教師團隊，為課程教學(xué)改革提供保障。此外，對于與工程實踐緊密結(jié)合的材料制備新技術(shù)新工藝，可聘請來自企業(yè)的技術(shù)專家作為兼職教師，為培養(yǎng)具備工程實踐能力的綜合性人 才奠定基礎(chǔ)。

　　(六)改革評價機制，實施形成性評價

　　多元化的評價機制能準(zhǔn)確反映課程教學(xué)效果，對提高課程教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性具有重要意義[7]。豐富無機材料新技術(shù)新工藝課程的考核手段，可以實施形成性評價方法。在形成性評價過程中，不僅要考查學(xué)生課堂出勤、課堂討論、課后作業(yè)等情況，還要重點考查課前預(yù)習(xí)、課后線上學(xué)習(xí)等自主學(xué)習(xí)情況，以及翻轉(zhuǎn)課堂、實踐課程等實際表現(xiàn)。把課程評價機制貫穿于整個教學(xué)過程中，全方位跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。另一方面，在以課程論文為考核方式的基礎(chǔ)上，需要調(diào)整課程論文的撰寫要求，突出對學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。例如，當(dāng)以“高性能混凝土的制備方法及其關(guān)鍵工藝”為主題布置課程論文時，要求學(xué)生在綜述現(xiàn)有研究文獻的基礎(chǔ)上，結(jié)合“雙碳”目標(biāo)，思考高性能混凝土低碳化發(fā)展的可行路徑。通過增加開放性的 話題，培養(yǎng)學(xué)生主動思考的意識和創(chuàng)新精神。

　　三、無機材料新技術(shù)新工藝課程建設(shè)成效

　　教學(xué)改革實踐表明，上述課程建設(shè)策略對提升課程的教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力具有顯著的效 果。

　　(一)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提升

　　通過搭建“超星學(xué)習(xí)通”線上教學(xué)平臺，增設(shè)線下認識實習(xí)，使枯燥的灌輸式學(xué)習(xí)變成了隨時隨地的自主學(xué)習(xí)和實地可見的實踐學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提升。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生總能提出對某一材料合成新工藝的認識和看法。另一方面，思政案例的融入也明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強了學(xué)生的 社會責(zé)任感。

　　(二)學(xué)生的實踐能力增強

　　通過增設(shè)“實驗進課堂”線下認識實習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生對典型無機材料制備技術(shù)的理解更加深刻。在學(xué)習(xí)本課程后，部分學(xué)生積極聯(lián)系導(dǎo)師進入實驗室參與材料研究工作，學(xué)生的實踐能力有了提升。學(xué)生普遍認為認識實習(xí)環(huán)節(jié)為畢業(yè)論文工作和未來的研究深造提 供了良好的基礎(chǔ)。

　　(三)教學(xué)效果良好

　　在“超星學(xué)習(xí)通”線上教學(xué)平臺上傳的教學(xué)視頻、發(fā)布的課前討論話題、布置的課后作業(yè)及解析均對學(xué)生開放，相關(guān)資源的點擊率已超過80%，學(xué)生課后作業(yè)的質(zhì)量也有明顯提升。得益于形成性評價機制和線上教學(xué)平臺，在每章節(jié)學(xué)習(xí)后，通過統(tǒng)計學(xué)生的課堂出勤、課堂討論和課后作業(yè)完成情況，結(jié)合線上資源自主學(xué)習(xí)頻率，授課教師能及時掌握每位同學(xué)的學(xué)習(xí)情況。經(jīng)過動態(tài)監(jiān)控和跟蹤調(diào)整，學(xué)生的課堂出勤率和課后 作業(yè)完成率均超過99%，課程及格率為100%。

　　四、結(jié)語

　　無機材料新技術(shù)新工藝課程作為匯集無機非金屬材料工程專業(yè)新技術(shù)、新理論的專業(yè)課程之一，在新工科背景下，通過創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計、更新教學(xué)內(nèi)容，并采用線上線下融合式教學(xué)模式、多教師授課制度以及形成性評價手段，開展課程建設(shè)，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維和實踐能力的高素質(zhì)工程人才，促進無機非金屬材料工程專業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

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