“工程化”背景下《工业催化》课程的教学与实践

赵建军（蚌埠学院　应用化学与环境工程系，安徽　蚌埠　233030）

“工程化”背景下《工业催化》课程的教学与实践

赵建军
（蚌埠学院应用化学与环境工程系，安徽蚌埠233030）

摘要：在工程化的教学模式下，《工业催化》作为很多应用型高校化学工程与工艺专业开设的专业基础课，引入工程化教学模式有利于学生成为一名合格的工程技术人员.文章从理论教学和实践教学两个方面进行了探讨.在理论教学方面，从教学内容的选取、理论知识的讲授上要注重与生产实际相结合；授课的同时要注重对学生自身能力的培养.在实践教学方面，注重对学生基本操作技能培养的同时要适当引导与鼓励学生的创新能力，并尽可能使之体会到实践过程所带来的乐趣.

关键词：工业催化；工程化教学；理论教学；实践教学

所谓“工程化”教学，是指专业建设产业化、技能培养工程化、素质教育企业化的一种教学模式[1].在这种教学模式下，学生的学习目标是成为一名合格的工程技术人员.学校通过对学生“工程化”教学的培养，能够让学生将科学技术转化为现实生产力.“工程化”教学不仅要求教师在授课过程中向学生传授现代化的科技知识，更应该在知识传授的过程中渗透工程技术的内容，使学生体会和掌握工程技术、工程实践的一般规律和基本分析方法，避免教学理论化脱离实际的倾向.

为提高高等学校化学工程与工艺及相关专业学生的综合素质，在人才培养方案中设置的某些课程中间，尤其是在某些专业基础、专业课程中有必要率先引入“工程化”教育教学模式.《工业催化》作为很多应用型高校化学工程与工艺专业开设的一门专业基础课，在这种背景之下的课堂教学中适合引入工程化教学模式.《工业催化》作为一门专业基础课，能够起到承上启下的作用，一方面，该课程系基础课《物理化学》中的动力学部分的延伸.催化作用作为动力学的一个重要内容，在《物理化学》中占有相当重要的地位.也正是这个原因，国内外高校及科研机构凡涉及与化学相关的系部、院所，基本都把催化作为自己的一个重要研究方面，把催化技术引入到课堂教学中.另一方面，催化在化学、化工、环保、能源、制药、新材料及相关领域占有着相当重要的地位.因此，可以说催化涉及到国民经济的方方面面，与人们的生活息息相关.或许正是由于这个原因，我们国家将该领域作为国家的关键技术之一进行研究.

下面笔者仅就《工业催化》课程在理论教学和实践教学两方面如何与“工程化”教学相适应，谈一下粗浅的看法.

1　在理论教学方面

1.1教学内容的选取上注重与实际相结合

在理论教学内容的选取上，要不断将国内外最新研究成果及自身科研收获及时讲述给学生.教材及教材内容的选取对学生有重要影响，有些教材偏重于理论知识的讲述，有些教材偏重于实践知识的讲述.而“工程化”教学一方面要求学生具有一定的理论知识，也要具有一定的实践技能.因此，在教学内容的设计上，不能理论性太强.而在理论教学时，纯理论性的知识也很少能够激发大多数学生的学习兴趣.同时，教材内容与当前研究前沿相比具有一定的滞后性，所以教师在教学过程中要对当前的研究前沿有一定的了解，并把这些知识在课堂上传授给学生.这就要求，授课教师或者进行这方面的科学研究；或者对这方面的内容经常进行有目的的关注.例如，非天然氨基酸是多肽、类肽及许多药物分子的重要组成单元，也是合成手性药物的关键中间体.发展高效的合成方法，用于非天然氨基酸的不对称合成，引起了合成化学家的广泛兴趣.而浙江大学研究人员发展了Pd催化的惰性sp3碳氢键活化/烷基化反应用于合成非天然氨基酸，首次实现了惰性亚甲基碳氢键活化以及以溴代烷烃作为烷基化试剂.这一工作更能吸引学生的是，该工作的第一作者为浙江大学化学系2008级本科生.也就意味着，这个工作是该同学本科期间的成就[2].同时，还可以结合该案例，对学生做一励志教育，鼓励同学们积极参与科技实践活动，勇于探新.再如，《化学通讯》期刊2012年第四期报道了中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室纳米与界面催化研究组所取得的成绩，他们近年来将基于模型体系的表面催化研究和真实体系的界面催化研究相结合，在贵金属Pt表面上创造性的构建了具有配位不饱和的过渡金属氧化物纳米结构，成功地实现了室温条件下分子氧的高效活化.并在此基础上发展成为“界面限域催化”的概念.授课过程中，将此报道告诉学生有助于拓宽学生的视野、激发学生的学习兴趣.

1.2注意讲授理论知识时与生产实际相结合

这一点要求教师对所讲授的知识要有相对较为全面的了解.例如，当今我国的一个热点环境问题是“雾霾”的处理.这一点的讲授也颇能够吸引学生的注意力.然而，在讲授如何减少“雾霾”现象，这就涉及到大气污染治理，而这方面汽车尾气的治理是一个重要方面.这时，可以结合汽车尾气治理在不同国家、不同地区尾气处理的要求、排放标准的及其治理发展史对学生做一相对较为全面的阐述，以提高学生的学习兴趣.可以给学生讲述一些已经为大家所认可的成就：例如，催化剂Pt能有效促进CO和CH化合物的氧化，也能有效促进水煤气变换反应，但其不足之处是对NOx还原能力不及Rh.催化剂Pd的起燃活性较好，热稳定性较高，其不足之处是对汽油中铅和硫的含量要求较高.催化剂Rh是促进NOx还原的主要组分，其不足之处是抗毒能力较Pt差[3-5].通过这些已有成就的讲述，相信能够激发一些学生的学习兴趣.另外，在讲授催化剂制备方法时，多给学生给你讲解一些生产厂家已经公开的催化剂制备方法，并说明各种制备方法的优缺点.例如，着重几乎贯穿于所有催化剂制备过程的沉淀法，沉淀剂的选择标准，制备过程中应该注意的事项，沉淀顺序对催化剂性能的影响等等.

1.3理论教学的同时注重对学生自身能力的培养

学生自身归纳能力的培养，一方面体现在理论教学方面，另一方面体现在实践教学方面.在理论教学方面，也即在授课过程中，让学生自己总结、归纳一些方法.例如，同样是讲述沉淀顺序对催化剂性能的影响时，可以首先提问学生认为沉淀方法会对生成的产物有什么养的影响.再辅以一定的实例，如在制备Cu-ZnO-Cr2O3催化剂时，当将碱性碳酸盐加入到含Cu2+的盐溶液中，制备的催化剂较为稳定；而当把含有Cu2+的盐溶液加入到碱性碳酸盐溶液中时，制备的催化剂易含有CuO.再如，焙烧方法及焙烧温度对催化剂的性能起着重要影响因素.首先可以让学生自己分析归纳根据焙烧氛围将焙烧焙烧方法分为哪些，其次可以让学生根据制备催化剂的用途、目的等归纳催化剂焙烧温度的确定等等.

2在实践教学方面

2.1注重对学生基本操作技能的培养

一些基本实践操作技能是学生必须掌握的，有很多操作与生产实践紧密相连，操作方法相似或一致.例如，程序升温温控表的设定，很多生产实践都要用到.例如，在马弗炉的使用，利用程序脱附法鉴定某些催化剂表面酸碱性实验，某些气相（或液相）色谱的使用等等都需要程序升温表的使用.因此，让学生在理解程序升温表工作原理的基础上，掌握程序升温表的操作是学生必须掌握的知识.

再如，在以模板剂制备介孔催化剂时对酸度、浓度、温度、搅拌速度等的要求，对过滤后滤饼干燥时间的要求等等.

2.2注重对学生创新能力的培养

在当今社会，一个催化剂生产厂家欲对其所生产催化剂的组成进行保密几乎是不可能的事情，这样催化剂的制备方法往往成为这些生产厂家的核心技术，也是这些厂家立于不败之地的法宝.而催化剂制备的最终目的是为催化剂性能服务的，催化剂的制备方法对催化剂的性能有着重要影响.随着科学技术的发展，催化剂的制备方法也层出不穷，这样，可以启发学生：我们可以将你所知道的哪些方法引入到催化剂制备过程中.例如，近些年来，有人将微波法引入催化剂制备领域.微波法制备催化剂的优点是能够能够实现对物质分子水平上的加热.微波加热与常规加热存在根本差别，微波加热在其辐射范围内，电磁能转变为热能.由于物质吸收微波的能力与物质的介电性和电磁特性有关，因而微波加热可实现选择性的加热、选择性负载活性组分，并进一步实现分子水平上的搅拌，达到均匀加热的目的[6-8].因而，微波加热具有加热速度快，且还能在催化剂活性组分的负载过程中有选择性的加热，这样可以在促进活性组分在载体表面分散的同时，还能够有效的防治载体在加热过程中的坍塌，从而保持载体的原有孔道结构.

近年来，有些文献[9-12]报道利用微波辐射制备催化剂在某些领域显示出了很好的活性，但在F-T合成领域利用微波法制备催化剂相对较少.

2.3在实践过程中让学生体会到催化的乐趣

在实践教学主要是指实验教学，让学生结合催化的特点进行实验，但由于课时的限制，无法让学生将所有能够做的实验一一进行体会.这时，可以将学生分组进行实验.例如，在污水处理时，COD（化学耗氧量）的去除率一直是污水处理的一个重要衡量指标，在现有已经产业化的污水处理是活性污泥法处理.然而在这种方法处理废水时，某些含有对生物体有害的废水在进行降解时，会使活性污泥中毒，从而使活性污泥法处理污水无法进行.此时，催化湿式氧化法（CWAO）处理有机废水显示出其特有的作用.因此，在对学生进行催化实践教学时，可以将有机废水COD的去除作为一个综合实验项目.首先，在制备催化剂时，可以训练学生动手能力，增强学生的实践知识；其次，在进行COD及其降解效率实验时，浓H2SO4是也是一个很重要的催化剂，可以让两组同学同时进行实验.在保证其余实验条件一致的情况下，让其中一组同学实验过程中使用浓H2SO4，另外一组不使用浓H2SO4.然后将其结果做一比较分析，从而显现出催化剂的效果，增强学生对催化剂的感性认知.

总之，《工业催化》作为很多应用型高校化学工程与工艺专业开设的一门专业基础课，适合引入工程化教学模式.在工程化教学模式下，该课程理论教学内容的选取上，除教材中固有的知识之外，还要不断将国内外最新研究成果及教师自身科研收获及时讲述给学生.在课堂上基础知识讲授时，要注重与社会现象的结合，并用于指导问题的解决，激发学生的学习兴趣.在实践教学方面，一方面要注重基本操作技能的培养；另一方面要注重学生的创新能力，并加以引导与激励，让学生体会成就感.

参考文献：

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基金项目：高等学校省级质量工程项目（2014tszy033）

中图分类号：G642.0

文献标识码：A

文章编号：1673-260X（2015）07-0077-03