基于应用型人才培养的《工业催化》课程教学改革研究

蔡 喆

(武汉工程大学邮电与信息工程学院，湖北 武汉 430073)

1 课程教学改革现状

随着国民经济的快速发展和经济结构的战略调整，创新才是生产力，人才也是生产力，在各方面需求提升的情况下，人才不仅要知识数量够丰富，知识的质量以及创新能力也要强。近年来，国内已在培养工程应用型人才方面提出了一些转型要求。工业催化作为一门应用型很强的学科，超过90%的化工过程应用催化剂与催化技术，化工学科几乎每个方向都与催化学科关系密切，而课程本身具有催化理论与催化实践并重的特点。因此本课程的教学改革已在国内许多高等院校中进行[1]。

国内对其教学内容、教材建设、教学方法、考核方式以及对教师要求等方面不断研究并提出了一些实施改革举措：打破传统教学模式，建立全新的教学体系；整合实验教学资源及科研资源，构建工业催化实验教学体系；同时改革考核方式等[2-5]。

本论文对工业催化课程的教学内容、教学方式及考核等方面开展研究与实践，对促进教学工作、提高教学质量具有重要意义。工业催化课程是一门工程应用专业课，单纯的课堂教学急需实践改革，才能为培养化工专业工程师提供坚实的理论基础；工业催化课程改革，可通过丰富教学内容培养学生学习兴趣，准确理解工业催化的难点，掌握工业催化的特点，并能用工业催化的基本知识去进一步理解工业催化过程，将这些知识运用到工业生产和科学研究之中；通过本课程的教学与实践改革，对提高能源化工、化工原理、化学反应工程、物理化学等专业课程的教学质量起到积极作用；改革推广到兄弟院校，提升学院在同类型院校中的办学水平及影响力。

2 课程改革研究的方法与初步效果

2.1 教学内容改革

2.1.1 结合培养目标，选择合理教材

《工业催化》的相关教材较多，在选取时一定要结合学生的基础与学校的人才培养目标，即需要培养应用型人才，因此教材必须囊括工业催化剂的制备、催化剂性能、催化的应用以及催化剂的选取、设计等相关内容[2]。王桂茹主编的《催化剂与催化作用》[6]，内容包括催化剂及催化作用基础、不同催化剂的催化原理及示例、催化剂的制备及使用以及催化剂的设计等，符合培养实际，且对化工生产中的实际催化工艺技术以及背景有较为详细的讲解。同时结合其他如黄仲涛等编著的《工业催化》[7]、吴越等著的《现代催化原理》[8]等，将各种观点与前沿教材融入课程教学中。

教材的整合还包括了授课教师及学院相关教师的科研课题，例如有教师的课题为钴、铁金属催化剂在费-托合成反应中的应用，这是金属催化剂在多相催化反应中的应用，可在多章内容，如多相催化反应体系的分析，工业催化剂的选择以及金属催化剂理论等章节中，结合教材，发放一些研究论文进行探讨，提升学生的兴趣，邀请学生进入实验室进行参观与学习等。

另外，还可以结合我院实习基地的一些资料，重点介绍相关化工企业的催化剂的原理及实用。例如湖北三宁化工股份有限公司的合成氨生成流程中，变换过程采用的氧化锌负载的氧化铜催化剂以及合成过程中采用的熔铁催化剂，属于金属与金属氧化物催化剂中的典型应用，可以结合厂区实习的资料进行学习，让学生在实习中更能与理论知识结合，学习的更透彻，掌握的更牢固。

2.1.2 结合课程要求，调整课程结构

我院《工业催化》课程共36课时，本课程内容包括①催化剂与催化作用基本知识；②工业催化剂的催化原理及典型应用剖析；③催化剂的制备、使用及选择三大部分。二本院校的化学工程与工艺专业学生基础都较差，第一部分的催化剂与催化作用基础，需要由浅入深的讲解，同时结合《物理化学》、《化学反应工程》等课程的相关内容，用10课时讲授基本理论；第二部分的工业催化剂相关知识及应用，是本课程的重点，结合科研前沿知识以及本学院教师的一些课题研究项目进行知识的传授，用12课时大力推行应用型教学；第三部分的催化剂使用，是应用型人才需要掌握的知识，利用6课时进行讲解与学习。最后运用4课时进行专题讨论与互动，进行互动式及运用式教学。

2.1.3 结合前沿科研，调整教学内容

如今二本院校的教育中强调应用型人才的应用能力培养。课本及教学内容基本围绕基础理论知识，抽象化的一些内容让学生学习过程中难以产生兴趣，同时，对现今科技发展的最新动向及相关实际应用没有涉及。因此，在教学中引入了与催化过程及催化材料相关的最新研究成果，如新型催化剂的研究进展、新材料在催化领域的应用、催化技术的新发展动态等，以提高学生对催化的新应用技术的兴趣及理解。

例如，在“催化剂的孔结构与孔内扩散”章节中，可结合现今较为热门的介孔材料及多级孔材料等多种可控制备的新型材料的特殊结构，讲解孔结构理论的同时，将新材料新应用的知识向学生进行介绍。在“沸石分子筛的择形催化作用”章节中，可结合现今碳一化工较为热门的金属催化剂催化一氧化碳加氢反应的进行，后利用沸石分子筛的酸中心进行产物的裂解与异构，得到选择性较高的低碳烯烃产物[9]。在“金属催化剂与合金催化剂”章节中，也可结合现今较为热门的材料制备对物质晶相的影响进而影响催化剂催化性能的研究内容[10]进行探讨与分享，提升学生对现今催化发展的最前沿工作的认识。

社会发展对技术和经济提出了更高的要求，也对现阶段的本科毕业生提出了更高的要求，这就使学生在掌握催化相关理论以及催化剂制备使用过程中的基础知识的同时，对现今的催化剂及催化剂的设计有一定的了解。因此调整教学内容，不仅使学生学习基础理论知识，更要充分调动学生的积极性及思考能力，培养学生的创新能力以及发明精神。

例如，在“催化剂设计”章节，可结合现今材料发展及催化结构与性能的关系等内容，提出一些主反应，例如肉桂醇加氢过程中的催化剂设计，分组讨论可以利用哪些催化剂进行选择性加氢[11]，最后选定Pt作为催化剂，探讨不同晶面和团簇对催化性能的影响[12]。提高学生的协作能力以及材料收集能力，同时培养学生独立思考以及创新精神。

2.2 教学方式及模式改革

2.2.1 多媒体及网络技术

《工业催化》的理论知识陈述性强，比较枯燥。但采用多媒体和网络技术以图文声像并茂的方式，可以更加容易的使一些复杂知识以直观的形式传授给学生。例如，多相催化过程的基本步骤(分子的扩散、 吸附及脱附过程)、分子筛的择形性催化等内容，借助于现代化的flash动图等多媒体教学手段就可以让学生从三维空间来观察分子运动，在旋转和翻滚的动态分子模型中深入了解反应物分子与催化剂的相互作用关系，即可以化不可见为可见，化静态为动态，化抽象为直观，便于理解的同时激发了学习兴趣又增添了课堂活力[3]。发展线上教学平台，对于教师，在线答疑，布置作业，检查进度等；对于学生，在线学习，观看教学视频，在线习题与解答。增加教师与学生互动的同时，提升学生学习的兴趣，同时不浪费时间与资源，节约成本。还可通过分组式讨论，进行专题互动，收集资料以及学习讨论过程中，让学生视野得到提高，同时掌握工业催化相关知识，构建一定的讨论与创新能力。

2.2.2 双语教学

在中国加入WTO组织后，我国工业及经济与国际接轨，化工行业也逐步迈进全球化进程。这就对化工从业人员的英语水平提出了挑战。工业催化的理论与技术的发展与革新的速度极快，为了参与未来的国际竞争与合作，催化从业人员必须掌握英语相关知识。因此可尝试将《工业催化》课程改革为双语教学，虽然存在如学生英语水平差距较大，教师专业及英语水平挑战等实际困难。可首先基础知识进行中文讲授，便于学生理解，后用英文文献进行催化新技术的探讨，加强专业英语的应用与学习。在保证学生掌握了基础知识与理论的情况下，循序渐进的加入英文教学内容，可获得较好的效果。

2.2.3 翻转课堂

翻转课堂译自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”，也可译为“颠倒课堂”，是指重新调整课堂内外的时间[4]。教师不再占用课堂的时间来讲授信息，这些信息需要学生在课前完成自主学习，他们可以看视频讲座、听播客、阅读功能增强的电子书，还能在网络上与别的同学讨论，能在任何时候去查阅需要的材料。教师也能有更多的时间与每个人交流。在课后，学生自主规划学习内容、学习节奏、风格和呈现知识的方式，教师则采用讲授法和协作法来满足学生的需要和促成他们的个性化学习，其目标是为了让学生通过实践获得更真实的学习[4]。利用翻转课堂的革命，能够引发教师角色、课程模式、管理模式等一系列变革，提升学生的兴趣，将时间用在对的地方。

2.3 考核方式改革

《工业催化》知识点很分散，有的重难点理论为主，如采取以记背为主的闭卷考试，并不能反映学生学习本门课程的真实情况。为了全面考核学生的学习理解程度以及掌握知识的情况，可采用多种考核方式：首先可改闭卷为开卷，然后可增加期中考试和平时作业，课堂回答问题打分等，最后可提供多个课题，学生们分组进行资料查阅与整理，共同探讨一些国内外的前沿催化问题，并做成PPT在课堂上讲解演示。这样多种方式考核，充分调动学生学习的积极性，活跃课堂气氛，同时可以有效考核学生的真实情况。

3 结 语

在改革中打破传统教学模式，建立全新的教学体系，让学生感受到理论知识与现实之间的紧密联系，以及催化的魅力；整合实验教学资源及科研资源，构建工业催化实验教学体系，将工业催化教学过程与国内外的研究课题结合，将课本上的抽象理论知识具象化，使学生将理论知识与具体的实验室研究结合起来，加深理论知识的理解，强化操作技能；重视工业催化案例库的建设，学生从实例讲解过程中培养工程思维，学习综合考虑某一技术的可行性，生产过程中的安全性和经济性；同时改革考核方式，考核角度更加全面科学。

综上所述，通过对《工业催化》课程的改革和探索，提高了学生们对催化对化工的兴趣，培养了学生们的创新能力，同时使学生的知识体系与实际生产以及科学前沿工作相结合，教学效果得到了较大的提升。为培养应用技术型人才，各课程的改革势在必行，《工业催化》课程也不例外，为了使学生更好的学以致用，加强理论联系实践，帮助学生们更好的为以后的工作与学习打好基础。