研究生课程《膜材料设计与应用》建设实践与思考

张国俊 徐世东 纪树兰

[摘要] 北京工业大学研究生课程《膜材料设计与应用》在建设实施过程中取得了一些可喜的成果,但也仅是一个起步阶段。随着膜分离技术在国家环境与能源领域重要性的体现,高等学校课程体系将不断更新与发展,《膜材料设计与应用》课程建设还需要与时俱进,希望能与兄弟院校一道迎来膜技术和化工课程群发展的更大空间。

[关键词] 《膜材料设计与应用》 建设实践 思考

化学化工是国民经济的重要基础产业,渗透到人们的衣、食、住、行等各个领域。现代材料学、环境学、生物学、电子和食品学等的发展与科技进步都与基础化学化工密不可分。基础化学化工类课程是高等工科院校最重要的基础课之一。北京工业大学化学工程与技术是北京市重点建设学科,在学校“211”工程理、工交叉学科建设发展中具有重要的支撑作用。其中,不断丰富和补充新的课程是实现跨越式学科发展的重要组成部分。作为一种新型高效化工分离单元,膜分离技术近年来正在化工、环境、医药、食品、电子等行业的脱盐、超纯水制备、污水处理,以及各种分离纯化过程中扮演着越来越重要的角色。基于膜分离技术的重要性,很多理工科高校从2000年以后陆续在本科生和研究生单独增设了有关分离膜的课程。从2007年开始,北京工业大学开始为应用化学与环境工程的研究生开设《膜材料设计与应用》专业选修课,制定和实施了新的教学大纲。考虑到膜分离技术在一些普通院校本科阶段尚未独立设课,以及部分应用化学与环境工程研究生的学科背景,本课程主要涵盖了现有主要分离膜技术,并重点从高分子膜材料设计、分析表征、膜科研及应用案例等方面展开。2008年学校专门对《膜材料设计与应用》研究生课程进行立项建设(项目编号:),现结合自己的教学工作和课程建设实践谈几点体会,希望能为相关学科与课程建设提供一些借鉴与参考。

一、“三维一体”的课程建设内容和实践

膜材料设计与应用是一门新型边缘学科,内涵非常丰富,既涉及高分子化学与材料,又涉及化工工艺设计与过程工程,是一门理论与实践结合非常紧密的课程。因此,我们与北京工业大学教育技术中心合作,实现了PPT课件、Flash动画、案例录像的“三维一体”课程建设,重点确定建设内容包括:

1.课件框架设计和规划

由授课教师、教育技术中心教师及相关研究生组成多媒体课件制作团队。在教学大纲的框架范围内,同时广泛征求了选课研究生以及过往研究生对课程内容的有益建议。精心对课程内容进行分类、归纳,设计出课件制作的框架结构,明确职责和建设内容。

2.Flash动画制作

由于本课程涵盖的知识面非常宽,有些知识又非常抽象。Flash动画可充分利用信息、图、文、声等的交互作用,调动学生的各种感官,充实教学容量,提高课堂教学效果,激发学生的学习积极性。例如,在讲授胶团强化超滤过程时,课程建设过程中将胶团形成过程及其与膜耦合分离制作成Flash动画,这样更利于学生很好的理解这一过程。本次课程建设完成类似的Flash动画10余个。

3.科研及工程实例录像拍摄

作为一门应用型科学,与科研及工程实例相结合能极大地激发研究生的科研和学习兴趣。本次课程建设中,将有关教学内容与授课教师的科研和工程经历相结合,对课题组的部分制膜和膜应用设备摄影录像,制成短片和标准的操作程序。例如重点拍摄了干/湿相转化制膜过程,使学生能够很清楚地看到高分子膜制备中,高分子从液相转变为固相的全过程,这样可提高课堂讲课和听课效果。此外,对渗透汽化膜过程工艺的录像拍摄也可以让学生更准确地了解到渗透汽化操作标准程序和科研过程中应注意的一些细节。此外,本次课程建设还到相关工厂或工程现场进行了实景录像和工程图片拍摄,并剪辑成记录短片,作为教师讲授和学生学习资源。本次课程建设完成大型反渗透装置装配、超滤大型设备、微滤中试过程等工程实例拍摄5个,以此激发研究生对膜技术的科研和应用的兴趣,使他们对自己的研究方向的前景存满信心。同时,上述实例录像也能澄清研究生对膜技术术语和概念的理解。比如:很多学生对反渗透的工艺流程中“段”和“级”的概念模糊,结合反渗透实例录像来介绍工艺设计,提高了研究生的学习兴趣,并能很快将“段”和“级”的概念牢固掌握。

二、网络课程教学建设及未来思考

当前高校教学改革的主要目标之一是要改变传统的以教师为中心的教学结构,建构一种既能发挥教师的指导作用又能充分体现学生学习主体作用的新型教学结构。多媒体和网络技术由于能提供图文声像并茂的多种感官综合刺激,能提供界面友好、形象直观的交互式学习环境(这有利于激发学生的学习兴趣和进行协商会话、协作学习),还能按超文本、超链接方式组织管理学科知识和各种教学信息,目前在Internet上按这种方式组织建构的知识库,这不仅有利于学生的主动发现、主动探索,还有利于发展联想思维和建立新旧知识之间的联系。

本次课程建设将建设成果上传到校内网作为学生的学习共享资源(http://ets.bjut.edu.cn/kejian/index.htm),此外通过设置一些交互意境,及时了解学生对本课程掌握程度及课程建设的改进意见。本次课程建设目标高标准化,参照了国家精品课程和北京市精品课程的网络资源,为今后申报精品课程奠定基础。网络课程建设重点设置了“课程介绍”“教师介绍”“教学大纲”、“授课教案”、“作业练习”、“参考书目”和“学生互动”等栏目。在“授课教案”栏目中还重点上传了授课教师近年来在国外SCI源期刊上发表的有关“聚电解质复合膜”和“膜法水处理”方向的一些研究实例,为研究生开展自己的科研工作提供示范和参考。由于《膜材料设计与应用》课程的授课对象为应用化学与环境工程的研究生,随着课程发展,计划在今后可结合授课教师的科研经历,再进一步增设“科研动向”、“技术新闻”等栏目。在上述栏目重点要体现技术发展的新动向。而且可以考虑与一些国内外膜主要机构及膜技术的主流网站相链接。如北美膜学会(http://www.che.utexas.edu/nams/NAMSHP.html),欧洲膜学会(http://www.ems.cict.fr/) 欧洲脱盐学会(http://www.edsoc.com/),中国膜工业协会(http://www.membranes.com.cn/)和中国膜技术网(http://www.mem-china.com/)。这样使研究生在浏览课程网站的同时能够了解到更多与膜技术相关的知识,了解膜技术的学科前沿,拓展科研视野,为今后从事膜技术的科研奠定基础。

总之,北京工业大学研究生课程《膜材料设计与应用》在建设实施过程中取得了一些可喜的成果,但也仅是一个起步阶段。随着膜分离技术在国家环境与能源领域重要性的体现,高等学校课程体系将不断更新与发展,《膜材料设计与应用》课程建设还需要与时俱进,希望能与兄弟院校一道迎来膜技术和化工课程群发展的更大空间。

参考文献:

[1]张国俊,纪树兰.《膜分离技术》课程特色与建设思考.教学交流,2008,(5):35.37.

[2]李银芳.高校精品课程建设中应注意的几个问题.中国高教研究,2007,(1):91-93.

北京工业大学研究生课程建设项目资助(项目编号:CR2008-B-022)。