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环 境 化 学 Environmental Chemistry

全国高校师资网络培训 2013 年 10 月 12 日，北京. 环 境 化 学 Environmental Chemistry. 南开大学环境化学课程组. 第三讲. 浅谈本科 《 环境化学 》 课程的一点教学经验 —— 以土壤环境化学为例. 汪磊 博士 / 副教授 南开大学环境科学与工程学院. 自我介绍. 汪磊. 教研经历. 2009/12 – 今，南开大学，环境科学系，副教授 2011/09 – 2013/03 ，美国纽约州卫生署， Wadsworth 研究所，博士后

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Presentation Transcript

  1. 全国高校师资网络培训 2013年10月12日，北京 环 境 化 学 Environmental Chemistry 南开大学环境化学课程组

  2. 第三讲 浅谈本科《环境化学》课程的一点教学经验——以土壤环境化学为例 汪磊 博士/副教授 南开大学环境科学与工程学院

  3. 自我介绍 汪磊 教研经历 2009/12 – 今，南开大学，环境科学系，副教授 2011/09 – 2013/03，美国纽约州卫生署，Wadsworth研究所，博士后 2010/03 – 2010/07，瑞士联邦水科学与技术研究所 (Eawag)，环境化学部，访问学者 2007/07 – 2009/11，南开大学，环境科学系，讲师 wang2007@nankai.edu.cn 学习经历 • 2002/09 – 2007/06，南开大学，环境科学系，博士 • 1998/09 – 2002/06，南开大学，环境科学系，学士

  4. 内容提要 课程教学设计介绍（以土壤环境化学为例） 课程教学方法与技巧分享 课程实践教学介绍 课程拓展延伸的介绍 绿色化学章节的课程介绍（戴树桂先生授课视频）

  5. 课程教学设计介绍（以土壤环境化学为例） 主要知识点：10个 • 土壤矿物质的组成 • 三大类粘土矿物的结构特点 • 土壤有机质的概念和组成 • 土壤胶体的概念和特性 • 双电层结构 • 土壤胶体的缓冲作用机制 • 土壤重金属的5种存在形态 • 农药在土壤中迁移的3种机制 • 非极性有机污染物在土壤颗粒上的分配与表面吸附与双态模型 • 典型农药在土壤中的转化

  6. 课程教学设计介绍（以土壤环境化学为例） 教学要求 掌握土壤的组成及性质；污染物在土壤－植物体系中的迁移和它的作用机制，以及主要农药和重金属在土壤中的迁移、转化与归趋。了解土壤的组成与性质，土壤的粒级与质地分组特性；了解污染物在土壤－植物体系中迁移的特点、影响因素及作用机制。掌握土壤的吸附、酸碱和氧化还原特性，重金属离子和农药在土壤中的迁移原理与主要影响因素，以及主要农药和重金属离子在土壤中的转化规律与效应。

  7. 课程教学设计介绍（以土壤环境化学为例） 难点问题 土壤胶体双电层的形成机理 土壤重金属的形态划分及生态风险 非极性有机污染物在土壤颗粒上的分配与表面吸附的特点和区别 典型农药的生物及非生物转化路径。

  8. 课程教学设计介绍（以土壤环境化学为例） 课时数：4 教学难题：课时不够 解决办法1：“偷”其他章节的课时； 解决办法2：设置自学内容，并通过作业和考试检验；

  9. 课程教学设计介绍（以土壤环境化学为例） 偷课时数 1）第3章第3节“水中有机污染物的迁移转化”； 2）第5章第3节“污染物质的生物富集、放大和积累”；

  10. 课程教学方法与技巧分享 a.入题 1）从重大环境事件引入；

  11. 课程教学方法与技巧分享 a.入题 2）从国家重要科研计划引入；

  12. 课程教学方法与技巧分享 b.拉回注意力 1)从身边案例中提出问题；

  13. 松花江硝基苯污染事件解析及修复对策 事件回放 2005年11月13日，吉林省境内中石油吉化公司“双苯”车间发生爆炸，爆炸地点距离松花江较近，导致近百吨含硝基苯、苯等污染物随消防废水大量流入松花江。 硝基苯随流而下，穿越吉林省，到达黑龙江省以至中俄边境，在沿途水中的浓度超过国家标准 几十至上百倍，导致下游哈尔滨等城市停水多天。 主要污染物硝基苯 松花江 3-16

  14. 松花江硝基苯污染事件解析及修复对策 提出问题： 事故假如发生在夏季，污染物的迁移转化行为与发生在冬季有哪些方面的不同。 主要污染物硝基苯 提示词1：放热吸附； 提示词2：生物可利用性； 松花江 3-17 17

  15. 课程教学方法与技巧分享 b.拉回注意力 2) 有奖抢答；

  16. 游戏-1 联想题（猜污染物） 超市 银行 奶瓶 罐头 内分泌干扰物 环氧树脂 塑料

  17. 游戏-2 极地 蒸馏 季风 丹麦 new POPs 不粘锅 表面活性剂

  18. 课程教学方法与技巧分享 c.对案例的运用 1）一个案例讲解多个知识点；

  19. 涉及的知识点 重金属污染物的形态。 土壤质地对重金属迁移性的影响。

  20. 涉及的知识点 污染物的价态变化。 植物对土壤重金属的富集规律。

  21. 课程教学方法与技巧分享 c.对案例的运用 2）通过科学家的小故事引起兴趣；

  22. 超积累植物 L. Q. Ma, K. M. Komar, Cong Tu, Weihua Zhang, Yong Cai and E. D. Kennelley. Nature 409, 579 (2001) Chinese Brake fern (Pteris vittata) 中国凤尾蕨，俗称蜈蚣草

  23. 马教授发现超级累植物的偶然性与发现重要科学问题的必然性；马教授发现超级累植物的偶然性与发现重要科学问题的必然性； 引导与培养学生的创新思维习惯与能力；

  24. 类似的例子还有… 双态模型 （Dual model) 　邢宝山和Joseph J.Pignatello或其他合作者在系列研究中发现：吸附等温线普遍呈现非线性，并可发生在几个不同浓度数量级；即使完全去除了矿物组分后也并不影响其吸附等温线的非线性；两种以上溶质共存时，溶质间表现有竞争吸附，如溶质的结构相似竞争现象更强，等等

  25. 课程教学方法与技巧分享 d.双语教学 （通过课堂阅读学习领域内著名期刊论文摘要增强外文专业论文阅读能力）；

  26. 文 献 学 习

  27. Environ Sci Technol，2008,42, 1594-1599 《Dissolved Organic Matter Conformation and Its interaction with Pyrene As Affected by Water Chemistry and Concentration》 AFM images showing different DOM conformation

  28. 课程教学方法与技巧分享 e.文献阅读能力锻炼 I.课前阅读学习研究论文； II.请论文的原作者到课堂提问、打分；

  29. 课程教学方法与技巧分享 f.多使用图示和flash说明问题 (以次生粘土矿物的结构讲解为例)

  30. 硅氧四面体片 tetrahedral sheet 共用底角氧原子

  31. 共用上下 两层氧原 子形成片 铝氧八面体片 ctahedral sheet

  32. 同晶取代：当硅酸盐粘土矿物形成时，晶格内的组成离子，常被另一种大小相近、电荷符号相同的离子所取代，取代后的晶体构造并未改变。同晶取代：当硅酸盐粘土矿物形成时，晶格内的组成离子，常被另一种大小相近、电荷符号相同的离子所取代，取代后的晶体构造并未改变。 高岭石 蒙脱石 属2：1型晶格，晶层之间主要靠弱的分子间力连接，粒径小于1µm，阳离子交换量极高，它所吸收的水份植物难以利用，晶层连接不紧，水分子易进入，极易发生同晶取代。 属1：1型晶格，晶层之间由氢键连接，甚为紧密，粒径0.1-5.0µm，膨胀性小，阳离子代换量低，极少发生同晶取代。 伊利石 属2：1型晶格，富含钾，两晶层之间通过K离子相连，粒径小于2µm，阳离子交换量较多，膨胀性小，可发生同晶取代，但不明显。 结构与性质 之间的关系

  33. 伊利石 illite 伊利石类结晶构造示意图

  34. 伊利石 K+ 能发生同晶取代 K K K K K K

  35. 蒙脱石 montmorillonite 蒙脱石类结晶构造示意图

  36. 蒙脱石 弱的分子间力 极易发生同晶取代

  37. 高岭石 kaolinite

  38. 课程实践教学介绍 课程实验； 参观调研：污水厂、再生水厂、垃圾填埋场、垃圾焚烧厂、人工湿地现场； （本科毕业论文）； 南开大学百项创新与本科生国家创新计划；

  39. 课程实践教学介绍 课程实验； 参观调研：污水厂、再生水厂、垃圾填埋场、垃圾焚烧厂、人工湿地现场； 本科毕业论文； 南开大学百项创新与国家本科生创新工程；

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