劉會敏，張啟儉，齊 平，周艷軍，吳 昊

應(yīng)用型大學“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 化學與環(huán)境工程學院，遼寧 錦州 121001；2. 渤海大學 歷史文化學院，遼寧 錦州 121013)

隨著高等教育的普及，應(yīng)用型大學進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改革方案，采用理論與實踐相結(jié)合的教學模式，注重實踐案例教學，結(jié)合課外實踐、以實踐牽動理論學習，強化應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。在遼寧工業(yè)大學對催化原理課程進行上述教學改革后，學生平均成績提高了20%，近80名學生在本科階段即加入科研團隊，接受了科研培訓，近30%的學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生對催化原理課程的學習興趣、培養(yǎng)了學生科學的思維能力及研究能力。

催化原理；應(yīng)用型大學；教學改革；理論實踐相結(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)的教學思想，改革創(chuàng)新教育教學方式方法，根據(jù)學生的知識基礎(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知識充分應(yīng)用到現(xiàn)實當中，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，改變高等學校教育模式，提高學生綜合能力已是大勢所趨。應(yīng)用型人才是有思想、動手能力強的技術(shù)工程師，是地方和行業(yè)經(jīng)濟發(fā)展及國家工業(yè)化進程亟需的人才類型之一。應(yīng)用型人才主要由應(yīng)用型大學培養(yǎng)，在培養(yǎng)過程中更側(cè)重其實踐應(yīng)用能力[2-3]?！按呋怼笔腔瘜W工程與工藝專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，是綜合利用有機化學、無機化學、物理化學、分析化學等基礎(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)用型大學里進行教學改革具有重要示范意義。

一、應(yīng)用型大學催化原理課程教學存在問題

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

（一）“催化原理”的教學體系與研究型大學相似

與研究型大學相比，有些應(yīng)用型大學只是對課程內(nèi)容進行重構(gòu)，減少了純理論內(nèi)容。例如，有些應(yīng)用型大學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、催化吸附動力學推導以及金屬催化劑的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；另一方面部分學生對所學到的知識知其然不知其所以然，不利于培養(yǎng)學生運用知識解決催化化學領(lǐng)域復雜工程問題的能力。

（二）催化原理課程以理論講授為主，比較枯燥乏味

學生對知識的學習以背誦為主，記憶不深，很容易忘記。同時，由于并未相應(yīng)地增加催化劑的實際應(yīng)用案例和實踐環(huán)節(jié)，這導致學生在校學習到的多是理論知識，實踐少、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)用型大學催化原理課程的設(shè)立目標，即為學生從事化學、化工等工作打下堅實的理論基礎(chǔ)。

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

二、應(yīng)用型大學催化原理課程教學改革新策略

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

（一）改革教學理念

要想培養(yǎng)出更滿足社會實際需要的應(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的反向性教學設(shè)計理念。具體來說，其強調(diào)的是要對學生的學習成果進行測量，重點關(guān)注學生在完成自己的學習活動之后，能夠真正得到什么東西[5]。在OBE理念的教學模式下，學生是主動要求學習的群體，而非像傳統(tǒng)模式那樣被動接受教師傳授知識，即以學生為中心，將教學理念由“我教你學”轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳銓W我輔”上來。注重教學效果，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神為目標，促使學生提高學習效率與效果以及靈活運用知識的能力。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)域取得的長足進展（大連理工大學開發(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），建立學生的文化自信和家國情懷，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)其學習的內(nèi)動力。在進行酸堿催化內(nèi)容的教學活動中，不再像以前一樣，只是強調(diào)學生為了應(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，讓課程教學更符合社會對相關(guān)人才的需要。授課時即使是化學專業(yè)的課程，在教學過程中也要強調(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)，意識到學習的重要性，激發(fā)學生的學習興趣。譬如，教師在教授學生相關(guān)內(nèi)容的時候，可以強調(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，以此讓學生感受到學習催化劑課程的重要性和使命感，從而提高學生主動學習的興趣。

（二）改革教學內(nèi)容

在OBE理念指導下，教學內(nèi)容和培養(yǎng)目標要相輔相成。教學內(nèi)容和培養(yǎng)目標要一致，教學內(nèi)容要服務(wù)培養(yǎng)目標。培養(yǎng)目標和培養(yǎng)方案的制定要符合學生的學習實際與學校的建設(shè)定位[6]。傳統(tǒng)的高校教學模式下，培養(yǎng)目標與社會實際需要脫節(jié)，教學內(nèi)容有時純粹是為了學習而學習，學生畢業(yè)后才發(fā)現(xiàn)課堂所學知識根本無法付諸實踐，課堂教學內(nèi)容是為了讓教師完成教學任務(wù)。因此，傳統(tǒng)的教學內(nèi)容與培養(yǎng)目標脫節(jié)，無法為目標服務(wù)，而且由于培養(yǎng)目標與現(xiàn)實也處于脫節(jié)狀態(tài)，教學內(nèi)容更加無法為現(xiàn)實服務(wù)。綜上所述，進一步強化改革理論灌輸式的教學模式，采用理論與實踐相結(jié)合模式培養(yǎng)應(yīng)用型人才已經(jīng)刻不容緩。OBE教學理論還提出教師授課要以問題為導向，用提出問題的方式引導學生自行思考與探究。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，要適當刪減對純理論內(nèi)容的講授，應(yīng)該以問題為引導，讓學生自行思考純理論與實用理論和應(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下不情愿被動地選擇學習重點。本節(jié)課中，教師根據(jù)OBE教學理論的實踐導向內(nèi)容，適當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?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，使學生對該工藝的發(fā)展歷史及整體操作過程有初步認知。

（三）增加實踐環(huán)節(jié)

為了更好地推動學生主動學習與實踐應(yīng)用，使學生更好地掌握課程內(nèi)容與精髓，充分利用“基礎(chǔ)化學實驗平臺-化學工程實驗實訓平臺-創(chuàng)新研究實踐平臺”三位一體的校內(nèi)實踐教學平臺及校企聯(lián)合實踐平臺，構(gòu)建起“理論教學-實驗實訓-工程能力訓練”全方位培養(yǎng)模式，使學生的“學習能力-實踐能力-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)實驗課程中開展了“采用共沉淀法制備Fe-TiO2光催化劑”實驗，利用化學工程實驗實訓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)新研究實踐平臺及校企聯(lián)合實踐平臺讓學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。通過這些實踐環(huán)節(jié)，不僅提高了學生的動手能力，也提高了學生的學習能力、實踐能力、創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力。同時，推進“學而時習之”的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式。以課外實踐牽動理論學習，強化應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。OBE理念強調(diào)“以學生為中心”的課堂教學，即教師不僅僅要重視學生在課堂上的表現(xiàn)，還應(yīng)該把關(guān)注的目光延伸至課外，把課堂所學的理論，應(yīng)用于實踐操作[7]。例如，針對催化原理課程，合理地安排了理論課與實踐課，讓學生在學習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)實驗，學生以學習的理論知識指導課程實踐。同時，以實踐牽動理論學習。一方面，學生通過自己動手操作，對課堂上所學的儀器（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）有了感官認識，進一步深化了對所學知識的理解與認知；另一方面，實踐課讓學生體會到了理論課學習的樂趣，從而激發(fā)了其學習的熱情、主動性和積極性。

（四）增加課外實踐活動

給本科生提供科研訓練機會，鼓勵學生加入催化領(lǐng)域的科研團隊，進行科研培訓和實踐，讓學生接受科研方法及實踐技能等多方面的嚴格培訓。例如，近80名本科生通過大學生創(chuàng)新訓練計劃項目及大學生社會實踐與科技競賽等項目進入科研團隊，開展了二氧化碳催化轉(zhuǎn)化制甲醇、二甲醚催化重整制氫、光催化亞甲基藍降解等研究。在此過程中，學生不僅接受了科研訓練，知道如何規(guī)范地使用儀器設(shè)備，而且讓學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)合科研進展，將催化領(lǐng)域的科研成果融入教學內(nèi)容，使學生意識到所學知識的重要性，進而激發(fā)學生的學習興趣，提高教學質(zhì)量。例如，結(jié)合“碳達峰、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，進而激發(fā)學生的學習興趣。在講述半導體催化劑活化二氧化碳或氧氣的Mars Van Krevelen機理時，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機理實現(xiàn)了對二氧化碳的活化，進而提高了其催化性能）。科教融合的教學方式不僅加深了學生對課堂所學內(nèi)容的記憶，而且提高了學生對科研的興趣，進而激發(fā)了其學習熱情。

三、結(jié)語

從OBE理論所提出的“強調(diào)以學生為中心”“尊重學生個體差異”以及“遵循結(jié)果導向的反向課程設(shè)計模式”三個要點出發(fā)，采用理論與實踐相結(jié)合、側(cè)重實踐的模式培養(yǎng)應(yīng)用型人才。以學生為中心，將教學理念由“我教你學”轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳銓W我輔”上來、在課堂上側(cè)重講解催化劑在工業(yè)上的實際應(yīng)用案例、利用校內(nèi)實踐教學平臺、校企聯(lián)合實踐平臺以及科研團隊培養(yǎng)學生的工程應(yīng)用能力，進而以學習的理論知識指導課程實踐、以實踐促進理論課學習，全方位地培養(yǎng)學生的實踐創(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)用型大學生。

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[3] 楊爾慧, 張千鋒, 潘宇晨. 應(yīng)用型大學基于《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學改革的研究與實踐[J]. 科技視界, 2017(9): 2.

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[7] 許陳穎. 基于 OBE 理念的“文學概論”課程教學改革與實踐探索[J]. 黑龍江教育(理論與實踐), 2022(2): 89.

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。

(責任編輯：付春玲)