應(yīng)用型大學(xué)“催化原理”教改初探

劉會敏，張啟儉，齊 平，周艷軍，吳 昊

應(yīng)用型大學(xué)“催化原理”教改初探

劉會敏1，張啟儉1，齊 平1，周艷軍1，吳 昊2

(1. 遼寧工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001；2. 渤海大學(xué) 歷史文化學(xué)院，遼寧 錦州 121013)

隨著高等教育的普及，應(yīng)用型大學(xué)進(jìn)行課程改革以滿足國家對應(yīng)用型人才的大量需求至關(guān)重要。本文以催化原理課程為例探索教學(xué)改革方案，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，注重實(shí)踐案例教學(xué)，結(jié)合課外實(shí)踐、以實(shí)踐牽動理論學(xué)習(xí)，強(qiáng)化應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。在遼寧工業(yè)大學(xué)對催化原理課程進(jìn)行上述教學(xué)改革后，學(xué)生平均成績提高了20%，近80名學(xué)生在本科階段即加入科研團(tuán)隊，接受了科研培訓(xùn)，近30%的學(xué)生在深造時選擇了催化相關(guān)的研究方向。該方案可有效地提高學(xué)生對催化原理課程的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)的思維能力及研究能力。

催化原理；應(yīng)用型大學(xué)；教學(xué)改革；理論實(shí)踐相結(jié)合

隨著高等教育從精英教育向大眾化甚至普及化轉(zhuǎn)變的趨勢，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)思想，改革創(chuàng)新教育教學(xué)方式方法，根據(jù)學(xué)生的知識基礎(chǔ)/個性等因材施教，以適應(yīng)新時代對本科人才培養(yǎng)的新變化至關(guān)重要[1]。高等學(xué)校是國家最重要的人才培養(yǎng)基地，高校采用的人才培養(yǎng)模式和方法直接關(guān)系到高校的人才培養(yǎng)質(zhì)量，關(guān)系到畢業(yè)生走上社會參加工作后，是否能夠全面地將課堂所學(xué)知識充分應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，以及畢業(yè)生是否能夠適應(yīng)新時代對人才的新需求。因此，改變高等學(xué)校教育模式，提高學(xué)生綜合能力已是大勢所趨。應(yīng)用型人才是有思想、動手能力強(qiáng)的技術(shù)工程師，是地方和行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國家工業(yè)化進(jìn)程亟需的人才類型之一。應(yīng)用型人才主要由應(yīng)用型大學(xué)培養(yǎng)，在培養(yǎng)過程中更側(cè)重其實(shí)踐應(yīng)用能力[2-3]?！按呋怼笔腔瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，是綜合利用有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)等基礎(chǔ)課程知識的課程[4]。與上述四大基礎(chǔ)課程相比，“催化原理”是具有一定應(yīng)用特性的理論課，對其在應(yīng)用型大學(xué)里進(jìn)行教學(xué)改革具有重要示范意義。

一、應(yīng)用型大學(xué)催化原理課程教學(xué)存在問題

目前，有些應(yīng)用型大學(xué)定位不明確，教育模式不合理，主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

（一）“催化原理”的教學(xué)體系與研究型大學(xué)相似

與研究型大學(xué)相比，有些應(yīng)用型大學(xué)只是對課程內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，減少了純理論內(nèi)容。例如，有些應(yīng)用型大學(xué)的教師在講授催化原理課程時，刪減了吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附構(gòu)型、催化吸附動力學(xué)推導(dǎo)以及金屬催化劑的d空穴等基礎(chǔ)理論知識。然而該做法一方面可能影響基本理論體系的完整性；另一方面部分學(xué)生對所學(xué)到的知識知其然不知其所以然，不利于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識解決催化化學(xué)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。

（二）催化原理課程以理論講授為主，比較枯燥乏味

學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)以背誦為主，記憶不深，很容易忘記。同時，由于并未相應(yīng)地增加催化劑的實(shí)際應(yīng)用案例和實(shí)踐環(huán)節(jié)，這導(dǎo)致學(xué)生在校學(xué)習(xí)到的多是理論知識，實(shí)踐少、動手能力差，不能滿足國家對應(yīng)用型人才的需求。例如，部分學(xué)生即便通過了催化原理課程的考試，仍不知催化劑性能評價所用的固定床反應(yīng)器、反應(yīng)釜為何物，更甭提如何規(guī)范地使用這些儀器設(shè)備了。這些學(xué)生即便畢業(yè)到了工作崗位也無法勝任具體工作。這違背了應(yīng)用型大學(xué)催化原理課程的設(shè)立目標(biāo)，即為學(xué)生從事化學(xué)、化工等工作打下堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。

鑒于此，為了滿足中國社會需求的應(yīng)用型大學(xué)生，在應(yīng)用型大學(xué)里進(jìn)行課程改革勢在必行。為此，近幾年高等學(xué)校在教學(xué)改革的過程中引入了OBE 理念，以此達(dá)到提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生對所學(xué)知識的應(yīng)用能力與實(shí)踐能力的目的，進(jìn)而為國家和社會培養(yǎng)出應(yīng)用型人才。

二、應(yīng)用型大學(xué)催化原理課程教學(xué)改革新策略

針對應(yīng)用型大學(xué)的定位及催化原理課程具有一定應(yīng)用特性的特點(diǎn)，擬采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式。注重實(shí)踐教學(xué)，以實(shí)踐牽動理論學(xué)習(xí)，強(qiáng)化應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，以推動地方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、推進(jìn)國家的工業(yè)化進(jìn)程。具體改革方案如下：

（一）改革教學(xué)理念

要想培養(yǎng)出更滿足社會實(shí)際需要的應(yīng)用型人才，OBE理念毫無疑問是最佳選擇。OBE（Outcomes-Based-Education）理念，指的是一種指向于成果和目標(biāo)的反向性教學(xué)設(shè)計理念。具體來說，其強(qiáng)調(diào)的是要對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行測量，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生在完成自己的學(xué)習(xí)活動之后，能夠真正得到什么東西[5]。在OBE理念的教學(xué)模式下，學(xué)生是主動要求學(xué)習(xí)的群體，而非像傳統(tǒng)模式那樣被動接受教師傳授知識，即以學(xué)生為中心，將教學(xué)理念由“我教你學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳銓W(xué)我輔”上來。注重教學(xué)效果，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神為目標(biāo)，促使學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率與效果以及靈活運(yùn)用知識的能力。例如，在酸堿催化章節(jié)，通過講述分子篩的發(fā)展及中國在分子篩催化劑研發(fā)領(lǐng)域取得的長足進(jìn)展（大連理工大學(xué)開發(fā)的納米ZSM-5沸石分子篩催化劑在液化氣芳構(gòu)化反應(yīng)中性能優(yōu)異，已經(jīng)在我國多地實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，為煉化副產(chǎn)物的深加工提供了重要手段），建立學(xué)生的文化自信和家國情懷，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)的內(nèi)動力。在進(jìn)行酸堿催化內(nèi)容的教學(xué)活動中，不再像以前一樣，只是強(qiáng)調(diào)學(xué)生為了應(yīng)對考試必須記住相關(guān)內(nèi)容和過程，而是根據(jù)OBE培養(yǎng)理念，讓課程教學(xué)更符合社會對相關(guān)人才的需要。授課時即使是化學(xué)專業(yè)的課程，在教學(xué)過程中也要強(qiáng)調(diào)，正是由于我國催化領(lǐng)域的發(fā)展，才使得我國化工行業(yè)擺脫了對外國的依賴，為我國工業(yè)體系獨(dú)立自主奠定了基礎(chǔ)。在金屬催化章節(jié)，通過講述Fe基催化劑在合成氨反應(yīng)中的成功應(yīng)用，解決了糧食所需的肥料問題，進(jìn)而大幅度地提高了糧食產(chǎn)量，滿足了人類對食物的大量需求，使學(xué)生意識到催化原理課程與人類的生活息息相關(guān)，意識到學(xué)習(xí)的重要性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。譬如，教師在教授學(xué)生相關(guān)內(nèi)容的時候，可以強(qiáng)調(diào)在目前世界大戰(zhàn)基本不可能爆發(fā)的情況下，國與國之間競爭的主要手段之一就是糧食安全。只有保證我國的糧食安全，才能維持國內(nèi)社會的穩(wěn)定，以此讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)催化劑課程的重要性和使命感，從而提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣。

（二）改革教學(xué)內(nèi)容

在OBE理念指導(dǎo)下，教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo)要相輔相成。教學(xué)內(nèi)容和培養(yǎng)目標(biāo)要一致，教學(xué)內(nèi)容要服務(wù)培養(yǎng)目標(biāo)。培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案的制定要符合學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)際與學(xué)校的建設(shè)定位[6]。傳統(tǒng)的高校教學(xué)模式下，培養(yǎng)目標(biāo)與社會實(shí)際需要脫節(jié)，教學(xué)內(nèi)容有時純粹是為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)，學(xué)生畢業(yè)后才發(fā)現(xiàn)課堂所學(xué)知識根本無法付諸實(shí)踐，課堂教學(xué)內(nèi)容是為了讓教師完成教學(xué)任務(wù)。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容與培養(yǎng)目標(biāo)脫節(jié)，無法為目標(biāo)服務(wù)，而且由于培養(yǎng)目標(biāo)與現(xiàn)實(shí)也處于脫節(jié)狀態(tài)，教學(xué)內(nèi)容更加無法為現(xiàn)實(shí)服務(wù)。綜上所述，進(jìn)一步強(qiáng)化改革理論灌輸式的教學(xué)模式，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合模式培養(yǎng)應(yīng)用型人才已經(jīng)刻不容緩。OBE教學(xué)理論還提出教師授課要以問題為導(dǎo)向，用提出問題的方式引導(dǎo)學(xué)生自行思考與探究。比如，在催化原理課程的教授過程中，教師在保證基本理論體系完整的前提下，要適當(dāng)刪減對純理論內(nèi)容的講授，應(yīng)該以問題為引導(dǎo)，讓學(xué)生自行思考純理論與實(shí)用理論和應(yīng)用之間的差異，從而自己做出正確選擇，而不是在教師的主導(dǎo)下不情愿被動地選擇學(xué)習(xí)重點(diǎn)。本節(jié)課中，教師根據(jù)OBE教學(xué)理論的實(shí)踐導(dǎo)向內(nèi)容，適當(dāng)刪減了過渡金屬氧化物晶體場及晶體場穩(wěn)定化能等不影響基本理論框架結(jié)構(gòu)的純理論內(nèi)容，適當(dāng)?shù)卦黾恿烁黝惔呋瘎┰诠I(yè)上的應(yīng)用案例（如銀催化劑在乙烯環(huán)氧化反應(yīng)中的應(yīng)用、鉬鉍系復(fù)合氧化物催化丙烯胺氧化制丙烯腈等）。

在講述各類催化劑在工業(yè)上的應(yīng)用案例時，詳細(xì)介紹小試、中試及工業(yè)化各階段催化劑的制備方法、處理條件、性能評價所用的裝置、產(chǎn)物分析所需的儀器設(shè)備等，使學(xué)生對該工藝的發(fā)展歷史及整體操作過程有初步認(rèn)知。

（三）增加實(shí)踐環(huán)節(jié)

為了更好地推動學(xué)生主動學(xué)習(xí)與實(shí)踐應(yīng)用，使學(xué)生更好地掌握課程內(nèi)容與精髓，充分利用“基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺-化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺-創(chuàng)新研究實(shí)踐平臺”三位一體的校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)平臺及校企聯(lián)合實(shí)踐平臺，構(gòu)建起“理論教學(xué)-實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)-工程能力訓(xùn)練”全方位培養(yǎng)模式，使學(xué)生的“學(xué)習(xí)能力-實(shí)踐能力-創(chuàng)新能力-工程應(yīng)用能力”逐步提升。例如，利用課程的一脈相承性，在專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程中開展了“采用共沉淀法制備Fe-TiO2光催化劑”實(shí)驗(yàn)，利用化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺中的固定床反應(yīng)器評價了商品Cu-ZnO-Al2O3催化劑在煤制甲醇反應(yīng)中的性能。通過創(chuàng)新研究實(shí)踐平臺及校企聯(lián)合實(shí)踐平臺讓學(xué)生對乙烷脫氫制乙烯的工業(yè)化儀器設(shè)備以及操作流程有了初步的了解。通過這些實(shí)踐環(huán)節(jié)，不僅提高了學(xué)生的動手能力，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力。同時，推進(jìn)“學(xué)而時習(xí)之”的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式。以課外實(shí)踐牽動理論學(xué)習(xí)，強(qiáng)化應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。OBE理念強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為中心”的課堂教學(xué)，即教師不僅僅要重視學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)，還應(yīng)該把關(guān)注的目光延伸至課外，把課堂所學(xué)的理論，應(yīng)用于實(shí)踐操作[7]。例如，針對催化原理課程，合理地安排了理論課與實(shí)踐課，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)催化劑的制備方法后一周內(nèi)開展了“采用共沉淀法制備Fe-TiO2光催化劑”的專業(yè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生以學(xué)習(xí)的理論知識指導(dǎo)課程實(shí)踐。同時，以實(shí)踐牽動理論學(xué)習(xí)。一方面，學(xué)生通過自己動手操作，對課堂上所學(xué)的儀器（催化劑制備所用的儀器設(shè)備、固定床反應(yīng)器以及反應(yīng)物分析用的色譜儀及色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀等）有了感官認(rèn)識，進(jìn)一步深化了對所學(xué)知識的理解與認(rèn)知；另一方面，實(shí)踐課讓學(xué)生體會到了理論課學(xué)習(xí)的樂趣，從而激發(fā)了其學(xué)習(xí)的熱情、主動性和積極性。

（四）增加課外實(shí)踐活動

給本科生提供科研訓(xùn)練機(jī)會，鼓勵學(xué)生加入催化領(lǐng)域的科研團(tuán)隊，進(jìn)行科研培訓(xùn)和實(shí)踐，讓學(xué)生接受科研方法及實(shí)踐技能等多方面的嚴(yán)格培訓(xùn)。例如，近80名本科生通過大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目及大學(xué)生社會實(shí)踐與科技競賽等項目進(jìn)入科研團(tuán)隊，開展了二氧化碳催化轉(zhuǎn)化制甲醇、二甲醚催化重整制氫、光催化亞甲基藍(lán)降解等研究。在此過程中，學(xué)生不僅接受了科研訓(xùn)練，知道如何規(guī)范地使用儀器設(shè)備，而且讓學(xué)生通過分析解決在此過程中遇到的各種問題，提高其創(chuàng)新和工程應(yīng)用能力。

（五）科教融合

結(jié)合科研進(jìn)展，將催化領(lǐng)域的科研成果融入教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生意識到所學(xué)知識的重要性，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。例如，結(jié)合“碳達(dá)峰、碳中和”的背景，將二氧化碳的捕捉/利用/轉(zhuǎn)化方面的應(yīng)用以及筆者在二氧化碳催化轉(zhuǎn)化方面的最新研究成果等融入教學(xué)，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在講述半導(dǎo)體催化劑活化二氧化碳或氧氣的Mars Van Krevelen機(jī)理時，筆者將自己2021年發(fā)表在《Chinese Journal of Catalysis》上的文章融入教學(xué)內(nèi)容（此文通過原位調(diào)控手段制備了Rh/WO3-x催化劑，該催化劑載體WO3-x上的氧空穴即通過Mars Van Krevelen機(jī)理實(shí)現(xiàn)了對二氧化碳的活化，進(jìn)而提高了其催化性能）?？平倘诤系慕虒W(xué)方式不僅加深了學(xué)生對課堂所學(xué)內(nèi)容的記憶，而且提高了學(xué)生對科研的興趣，進(jìn)而激發(fā)了其學(xué)習(xí)熱情。

三、結(jié)語

從OBE理論所提出的“強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心”“尊重學(xué)生個體差異”以及“遵循結(jié)果導(dǎo)向的反向課程設(shè)計模式”三個要點(diǎn)出發(fā)，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合、側(cè)重實(shí)踐的模式培養(yǎng)應(yīng)用型人才。以學(xué)生為中心，將教學(xué)理念由“我教你學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳銓W(xué)我輔”上來、在課堂上側(cè)重講解催化劑在工業(yè)上的實(shí)際應(yīng)用案例、利用校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)平臺、校企聯(lián)合實(shí)踐平臺以及科研團(tuán)隊培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，進(jìn)而以學(xué)習(xí)的理論知識指導(dǎo)課程實(shí)踐、以實(shí)踐促進(jìn)理論課學(xué)習(xí)，全方位地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，提高畢業(yè)生的就業(yè)競爭力與社會適應(yīng)力、生存力，以培養(yǎng)出更多更好滿足社會需求的應(yīng)用型大學(xué)生。

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10.15916/j.issn1674-327x.2022.06.036

G642.0

B

1674-327X (2022)06-0135-03

2022-03-14

劉會敏(1984-)，女，河北承德人，教授，博士。

(責(zé)任編輯：付春玲)