刘会敏，张启俭，齐 平，周艳军，吴 昊

应用型大学“催化原理”教改初探

刘会敏1，张启俭1，齐 平1，周艳军1，吴 昊2

(1. 辽宁工业大学 化学与环境工程学院，辽宁 锦州 121001；2. 渤海大学 历史文化学院，辽宁 锦州 121013)

随着高等教育的普及，应用型大学进行课程改革以满足国家对应用型人才的大量需求至关重要。本文以催化原理课程为例探索教学改革方案，采用理论与实践相结合的教学模式，注重实践案例教学，结合课外实践、以实践牵动理论学习，强化应用型人才的培养。在辽宁工业大学对催化原理课程进行上述教学改革后，学生平均成绩提高了20%，近80名学生在本科阶段即加入科研团队，接受了科研培训，近30%的学生在深造时选择了催化相关的研究方向。该方案可有效地提高学生对催化原理课程的学习兴趣、培养了学生科学的思维能力及研究能力。

催化原理；应用型大学；教学改革；理论实践相结合

随着高等教育从精英教育向大众化甚至普及化转变的趋势，转变传统的教学思想，改革创新教育教学方式方法，根据学生的知识基础/个性等因材施教，以适应新时代对本科人才培养的新变化至关重要[1]。高等学校是国家最重要的人才培养基地，高校采用的人才培养模式和方法直接关系到高校的人才培养质量，关系到毕业生走上社会参加工作后，是否能够全面地将课堂所学知识充分应用到现实当中，以及毕业生是否能够适应新时代对人才的新需求。因此，改变高等学校教育模式，提高学生综合能力已是大势所趋。应用型人才是有思想、动手能力强的技术工程师，是地方和行业经济发展及国家工业化进程亟需的人才类型之一。应用型人才主要由应用型大学培养，在培养过程中更侧重其实践应用能力[2-3]。“催化原理”是化学工程与工艺专业的基础课程之一，是综合利用有机化学、无机化学、物理化学、分析化学等基础课程知识的课程[4]。与上述四大基础课程相比，“催化原理”是具有一定应用特性的理论课，对其在应用型大学里进行教学改革具有重要示范意义。

一、应用型大学催化原理课程教学存在问题

目前，有些应用型大学定位不明确，教育模式不合理，主要体现在以下两个方面。

（一）“催化原理”的教学体系与研究型大学相似

与研究型大学相比，有些应用型大学只是对课程内容进行重构，减少了纯理论内容。例如，有些应用型大学的教师在讲授催化原理课程时，删减了吸附质在吸附剂上的吸附构型、催化吸附动力学推导以及金属催化剂的d空穴等基础理论知识。然而该做法一方面可能影响基本理论体系的完整性；另一方面部分学生对所学到的知识知其然不知其所以然，不利于培养学生运用知识解决催化化学领域复杂工程问题的能力。

（二）催化原理课程以理论讲授为主，比较枯燥乏味

学生对知识的学习以背诵为主，记忆不深，很容易忘记。同时，由于并未相应地增加催化剂的实际应用案例和实践环节，这导致学生在校学习到的多是理论知识，实践少、动手能力差，不能满足国家对应用型人才的需求。例如，部分学生即便通过了催化原理课程的考试，仍不知催化剂性能评价所用的固定床反应器、反应釜为何物，更甭提如何规范地使用这些仪器设备了。这些学生即便毕业到了工作岗位也无法胜任具体工作。这违背了应用型大学催化原理课程的设立目标，即为学生从事化学、化工等工作打下坚实的理论基础。

鉴于此，为了满足中国社会需求的应用型大学生，在应用型大学里进行课程改革势在必行。为此，近几年高等学校在教学改革的过程中引入了OBE 理念，以此达到提升教学质量和学生对所学知识的应用能力与实践能力的目的，进而为国家和社会培养出应用型人才。

二、应用型大学催化原理课程教学改革新策略

针对应用型大学的定位及催化原理课程具有一定应用特性的特点，拟采用理论与实践相结合的教学模式。注重实践教学，以实践牵动理论学习，强化应用型人才的培养，以推动地方的经济发展、推进国家的工业化进程。具体改革方案如下：

（一）改革教学理念

要想培养出更满足社会实际需要的应用型人才，OBE理念毫无疑问是最佳选择。OBE（Outcomes-Based-Education）理念，指的是一种指向于成果和目标的反向性教学设计理念。具体来说，其强调的是要对学生的学习成果进行测量，重点关注学生在完成自己的学习活动之后，能够真正得到什么东西[5]。在OBE理念的教学模式下，学生是主动要求学习的群体，而非像传统模式那样被动接受教师传授知识，即以学生为中心，将教学理念由“我教你学”转变为“你学我辅”上来。注重教学效果，以培养学生的创新精神为目标，促使学生提高学习效率与效果以及灵活运用知识的能力。例如，在酸碱催化章节，通过讲述分子筛的发展及中国在分子筛催化剂研发领域取得的长足进展（大连理工大学开发的纳米ZSM-5沸石分子筛催化剂在液化气芳构化反应中性能优异，已经在我国多地实现工业应用，为炼化副产物的深加工提供了重要手段），建立学生的文化自信和家国情怀，激发学生的学习兴趣，培养其学习的内动力。在进行酸碱催化内容的教学活动中，不再像以前一样，只是强调学生为了应对考试必须记住相关内容和过程，而是根据OBE培养理念，让课程教学更符合社会对相关人才的需要。授课时即使是化学专业的课程，在教学过程中也要强调，正是由于我国催化领域的发展，才使得我国化工行业摆脱了对外国的依赖，为我国工业体系独立自主奠定了基础。在金属催化章节，通过讲述Fe基催化剂在合成氨反应中的成功应用，解决了粮食所需的肥料问题，进而大幅度地提高了粮食产量，满足了人类对食物的大量需求，使学生意识到催化原理课程与人类的生活息息相关，意识到学习的重要性，激发学生的学习兴趣。譬如，教师在教授学生相关内容的时候，可以强调在目前世界大战基本不可能爆发的情况下，国与国之间竞争的主要手段之一就是粮食安全。只有保证我国的粮食安全，才能维持国内社会的稳定，以此让学生感受到学习催化剂课程的重要性和使命感，从而提高学生主动学习的兴趣。

（二）改革教学内容

在OBE理念指导下，教学内容和培养目标要相辅相成。教学内容和培养目标要一致，教学内容要服务培养目标。培养目标和培养方案的制定要符合学生的学习实际与学校的建设定位[6]。传统的高校教学模式下，培养目标与社会实际需要脱节，教学内容有时纯粹是为了学习而学习，学生毕业后才发现课堂所学知识根本无法付诸实践，课堂教学内容是为了让教师完成教学任务。因此，传统的教学内容与培养目标脱节，无法为目标服务，而且由于培养目标与现实也处于脱节状态，教学内容更加无法为现实服务。综上所述，进一步强化改革理论灌输式的教学模式，采用理论与实践相结合模式培养应用型人才已经刻不容缓。OBE教学理论还提出教师授课要以问题为导向，用提出问题的方式引导学生自行思考与探究。比如，在催化原理课程的教授过程中，教师在保证基本理论体系完整的前提下，要适当删减对纯理论内容的讲授，应该以问题为引导，让学生自行思考纯理论与实用理论和应用之间的差异，从而自己做出正确选择，而不是在教师的主导下不情愿被动地选择学习重点。本节课中，教师根据OBE教学理论的实践导向内容，适当删减了过渡金属氧化物晶体场及晶体场稳定化能等不影响基本理论框架结构的纯理论内容，适当地增加了各类催化剂在工业上的应用案例（如银催化剂在乙烯环氧化反应中的应用、钼铋系复合氧化物催化丙烯胺氧化制丙烯腈等）。

在讲述各类催化剂在工业上的应用案例时，详细介绍小试、中试及工业化各阶段催化剂的制备方法、处理条件、性能评价所用的装置、产物分析所需的仪器设备等，使学生对该工艺的发展历史及整体操作过程有初步认知。

（三）增加实践环节

为了更好地推动学生主动学习与实践应用，使学生更好地掌握课程内容与精髓，充分利用“基础化学实验平台-化学工程实验实训平台-创新研究实践平台”三位一体的校内实践教学平台及校企联合实践平台，构建起“理论教学-实验实训-工程能力训练”全方位培养模式，使学生的“学习能力-实践能力-创新能力-工程应用能力”逐步提升。例如，利用课程的一脉相承性，在专业实验课程中开展了“采用共沉淀法制备Fe-TiO2光催化剂”实验，利用化学工程实验实训平台中的固定床反应器评价了商品Cu-ZnO-Al2O3催化剂在煤制甲醇反应中的性能。通过创新研究实践平台及校企联合实践平台让学生对乙烷脱氢制乙烯的工业化仪器设备以及操作流程有了初步的了解。通过这些实践环节，不仅提高了学生的动手能力，也提高了学生的学习能力、实践能力、创新能力和工程应用能力。同时，推进“学而时习之”的应用型人才培养模式。以课外实践牵动理论学习，强化应用型人才的培养。OBE理念强调“以学生为中心”的课堂教学，即教师不仅仅要重视学生在课堂上的表现，还应该把关注的目光延伸至课外，把课堂所学的理论，应用于实践操作[7]。例如，针对催化原理课程，合理地安排了理论课与实践课，让学生在学习催化剂的制备方法后一周内开展了“采用共沉淀法制备Fe-TiO2光催化剂”的专业实验，学生以学习的理论知识指导课程实践。同时，以实践牵动理论学习。一方面，学生通过自己动手操作，对课堂上所学的仪器（催化剂制备所用的仪器设备、固定床反应器以及反应物分析用的色谱仪及色谱质谱联用仪等）有了感官认识，进一步深化了对所学知识的理解与认知；另一方面，实践课让学生体会到了理论课学习的乐趣，从而激发了其学习的热情、主动性和积极性。

（四）增加课外实践活动

给本科生提供科研训练机会，鼓励学生加入催化领域的科研团队，进行科研培训和实践，让学生接受科研方法及实践技能等多方面的严格培训。例如，近80名本科生通过大学生创新训练计划项目及大学生社会实践与科技竞赛等项目进入科研团队，开展了二氧化碳催化转化制甲醇、二甲醚催化重整制氢、光催化亚甲基蓝降解等研究。在此过程中，学生不仅接受了科研训练，知道如何规范地使用仪器设备，而且让学生通过分析解决在此过程中遇到的各种问题，提高其创新和工程应用能力。

（五）科教融合

结合科研进展，将催化领域的科研成果融入教学内容，使学生意识到所学知识的重要性，进而激发学生的学习兴趣，提高教学质量。例如，结合“碳达峰、碳中和”的背景，将二氧化碳的捕捉/利用/转化方面的应用以及笔者在二氧化碳催化转化方面的最新研究成果等融入教学，进而激发学生的学习兴趣。在讲述半导体催化剂活化二氧化碳或氧气的Mars Van Krevelen机理时，笔者将自己2021年发表在《Chinese Journal of Catalysis》上的文章融入教学内容（此文通过原位调控手段制备了Rh/WO3-x催化剂，该催化剂载体WO3-x上的氧空穴即通过Mars Van Krevelen机理实现了对二氧化碳的活化，进而提高了其催化性能）。科教融合的教学方式不仅加深了学生对课堂所学内容的记忆，而且提高了学生对科研的兴趣，进而激发了其学习热情。

三、结语

从OBE理论所提出的“强调以学生为中心”“尊重学生个体差异”以及“遵循结果导向的反向课程设计模式”三个要点出发，采用理论与实践相结合、侧重实践的模式培养应用型人才。以学生为中心，将教学理念由“我教你学”转变为“你学我辅”上来、在课堂上侧重讲解催化剂在工业上的实际应用案例、利用校内实践教学平台、校企联合实践平台以及科研团队培养学生的工程应用能力，进而以学习的理论知识指导课程实践、以实践促进理论课学习，全方位地培养学生的实践创新能力，提高毕业生的就业竞争力与社会适应力、生存力，以培养出更多更好满足社会需求的应用型大学生。

[1] 杜东东. 高等教育大众化及其应对[J]. 北京教育(高教版), 2007(12): 4.

[2] 赵改梅. 应用型大学课堂教学改革与研究[J]. 长江丛刊, 2018(16): 1.

[3] 杨尔慧, 张千锋, 潘宇晨. 应用型大学基于《机械设计基础》课程教学改革的研究与实践[J]. 科技视界, 2017(9): 2.

[4] 纪妍妍, 马春平. 催化原理课程教学改革的实践[J]. 教育教学论坛, 2014(3): 2.

[5] 王婷婷, 王志超, 王成君, 等. 基于OBE理念的《化工分离工程》教学改革研究[J]. 化工教学, 2022, 48(1): 140.

[6] 石朝霞. 基于 OBE 理念的高等学校教学模式探索研究[J]. 邢台学院学报, 2022, 37(1): 53.

[7] 许陈颖. 基于 OBE 理念的“文学概论”课程教学改革与实践探索[J]. 黑龙江教育(理论与实践), 2022(2): 89.

10.15916/j.issn1674-327x.2022.06.036

G642.0

B

1674-327X (2022)06-0135-03

2022-03-14

刘会敏(1984-)，女，河北承德人，教授，博士。

(责任编辑：付春玲)