“催化原理”课程思政体系建设与考核设计

王欢，崔文权，刘利，葛明，高会元

（华北理工大学化学工程学院，河北 唐山 063210）

课程思政是指以构建全员、全程、全课程育人格局的形式，将各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，把“立德树人”作为教育的根本任务的一种综合教育理念，是我国高校构建“三全育人”格局的必经之路[1]。当前我国高校专业教育在课程思政方面存在如下两方面问题：①思想政治教育与专业教育相互隔绝，形成了“孤岛效应”，专业课程与思想政治教育融合度低，不能将专业知识与价值导向有效结合；②各类课程还没有形成具有专业课程特色的思政体系，专业课程整体设计缺乏，效果评价环节薄弱，思政内容机械、死板，教学效果良莠不齐。这些问题严重制约了课程思政建设在高校教育教学中的健康发展。

随着社会进步，化工方面的新知识和新理论不断拓展，如何顺应化工行业的发展需求和培养新型化工行业人才，创新和完善高校“催化原理”课程教学是一个重要课题。“催化原理”课程是一门催化理论和催化实践并重的应用性很强的学科，也是华北理工大学应用化学专业的核心课程之一。本课程的主要任务是教会学生掌握催化作用的基本规律，了解催化过程的化学本质，熟悉工业催化技术的基本要求和特性，为培养应用化学、化学、化工工艺类专业工程师提供坚实的理论基础，把学生培养成具有创新能力与家国情怀并重的工程师。目前，国内许多高校对“催化原理”课程的教学内容、教学方法与考核方式等进行了初步改革，努力打破传统的教学模式，激发了学生学习积极性，提高了教学质量[2-3]，但是仍存在一些问题制约了该课程教学质量的进一步提高：①课程思政案例不能系统融入教学过程中，思政案例机械、死板，缺乏顶层设计，导致学生获得感和认同感不足；②教学案例不能紧跟当前工业发展和科技进步动态，“科研反哺教学、创新创业”案例内容缺乏、滞后，导致学生不能有效将所学基本理论与工业应用、最新进展相关联[4]；③考核方式以期末考试为主，过程性考核体系不够系统和完善，课程思政元素不能有机融入考核过程，导致学生学习成效不能得到全面评价。

本文以“催化原理”课程为研究对象，从课程思政教学目标、案例体系教学设计、教学方法、考核体系和评价指标、教学效果和案例推广等方面对华北理工大学应用化学专业“催化原理”专业核心课程教学改革进行创新设计，积极推动课程思政案例体系建设在我国工科专业课程课堂教学中健康、快速发展。

1 课程思政教学目标

立足课程思政的现代课程观，“催化原理”课程在知识性和能力性目标之外，还将“立德树人、创新创业、科研反哺教学”的课程思政目标融入其中，贯穿于课程教学大纲的始终，实现了课程思政建设与教学目标的完美契合。通过课程思政教学设计，在学生完成知识和能力目标的基础上，以“催化原理”三个思政教学目标为导向，实现立德树人的根本目的：

（1）使学生养成良好的自我学习和信息获取的能力。

（2）培养学生追求真理、实事求是、勇于探究与实践的科学精神，提升学生团队精神和开拓创新意识。

（3）坚定学生理想信念，增强政治认同感，培养学生可持续发展理念和环境保护意识，勇于奋斗、爱岗敬业的职业精神。

2 课程思政教学设计

在教学过程中，将“催化原理”课程内容分成催化剂与催化作用的基础知识、催化剂设计与合成、新型催化技术三大模块，根据各个教学单元的内容特点，选取与专业特色和课程特色更切合的课程思政案例融入，并配合以相应的教学活动设计，促进知识、能力和课程思政教学目标的同步有效达成。具体教学设计如图1。

图1 “催化原理”课程思政教学设计图

（1）模块一：各类催化剂与催化作用

在“催化原理”课程绪论（首堂课）部分，通过对催化历史和有关理论及技术建立过程的讲解，了解前辈们在催化发展过程中如何思考，如何克服所遇到的障碍，解决人类社会发展过程中遇到的科学难题，将勇于探究、自强不息、锐意进取的改革创新、科学精神等思政元素融入教学环节中，实现“立德树人”目标。在讲解各类催化剂的教学过程中，介绍我国在该领域涌现的科学家故事。如在分子筛催化剂章节介绍思政案例：中科院大连化学物理研究所刘中民院士研制甲醇制烯烃分子筛催化剂，开发了具有独立自主知识产权的甲醇制烯烃（DMTO）技术，并率先在世界上实现工业化，为保障我国的能源安全，实现“煤代油”，摆脱对石油资源的严重依赖做出了突出贡献。在石油化工领域，闵恩泽院士指导开发了硅铝催化剂、铂重整催化剂、Y型分子筛催化剂等，打破了国外试图对我国进行技术封锁，实现了我国炼油催化剂的跨越式发展。在金属氧化物催化剂章节介绍思政案例：中科院大连化物所李灿院士团队研发了电催化分解水制氢技术和二氧化碳加氢制甲醇催化技术，其中，二氧化碳加氢制甲醇技术采用李灿团队自主研发的固溶体双金属氧化物催化剂（ZnO-ZrO2），该催化剂可实现二氧化碳高选择性（选择性大于90%）、高稳定性加氢合成甲醇。该技术应用于全球首套千吨级规模太阳燃料合成示范项目，并在兰州新区绿色化工园区试车成功，该项目为可再生能源转化为绿色液体燃料工业化生产迈出第一步。包信和院士领导团队在煤化工催化领域中首次创建氧化物和分子筛纳米复合催化剂及其催化过程，成功将煤基合成气一步转化直接制得低碳烯烃，创立了一条煤转化新途径，这从原理上可以减少水的消耗。包信和院士团队20余年攻关获得的“纳米限域催化”成果荣获2020年度国家自然科学一等奖，为我国能源转化利用领域做出了突出贡献。通过催化学科发展过程中涌现的典型科学人物、科学家故事，重大科学发现等案例的分享，帮助学生建立科学的思维方法以及工作中勇于面对挑战、勇往直前的奋斗精神和创新创业精神，引导学生树立正确的人生观、世界观和社会主义核心价值观，以锐意进取的精神投身到祖国建设中。

在模块一各个单元的学习过程中，主要通过启发式、案例式教学方法介绍各类催化剂及催化作用的理论知识，使学生对催化剂与催化作用的知识有一个全面了解。教学过程中融入各类催化剂（如酸碱催化剂、金属催化剂、金属氧化物催化剂、络合催化剂等）的学科前沿动态，在每部分课堂设计中安排新型催化剂学科前沿动态欣赏5～10分钟。每部分教学过程中，以OBE教学理念为导向，鼓励学生查阅、分析文献资料，针对新型催化剂学科前沿、催化剂应用进展等展开讨论，真正将“创新创业”的思政元素融入课堂教学环节中，同时可采取翻转课堂的教学形式，提高学生课堂参与度，活跃课堂气氛，使学生养成良好的自我学习和信息获取的能力，从而实现思政教学目标。

（2）模块二：催化剂设计与合成

在模块二“催化剂设计与合成”教学过程中，主要通过启发式、案例式教学方法介绍催化剂的设计思路、催化剂合成方法，培养学生追求真理、实事求是、探索未知、自主创新的科学精神。同时，结合教师在“催化新材料”研究领域的科研成果与心得以及最新催化研究动态，通过案例式教学使学生掌握催化剂的设计思路与合成方法。比如：讲到金属催化剂的制备方法时，通过给学生欣赏最新科研文献、科技视频报道等形式，向学生展示新型单原子金属催化剂具有最大化的原子利用率、独特的电子结构以及超高的催化活性，在二氧化碳加氢、甲烷转化等催化反应中有重要应用潜力，单原子金属催化剂的出现为解决我国能源危机问题奠定了重要基础。而制备单原子催化剂最大的问题就是制备方法没有普适性，可重复性低，限制了单原子金属催化剂的实际应用。通过最新科研案例，讲解中国科学技术大学曾杰教授的研究团队通过电化学沉积法成功制备出了34种单原子金属催化剂，极大推动了单原子金属催化剂在催化领域的实际应用。正是他们这种锲而不舍、开拓创新、科技报国的工匠精神，才能使得他们的科研成果被世界认可，该成果也发表在了《自然·通讯》杂志上。通过典型科研案例讲解，培养学生追求真理、实事求是、科技报国、责任担当的科学精神和大国工匠精神。

（3）模块三：新型催化技术

目前能源短缺与环境污染已成为我国实现全面建成小康社会的绊脚石。习近平总书记一直强调“绿水青山就是金山银山”，就是要尽最大可能维持经济发展与生态环境之间的精细平衡，走生态优先、绿色发展的路子。然而目前我国大气污染、水污染状况依然很严重，据中华人民共和国环保部统计，仅2015年我国工业废水排放量为199.5亿吨。工业废水不仅对生态环境的危害较大，还会污染地下水，影响我国人民身体健康。

在模块三中，以生态文明、健康中国为出发点，从催化学科对我国创新驱动发展作用的角度出发，介绍新型光催化技术、电催化技术、催化燃烧技术等新型催化技术。以杰出贡献者研究工作、教师科研成果为载体，通过环境催化、催化新材料发展方面知识的学习，将“创新创业、科研反哺教学”贯穿新型催化技术教学始终，培养学生严谨、求实、创新的科学精神。比如：在介绍新型光催化技术教学内容时，结合教师在“能源与环境催化”研究领域的研究成果，将光催化技术的课堂教学与教师科研紧密结合，有效实现“科研反哺教学”，培养学生的创新意识、环保意识，突出价值引领、知识传授和能力培养。

通过习近平总书记提出的“绿水青山就是金山银山”“科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑”，我国“十四五”规划建议中明确提出力争在2030年实现“碳达峰”，2060年实现“碳中和”等国家战略，激发学生勇于探究、开拓创新的科学态度，使学生认识到人类与自然的和谐共存以及绿色发展的重要性，培养学生建立可持续发展的理念，引导他们正确地认识世界，树立正确的人生观、世界观和价值观，增强职业道德责任感和爱国主义情怀，实现“立德树人”。

3 考核体系和评价指标

“催化原理”课程传统的考核方式主要以期末考试为主，评价过程较单一，不能全面评价授课教师和学生在教与学过程中对专业知识和催化学科动态等方面的教授和掌握情况，也不能有效激发学生学习积极性和创新能力。

通过“催化原理”考核体系和评价指标的改革，以考核学生能力培养目标和课程思政教学目标的达成为主要目的，突破传统考核方式，建立多元考核体系，注重过程考核。考核包括平时考核和期末考核两部分，平时考核包括课后作业、课堂测评、课堂专题讨论、课程论文四部分，期末考核包括期末考试成绩考核（开卷）。在各考核环节，结合催化学科专业知识，有效融入思政元素考核，检查学生对各知识点的掌握程度以及在解决催化领域实际问题的专业知识应用能力和创新能力，考核学生在情感、价值观等方面受到的影响和内化情况[5]。课程具体考核环节、成绩构成及评价指标见表1。

表1 课程考核环节及评价指标

4 教学效果

（1）在教学过程中通过介绍催化学科发展史中涌现的科学家精神，培养学生艰苦奋斗、自强不息的科学精神、民族自豪感和当代大学生的社会责任感。

（2）通过对典型催化科研案例的查阅、总结归纳与分析，实现对学生过程性考核的目的，培养学生勇于探究、严谨求实、开拓创新的科学精神。

（3）将教师最新催化研究成果以及研究过程中存在的问题通过教师“科研反哺教学”的方式分享给学生，通过讨论、质疑、分析等形式，鼓励学生利用所学专业知识解决实际问题，培养学生理论联系实际、勇于探究的科学精神。

（4）结合我国在当今发展过程中遇到的能源与环境问题，向学生介绍“碳达峰、碳中和”“绿水青山就是金山银山”“科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑”等国家战略，使学生认识人类与自然的和谐共存、绿色发展的重要性，培养学生建立可持续发展的理念，培养学生社会责任感和使命感。

通过精心设计课程教学，保障授课教学效果并达成教学目标。在教学过程中，课程思政内容根据学科发展动态持续更新，让学生在学习催化基础知识的同时汲取新思想、新思路，培养学生的创新意识和科学精神。始终坚持教书与育人相统一，挖掘并积累思政元素，以“春风化雨、润物无声”的形式，隐性融入“催化原理”课程课堂教学环节，不断丰富课程思政的内涵，在传授专业知识的同时，引领学生思想、塑造学生价值观、培养学生家国情怀。

5 结论

通过“催化原理”课程三个模块的精心设计，以学生为中心，通过线上线下、课堂内外、面授翻转、科研反哺等多种形式，将基础知识、科学前沿和催化工业典型案例相结合，提升了学生解决复杂催化问题的能力。将社会主义核心价值观、国家战略观融入教育教学全过程，为培养我国工科专业实践能力强、创新能力突出、具有团队协作精神和家国情怀的复合型人才奠定重要基础。本课程融合隐性思政的教学模式，可供其他工科类课程借鉴并推广应用，使专业课程与思政教育同向同行，形成协同效应。