工程教育认证趋势下催化原理课程的改革与创新

2022-06-28陈天嘉秦海莉解瑞俊何润霞陈伟伟孙映晖李艳张永锋

化工管理 2022年17期

陈天嘉，秦海莉，解瑞俊，何润霞，陈伟伟，孙映晖，李艳，张永锋

(内蒙古工业大学化工学院，内蒙古呼和浩特 010051)

0 引言

随着人文社会和经济环境的不断发展，创新性教学方式的改革和革新迫在眉睫。只有新型的教学模式才能符合现代工程教育的核心理念，即产出导向型的教育(qutcome based education，OBE)。该教育理念是以人为本，学生为中心，注重学习产出。OBE 理念是1981 年由Spady 等提出，从1994 年在美国教育界正式实施起，很快得到了人们的重视与认可[1]，并在美国、英国、加拿大等国家成为了教育改革的主流理念。2013 年6 月，我国被接纳为《华盛顿协议》签约成员。中国工程教育认证协会也这在之后对教学专业认证的评价标准提出了一些新的要求：学生为中心、整合实验教学资源、产出导向的课程设计、培养创新型人才的目标、持续改进的质量保障体系。

甲醛标准溶液（100 μg/mL）、甲醇（色谱纯）、2，4-二硝基苯肼、磷酸，试剂除注明外均为分析纯。

催化原理这门课是化工类专业的专业课。它是一门结合物理化学、结构化学、化学动力学等多知识点的课程，对教师的综合教学能力具有较大考验。催化原理课程不但专业认知性强，需要学生结合多种化学课程，能够理论与实践相结合，而且该课程有较强的理论与综合性。但是，学生在接触这门课后，存在着学习兴趣和动力不足，缺乏理论基础的结合能力导致学习效果较差。再加上目前新冠疫情影响下，高校绝大多数课程需要进行线上和线下教学的切换，疫情下的教学模式和手段也受到了很大程度的挑战。因此，为了满足现代工程教育的需要，更好地培养化工类的创新型人才，催化原理的教学模式改革也迫在眉睫。本校化工学院化学工程与工艺专业在2020 年已经顺利通过教育部对本专业的工程教育认证，而催化原理是本专业的专业基础课程。本文将通过在教学过程中的几个要点来说明催化原理课程的教改情况。

1 OBE 教育理念在课程教改中的作用

1.1 催化原理课程现状

催化原理课程的内容较为抽象且庞杂，尤其是对一些催化剂空间构型等内容的学习时，学生接受效果一般。为了提高学生的认知兴趣和学习的主动性，在教学的过程中会列举一些与生活相关的例子，以此提高学生的学习兴趣。但是在回归课本知识内容以后，学生注意力则会明显下降。此外，期末考试出题内容和回答形式更加开放。结果发现，学生考试的通过率有所提高，但是对开放试题的基本知识和重点内容的把握有所偏差。综合上述学情，我们希望通过课程改革，使课程脉络清晰方便学生掌握。

1.2 结合OBE 理念对课程的整体把握

OBE 理念为核心的工程教育体系一般是由三个循环组成，即校外循环、校内循环和课内循环[2]：(1)对于催化原理这门课程，我专业的校外循环是通过与三届应届毕业生座谈、对三届往届毕业生调查以及校外有关本专业学生就业企业共同参与下的社会评价机制，这会很大程度的推进本专业的持续改进；(2)校内循环是通过对教学全过程质量评价及效果反馈，促进教学活动和毕业要求的持续改进；(3) 课内循环由培养目标出发是通过对教学实践过程中的每一个环节的不断调整来实现持续改进。这三个环节紧密相连，成为了一个环环相扣的持续改进体系。

根据NAM模型的模拟结果，运用1990—1994年的实测数据校准NAM模型，图2给出了安阳河水文站1990—1994年日径流深的实测值和模拟值。基于此，运用NAM模型来模拟强人为干扰时期的流域径流量是合理可信的。

首先，教学计划的制定并不是一成不变的。如图所示，教学目标的设计源泉是来自教学总结的最终反馈，把授课结果的评价作为教学目标制定的立足根本。其次，教学日志是教学总结的考量内容。教学日志是教师在催化原理课程教学过程中对于课堂实际效果和学生课上反馈等情况的综合分析，对于教师对教学目标的思考和教学总结的撰写起到了承上启下的作用。最后，教学总结是对整个授课过程的反思。教师通过系统的教学总结，采取相应的改进措施来调整教学策略和教学目标。课内循环的教学过程中需要教师从传统的“以教为中心”改为“以学为中心”，不断改进教学手段完善教学内容，以此提高学生学习的兴趣[3]。如表1 所示，“教”与“学”的最终目的就是使学生能够自觉学习，并能不断提高学习的能力和个人素质。

曾慥《类说》卷五十五：“东坡与少游饮别，作《虞美人》曰(略)。世传此词贺方回作，非也。乃东坡作。”《诗话总龟》卷四十：“东坡与秦少游饮别维扬，作《虞美人》词曰……世传贺方回作也。”《能改斋漫录》卷十六：“东坡长短句云：‘无情汴水自东流，只载一船离恨向西州。’张文潜用其意以为诗云：‘亭亭画舸系春潭(下略)’王平甫尝爱而诵之，彼不知其出于东坡也。”[12]476这都是宋人文献中视此词为苏轼作品的证据。

一般来讲，课内循环是整个持续改进循环机制的具体地实施过程，也是最基础和重要的实践环节。催化原理课程的改革其实也是主要在课内循环进行，而这需要从整体进行合理构建。构成该课程课内循环的版块主要可以分为三部分：(1) 授课计划的制定：该过程需要结合教学大纲制定合理、切实可行的课程目标；(2)授课日志的撰写：该过程需要将授课过程中实际效果与各种评价、建议相结合，加以详细的记录；(3) 授课反馈的总结：这一过程是对整个授课过程的总结和思考，对课内循环的各项循环起指导作用。如图1 所示，该课程课内循环的实际措施，除一些细节上的完善以外，该改革方案的主体思想正是OBE 理念强调的持续改进。

图1 催化原理课内循环的构建和改革

表1 OBE 理念下创新改革教育模式与传统模式的对比

2 催化原理课程模块化的教改方式

2.1 教学目标和教学内容的合理化

针对上述分析课程现状与教改思路，教学内容主要进行了三部分改进：首先，对课时进行了合理化调整。例如，基础知识的课时进行了适当缩减(如12 课时缩减至8 课时)，同时增加了典型催化剂的剖析课时(如12 课时增加至18 课时)。在改革过程中，精简基础概念的讲授，但是将基础知识糅合到典型催化剂的内容中去，使得这两部分衔接的更加自然和紧密。其次，教学内容更加前沿化。将催化理论和最新相关的催化技术与材料的研究成果相结合来介绍，可以有效提高学生的学习兴趣和发散思维。例如，在讲解“吸附与催化剂孔内扩散”的内容时，可以与前沿性较强的新材料学科相结合，去讲授孔的特殊结构和吸附扩散的相关理论。最后，教学内容的直观化和形象化。对于催化原理的教学内容，课本内容有些章节相对抽象、难以理解，教师需要将抽象的文字描述或是公式、化学表达式等内容通过适当的方式进行形象化的展示和讲授。教师应尽可能选取一些直观例子和科研成果等内容的报道去加强学生对内容的理解。这部分需结合教学手段改革来进行，后面将进行详细阐述。

我院催化原理课程共32 课时，主要选用的教材是王桂茹[4]主编的《催化剂与催化作用》，在教学内容选取时还会结合如黄仲涛等[5]编著的《工业催化》以及吴越等[6]撰写的《现代催化原理》等著作，将各种观点与前沿教材融入教学中。本课程教学内容包括三大部分：(1)催化剂与催化作用基本概念与知识；(2)四大类典型催化剂(酸碱、金属、金属氧化物、络合物)的剖析；(3)催化剂的制备、使用及选择。

新时期工程教育背景下，教师应合理构建课程目标与毕业要求的联系。催化原理的学习中不但要注重基本概念等知识点的记忆，还要理解课程对解决实际工程问题的方法。所以，在制定教学目标时就不能只局限于会进行单一问题传授，而应使学生能熟知催化的应用以及催化剂的选取、设计等相关内容。为此，课程教学目标进行了相应的调整。例如，课程标准中的教学目标由之前的简单笼统的概括性叙述转变成了具体且详细对应关系。

人才培训是促进企业发展的重要举措，尤其针对电厂企业而言，通过人才培训可以更新工作人员的知识结构，锻炼其岗位技能，因此，企业要加强人才培训的管理和投入，通过对现有人员的培训和开发，实现企业的既定发展目标。首先，企业要给予人才培训以资金支持，保证人才培训工作的有序进行以及全面开展；其次，企业要对人才培训开展科学的管理，提升人才培训的效率和质量；最后，企业要对注重更新培训内容，传授给员工以行业前沿的知识和技能，提升员工的专业技术和素养，进而为企业发展注入人才活力。

2.2 课程思政的融入

对于理工科的专业课的课程思政元素，不是从抽象的理论概念中逻辑地推论出来的，而是应从社会实际中寻找，从学科的知识与社会实践结合度中去寻找。目前，我国在多领域、多行业都开始走在世界的前列，对于化学化工行业亦是如此。许多先进的催化技术和催化材料的研究开发，使得很多我国催化前沿的研究逐渐被认同。这样一来，在催化原理的教学过程中，可以将一些前沿性科研内容或成果融入教学中去。这样，课程思政可以做到“耳濡目染”“润物细无声”的效果。再如，课程思政的教学设计，可以从催化发展的纵向历史与横向现实的维度出发，将中国催化发展与世界催化化工的发展历史和节点进行比较、历史使命与时代责任的比较，使思政教育元素既源于工业以及催化行业的历史又基于现实，既传承历史血脉又体现与时俱进。

高校中的课程既能够传授知识培养科学的思考能力，同时还可承载着思想政治教育功能。教师传授课程知识的同时还需要培养学生积极健康的世界观、人生观、价值观的作用。对于催化原理这门课程也不例外，在将催化原理课程内容和课程思政相结合时，并不是系统化地进行思想教育活动，而是结合这门课程特点，寻找专业知识和德育元素的结合点。教师应该以实事求是的原则，启发学生进行创新思维，教学过程应该突出重点、注重实效，牢牢把握社会主义核心价值观的精髓，将思政元素融入知识点中，这样才会在这门专业课的教学中不至跑偏。

本校为普通本科院校，化学工程与工艺专业学生的专业基础不是很好，所以，本课程基础性概念的讲授需要由浅入深、循序渐进。与此同时，还需结合其他相关课程的内容，如：物理化学、结构化学等。此外，教师需联系生活实例提高学生的兴趣，抓住学生课堂前20 分钟的注意力极值点。本课程利用8 课时讲授基本概念及理论。第二部分的典型催化剂的介绍是重点内容，此部分内容需要结合科研前沿动态以及本学院涉及催化科研教师的科研方向进行讲解，本部分一般用16 课时来进行应用型教学。催化剂制备与使用是本课程的第三部分内容，同时也是重要的催化应用型人才的启发储备式内容，本部分授课内容将会用6 课时进行讲解与学习。最后，关于实际催化剂的应用实例部分，将会使用2 课时的翻转课堂进行讨论与互动。

从信息论的角度来看，绩效评估的过程就是一个信息流从信息搜集、筛选到加工、输出、反馈的过程。绩效评估结果的有效性取决于信息的真实性和准确性。信息数量不足，不能全面反映评价对象的全貌;信息质量失真，则会造成评估结果的失误。因此，要提高绩效评估的科学性和准确性，必须要有充裕、准确的信息来源作为保证。政府主管部门要发挥主导作用，积极推进高校信息公开工作，高校内部也要高标准建设信息管理系统。

2.3 教学手段与方法的运用

合适的教学方法的运用可以使得教学效果达到事半功倍的结果。与传统的机械式授课相比，采用举例、多媒体、网络技术和翻转课堂等方式，可以使一些抽象的内容通过直观且形象的形式传授给学生。例如，分子的扩散、吸脱附过程等内容时，可借助于现代化的多媒体教学手段(如：flash 动画、短视频等)让学生从三维空间来观察分子运动。这样既可以化无形为有形、化静态为动态、化抽象为直观，同时也可以激发学生们的学习兴趣。在学习一些较为开放性的知识点，例如“催化剂的制备与选择”这一部分内容，可以更多的采用一些互动教学手段。翻转课堂译自“Inverted Classroom”，是指重新规划课上以及课后的时间[7]。这种教学模式下，教师很大程度上不再占用课堂的时间来讲授信息，很多知识点可以让学生在课前完成自主学习，学生也可以自主进行学习拓展。此外，学习的手段更加多样化，如看视频、知识贴吧以及在网络上与别的学者或同学讨论，能在任何时候去查阅需要的材料。翻转课堂的教学方式使教师和学生在课堂上的角色发生一定程度的互换，引导学生自主学习、很大程度提高学生对课程学习的积极性。所以，翻转课堂的应用需要继续摸索。

突如其来的新冠疫情让中国教育尤其是高校的高等教育很多时候被迫转为线上，开始了一次史无前例的大规模在线教育实战演练。因此，作为高校教育中的一门专业课，催化原理的授课除了使用常规的线下教学手段以外，线上教学平台的运用也十分必要。例如，在疫情期间，钉钉、雨课堂、学习通、腾讯会议等师生耳熟能详的各大在线教学平台，为“停课不停学”提供了有力保证，可谓功不可没。所以，在线下教学在突发状况下难以进行实施，这个时候线上教学的优越性就可以充分发掘。教师可以通过线上平台在线答疑、安排作业，教学评价等，而学生可以线上完成课前预习、课前自测、观看教学视频以及完成作业等。这样既可以节约时间、增加互动，还可以更有效地留存学习记录、测评结果，使得教师对每个学生的最终考核更加全面。线上平台的辅助教学既可以辅助教师更客观的评价学生的学习效果，还可以灵活应对像新冠疫情这样的突发状况。

2.4 考核方式改革

如简单对催化原理课程采取闭卷考试的方式进行考核，并不能反映学生学习的真实情况。为了全面客观地考查学生的整体学习情况，需对考核方式可进行调整。首先，加大平时成绩的积分比例，增加期中考试、平时作业、课堂回答问题打分等；其次，融入线上教学的考查痕迹，丰富考核的来源；最后，教师可提供相关课题，让学生们查阅资料，讨论前沿催化问题，做成报告或是PPT 进行展示。这样，将多种考查方式和期末成绩进行结合，更全面地考核学生的学习情况。总体来讲，从教学目标到考核方式的改革可以归纳为模块化的处理方式，如表2 所示。系统化地处理与分配可以使催化原理课程的设计与安排更加合理和有逻辑性。