蔣青青

(中南民族大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430074)

化學(xué)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支撐產(chǎn)業(yè)之一，化學(xué)工業(yè)的發(fā)展程度是國(guó)家工業(yè)化和現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要衡量標(biāo)志。縱觀化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，催化劑發(fā)揮著無可替代的作用，超過90%化工產(chǎn)品的生產(chǎn)與催化技術(shù)密切相關(guān)，可以說沒有催化劑就沒有現(xiàn)代的化學(xué)工業(yè)。催化技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油加工、能源、高分子材料、制藥以及環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域，是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的核心技術(shù)。因此，化學(xué)化工等專業(yè)學(xué)生在本科階段學(xué)習(xí)“催化化學(xué)”這門課程是非常必要的。

催化化學(xué)是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)重要的專業(yè)必修課之一，其主要任務(wù)是使學(xué)生熟悉和掌握催化作用的基本概念和基本原理，了解催化劑設(shè)計(jì)和制備方法，催化劑在典型化工過程中的作用，熟悉催化劑測(cè)試和表征的常用方法，為培養(yǎng)化工專業(yè)工程師提供堅(jiān)實(shí)的催化理論基礎(chǔ)。催化是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用課程，催化理論與物理化學(xué)、化學(xué)工程、有機(jī)化學(xué)、精細(xì)化工等專業(yè)學(xué)科相互交叉融合，內(nèi)容繁多并且雜亂，以學(xué)生的知識(shí)水平難以把握相關(guān)的知識(shí)和理論。筆者在教學(xué)期間，不斷有學(xué)生反映該課程學(xué)習(xí)有一定難度，理解深度不夠，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高?！洞呋瘜W(xué)》學(xué)時(shí)有限，只有32學(xué)時(shí)，課程學(xué)時(shí)較短而需要講授的內(nèi)容卻十分復(fù)雜，如何在完成教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，盡可能的提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，讓學(xué)生愛上這門略顯枯燥而又非常主要的催化化學(xué)課呢，這是擺在我們面前亟待解決的問題。因此，我們?cè)谡n程內(nèi)容、教學(xué)模式、實(shí)踐教學(xué)、課程考核等方面的改革做了一些初步的探索和實(shí)踐。

1 整合教學(xué)內(nèi)容

催化化學(xué)專業(yè)性強(qiáng)，研究進(jìn)展和知識(shí)更新快，覆蓋石油化工、煤化工、精細(xì)化工等領(lǐng)域，涉及物理化學(xué)、化學(xué)工程、有機(jī)化學(xué)、精細(xì)化工等學(xué)科，由此而生的新知識(shí)和新技術(shù)也日益增多，需要經(jīng)常更新教學(xué)內(nèi)容。為了使本校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的本科生較好的學(xué)習(xí)和掌握催化課程的內(nèi)容，尤其是對(duì)實(shí)際化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中所涉及的催化原理及技術(shù)有較好的理解，讓部分學(xué)生成為具有堅(jiān)實(shí)的開發(fā)、研究和使用催化劑能力的高層次工程技術(shù)人才，部分學(xué)生勝任催化領(lǐng)域研究工作，為此，我們對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整合，并重新編寫了教學(xué)大綱，嘗試構(gòu)建一套適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的課程體系。改進(jìn)后的教學(xué)內(nèi)容可劃分為三大部分:第一部分安排4學(xué)時(shí)，以代表性工業(yè)催化劑的應(yīng)用示例(例如合成氨過程，石油化工過程，煤化工過程，醫(yī)藥合成過程等)以及催化諾貝爾獎(jiǎng)示例(交叉偶聯(lián)反應(yīng)，不對(duì)稱合成等)，讓學(xué)生對(duì)催化研究的重要性有所了解，提高學(xué)生探究催化知識(shí)的熱情，并產(chǎn)生濃厚的學(xué)術(shù)興趣。第二部分安排26學(xué)時(shí)，主要講授催化劑相關(guān)的基本概念，吸附原理，催化劑評(píng)價(jià)指標(biāo)，以及酸堿、金屬、金屬氧化物(硫化物)、絡(luò)合物催化劑的不同催化機(jī)理。通過該部分的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握催化劑的基本概念，催化作用的基本原理，催化反應(yīng)類型，催化劑制備和表征技術(shù)，使學(xué)生對(duì)催化科學(xué)理論有一定的了解，為從事催化領(lǐng)域研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第三部分安排6學(xué)時(shí)，主要進(jìn)行專題討論，將光催化、電催化、單原子催化、酶催化等催化領(lǐng)域最新科研動(dòng)態(tài)講授給學(xué)生，為學(xué)生的畢業(yè)論文與將來的研究生工作提供前沿信息，為英文文獻(xiàn)的閱讀打下基礎(chǔ)。

2 改革教學(xué)方法

教學(xué)方法的好壞直接關(guān)系到學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量的高低。因此，對(duì)于催化化學(xué)這門理論性和應(yīng)用性較強(qiáng)的課程來說，需要對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行一定形式的改革。第一，引入啟發(fā)式教學(xué)，例如在講到超薄二維半導(dǎo)體在光催化研究中的應(yīng)用時(shí)，讓學(xué)生思考討論為什么此結(jié)構(gòu)的催化劑會(huì)表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，讓學(xué)生總結(jié)并理解影響催化反應(yīng)活性的影響，例如超大比表面積，超多吸附位點(diǎn)，以及超短的電子空穴傳輸路徑等，并引起學(xué)生對(duì)于石墨烯以及類石墨烯催化劑材料的關(guān)注。第二，引入案例式教學(xué)，針對(duì)教學(xué)內(nèi)容中某一章節(jié)內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)，通過案例為線索，將多個(gè)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，加深了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解。比如，在講授分子篩擇形催化這一部分內(nèi)容時(shí)，以PX(對(duì)二甲苯)的制備工藝為案例，講述了分子篩催化劑的組成、催化劑性能和擇形催化反應(yīng)機(jī)理，通過鄰二甲苯與間二甲苯在ZSM－5分子篩孔道內(nèi)的中間態(tài)變化過程，讓學(xué)生形象的認(rèn)識(shí)擇形催化，并介紹重要工業(yè)原料PX的生產(chǎn)工藝流程。

除專業(yè)知識(shí)的內(nèi)容講授外，我們將增加英文文獻(xiàn)閱讀討論部分。催化理論和催化技術(shù)更新的速度非?？?，而國(guó)際上催化領(lǐng)域方面的新技術(shù)、新知識(shí)都發(fā)表在主流英文期刊上面，英文文獻(xiàn)閱讀對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新能力也是非常重要的。我們每?jī)芍芙o學(xué)生發(fā)放一次最新的文獻(xiàn)資料，讓學(xué)生自己選擇感興趣的一篇，組成一個(gè)小團(tuán)隊(duì)，通過文獻(xiàn)閱讀、總結(jié)，舉行小型報(bào)告會(huì)的形式，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的目的。另外，還增加了互動(dòng)的環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的注意力，提高學(xué)生參與科研的能力，達(dá)到本門課程的授課目的，體現(xiàn)了以人為本，以能力培養(yǎng)為核心的教學(xué)理念。

3 配套實(shí)踐教學(xué)課程

《催化化學(xué)》是一門應(yīng)用性很強(qiáng)、實(shí)踐性和理論性緊密聯(lián)系的課程，但大多數(shù)學(xué)生沒有從事催化劑相關(guān)領(lǐng)域工作的實(shí)踐經(jīng)歷，理論和實(shí)際相脫節(jié)，直接填鴨式的將知識(shí)點(diǎn)灌輸給學(xué)生，會(huì)讓學(xué)生覺得枯燥反味，產(chǎn)生畏難情緒，失去對(duì)本課程的興趣。因而構(gòu)建與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合緊密的課程實(shí)踐體系成為整個(gè)教學(xué)過程中的重要組成部分。上述問題可通過學(xué)院安排的石化實(shí)習(xí)基地與專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)與來解決。

首先是加強(qiáng)校外實(shí)習(xí)基地建設(shè)，我院與中國(guó)石化荊門石化有限公司建立了實(shí)習(xí)基地，為校外實(shí)習(xí)教學(xué)提供了良好的平臺(tái)，通過72學(xué)時(shí)的荊門石化實(shí)習(xí)，學(xué)生先后參觀了催化裂化、催化重整、催化加氫、加氫精制等大型工業(yè)催化過程，通過石化行業(yè)的考察，學(xué)生意識(shí)到從上游的油品生產(chǎn)到下游的聚乙烯，聚丙烯的制備，絕大部分過程都有催化劑的參與，也能更深刻的理解催化劑在整個(gè)化工過程中的重要性，我們的衣食住行每一件事都離不開催化劑在背后的作用，加深了學(xué)生對(duì)課程相關(guān)理論知識(shí)的理解。

其次通過綜合實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)共計(jì)96個(gè)學(xué)時(shí)的自主選題實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解催化相關(guān)前沿研究?jī)?nèi)容。鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合興趣自主選題，在教師指導(dǎo)下完成某一方向的研究工作。例如，本實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期開展光催化轉(zhuǎn)化二氧化碳、電催化分解水的相關(guān)研究工作，每年提供4～6個(gè)位置讓本科學(xué)生參與到相關(guān)研究中。讓學(xué)生們通過參與項(xiàng)目研究，使其在催化劑組分的設(shè)計(jì)、催化劑的制備、催化劑的結(jié)構(gòu)和性能表征、數(shù)據(jù)整理和分析、撰寫論文等方面得到全面的鍛煉，提升了他們的創(chuàng)新能力和科研實(shí)踐能力。

4 改革考核形式

課程的考核能夠直接反映學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，是整個(gè)教學(xué)過程的重要組成部分之一。源自應(yīng)試教育的考核模式還停留在“課堂授課－布置作業(yè)－期末考試”的單調(diào)模式，這種不僅枯燥無味，學(xué)生通過硬性記憶完成考試，很多時(shí)候并沒有理解課程內(nèi)容，考試結(jié)束后學(xué)習(xí)內(nèi)容全部忘記，嚴(yán)重違背了素質(zhì)教育的初衷和要求，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，所以教學(xué)改革要同時(shí)對(duì)課程授課方式和課程考核方式進(jìn)行改革。為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)生對(duì)該課程的重視，考核方法采取期末考核和平時(shí)考核相結(jié)合。期末考核主要考察學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握情況，考試題型則主要以主觀討論題為主，目的主要是考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，減少客觀題，避免學(xué)生為了應(yīng)付考試死記硬背，成績(jī)占總成績(jī)的60%。另外一部分成績(jī)?yōu)榫C述撰寫，選擇自己感興趣的催化領(lǐng)域，寫一篇綜述，成績(jī)占總成績(jī)的20%。平時(shí)考核成績(jī)主要由課堂表現(xiàn)組成，占總成績(jī)的20%。通過課堂小論文與期末考試相結(jié)合的考核形式，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力和科研能力，提升了學(xué)生的專業(yè)興趣，檢驗(yàn)了教師的教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

5 總結(jié)

催化化學(xué)課程專業(yè)面廣、實(shí)踐性強(qiáng)，涉及化學(xué)、化工、材料等學(xué)科，并與化工過程、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)聯(lián)緊密，催化知識(shí)的教學(xué)效果將直接影響到學(xué)生從事化工生產(chǎn)的實(shí)際能力和水平。為促進(jìn)學(xué)生更好地把握教學(xué)內(nèi)容，筆者對(duì)該課程的教學(xué)進(jìn)行一定的改革探索，打破傳統(tǒng)的單一教學(xué)模式，通過整合教學(xué)內(nèi)容、引入案例式教學(xué)與啟發(fā)式教學(xué)方法，配套實(shí)踐課程、改革考核方式等一系列措施，改革實(shí)踐取得了良好的效果，提高了教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生評(píng)價(jià)到:對(duì)催化反應(yīng)工程有了一個(gè)系統(tǒng)、具體的了解，而不再是一些抽象的概念，理論與實(shí)踐得到了最好的結(jié)合，學(xué)生的評(píng)價(jià)是對(duì)我們辛苦工作最好的肯定。