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2010年,為了培養(yǎng)一大批適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才,教育部啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”。《工業(yè)催化》是高校化工工程與工藝專業(yè)、應(yīng)用化學專業(yè)和化學專業(yè)重要的專業(yè)課之一。它具有社會應(yīng)用性強,理論與實際聯(lián)系緊密等特點。現(xiàn)代化學工業(yè)的巨大成就與催化劑的使用時分不開的,現(xiàn)有的絕大部分化工產(chǎn)品是借助催化技術(shù)生產(chǎn)出來的,催化技術(shù)更是滲透于石油煉制工業(yè)、化學工業(yè)、高分子材料工業(yè)、生物化學工業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè),以及環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)的絕大部分工藝過程中。更不夸張的說,催化技術(shù)已成為調(diào)控化學反應(yīng)速度與方向的核心技術(shù)[1]。《工業(yè)催化》課程中,催化理論和催化實踐并重。教學目的是使學生掌握催化作用的基本規(guī)律,了解催化過程的內(nèi)在本質(zhì)特征,熟悉《工業(yè)催化》技術(shù)的基本要求和特征,為培養(yǎng)卓越工程師提供堅實的理論基礎(chǔ)。同時,由于本課程涉及到催化劑的制備、表征、應(yīng)用等方面的內(nèi)容介紹,使得本課程強調(diào)與其他課程,如物理化學、材料化學以及光電技術(shù)、波譜理論、化工熱力學、化工傳遞過程、化學反應(yīng)工程的銜接和融合。內(nèi)容涉及面廣,學時有限,學習難度較大使得部分學生在《工業(yè)催化》課程學習過程中表現(xiàn)出積極性不高,課堂氣氛不夠活躍等問題。如何能在保證完成教學計劃和教學質(zhì)量的同時,培養(yǎng)學生成為具有堅實的開發(fā)、研究和使用催化劑能力的卓越工程師,已成為《工業(yè)催化》教學改革中日益重要和緊迫的工作。針對上述問題,我們在課程體系、教學方法,教學內(nèi)容和考核方式等方面進行了一些有益的教改探索和實踐。深化《工業(yè)催化》課程改革,培養(yǎng)能夠適應(yīng)目前國家工業(yè)體系發(fā)展的催化技術(shù)人才,將為國家建立數(shù)量巨大的工程科技人才儲備,有力地支持社會經(jīng)濟的發(fā)展。
1課程體系
1.1課程體系應(yīng)適應(yīng)催化工業(yè)大環(huán)境的變化就傳統(tǒng)《工業(yè)催化》課程體系而言,其培養(yǎng)目標是通過課程學習,使學生掌握催化作用的基本規(guī)律,了解催化過程的化學本質(zhì)和熟悉《工業(yè)催化》技術(shù)的基本要求和特性,培養(yǎng)標準是為培養(yǎng)化學工程與工藝類專業(yè)工程師提供堅實的理論基礎(chǔ)服務(wù)。隨著現(xiàn)代化學工業(yè)的發(fā)展,催化理論持續(xù)更新,許多新型催化工藝及技術(shù)不斷涌現(xiàn),學習這些新催化工藝及技術(shù)的背景及原理,對于化學工程與工藝專業(yè)的本科生能否成為具有堅實的開發(fā)、研究和使用催化劑能力的高層次工程技術(shù)人才,能否勝任將來有可能從事的催化領(lǐng)域研究工作都有著重要的理論指導(dǎo)意義。相對穩(wěn)定的培養(yǎng)目標和培養(yǎng)標準不能限制課程體系進行必要的變動,以適應(yīng)外部環(huán)境和需求的變化。因此在“卓越工程師計劃”的實施過程中,《工業(yè)催化》課程體系要隨著卓越工程師的培養(yǎng)目標和培養(yǎng)標準的調(diào)整而做相應(yīng)的變化,從而體現(xiàn)《工業(yè)催化》課程滿足培養(yǎng)目標的根本價值。
1.2校企合作建設(shè)課程體系。“卓越計劃”要求高校與企業(yè)共同制定和實施卓越工程師培養(yǎng)方案,包括共同建設(shè)課程體系和教學內(nèi)容。《工業(yè)催化》課程可以充分發(fā)揮合作企業(yè)所具有的工程教育資源優(yōu)勢,包括先進設(shè)備與技術(shù)、實驗環(huán)境、研究開發(fā)條件等,與本校催化人才培養(yǎng)優(yōu)勢實行優(yōu)勢互補,共同設(shè)計與構(gòu)建卓越工程師培養(yǎng)的課程體系和教學內(nèi)容,使得《工業(yè)催化》的課程體系和教學內(nèi)容具有鮮明的特色。校企合作建設(shè)的課程體系將更有助于培養(yǎng)學生綜合解決實際問題的能力,摒除傳統(tǒng)課程體系不能聯(lián)系工程、生產(chǎn)實際的局限,鼓勵教師與各行業(yè)生產(chǎn)管理第一線的工程技術(shù)人員聯(lián)合指導(dǎo)學生。通過校企聯(lián)合指導(dǎo)課程,現(xiàn)場案例教學,增強課題的實際應(yīng)用價值,為學生提供良好的工程環(huán)境。學生在完成課程學習過程中,可以隨時請教企業(yè)中有經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員和老師傅,學到許多課堂上學不到的、學校教師也無法傳授的一些實踐經(jīng)驗。
2教學方法:貫徹研究型教學方法,理論聯(lián)系實踐
教學方法是使教學思想得以貫徹執(zhí)行、知識體系和課程內(nèi)容得以完整實施和傳授的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)的《工業(yè)催化》課程之間具有明顯的界限,課堂教學以講授為主,綜合性的案例和結(jié)合實際項目的教學不多,而基于問題的探究式學習、基于案例的討論式學習、基于項目的參與式學習等多種研究型教學方法更是少之又少。研究型教學(problem-basedlearning,PBL,對學生而言可以稱之為研究型學習),它是一種符合工程能力培養(yǎng)規(guī)律和綜合素質(zhì)形成邏輯的教學組織形式和教學方式,得到“卓越計劃”的大力提倡和著力推行[4]。研究卓越工程師不僅應(yīng)具備分析問題、解決問題的能力,而且要能將設(shè)想和概念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實,形成學生的工程能力。“卓越計劃”通用標準對本科層次卓越工程師培養(yǎng)予以如下定位:本科層次卓越工程師:主要從事產(chǎn)品的生產(chǎn)、營銷、服務(wù)或工程項目的施工、運行,維護,能夠完全勝任現(xiàn)場或生產(chǎn)一線的各項工作。因此現(xiàn)有《工業(yè)催化》教學方法需要重構(gòu),在面向?qū)嶋H教學的基礎(chǔ)上,遵循催化工程的實踐、集成與創(chuàng)新的特征,采取相應(yīng)的教學方法,按照催化劑的催化作用,催化劑的生產(chǎn),催化劑的表征,催化劑的使用來組織教學內(nèi)容,以學生為中心開展教學活動,著力推行符合工程能力培養(yǎng)規(guī)律的學習方法,強調(diào)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神的培養(yǎng),加強學生創(chuàng)新能力的訓練,有效地提高學生的工程實踐能力。所以,貫徹研究型教學方法,理論教學和工程實際相聯(lián)系就非常重要。作為一種學習方法體系,研究型學習主要由基于問題的探究式學習、基于案例的討論式學習和基于項目的參與式學習三種形式組成。從培養(yǎng)化工方向的卓越工程師的需要出發(fā),其中的問題、案例和項目可以分別工業(yè)上成熟的催化工藝作為教學內(nèi)容以實施相應(yīng)的教學方法。這些問題可以是現(xiàn)行催化工藝中各種問題的重現(xiàn)、演變、放大或綜合,也可以是教師根據(jù)對未來發(fā)展的預(yù)見專門設(shè)計出的催化方面的新問題。通過教師精心選擇和設(shè)計這些問題、案例和項目,并采取研究性學習方法,就能夠在學生知識的獲取、應(yīng)用和創(chuàng)新,工程能力的培養(yǎng)和提高,社會能力的培養(yǎng)和提高以及綜合素質(zhì)的養(yǎng)成和提升等方面發(fā)揮重要作用。
3教學內(nèi)容:拓展知識視野,完善知識結(jié)構(gòu)
3.1拓展知識視野,完善知識結(jié)構(gòu)為了培養(yǎng)學生學習《工業(yè)催化》的興趣,首先在每一章節(jié)的的教學過程中,凡是教學內(nèi)容涉及到的在現(xiàn)行化工生產(chǎn)中已成功工業(yè)化的催化劑體系,如催化重整,催化裂化,合成氨等催化劑,可以引導(dǎo)學生多查閱相關(guān)資料,了解與這些催化劑的相關(guān)的制備工藝,催化反應(yīng)原理,催化反應(yīng)設(shè)備,催化劑使用過程條件控制以及催化劑再生等相關(guān)的知識。這樣不但可以拓展學生的科學史知識,提高學習興趣,增加求知欲,還有利于培養(yǎng)學生的自學能力;而且,結(jié)合專業(yè)特點豐富課程教學內(nèi)容,聯(lián)系與化工生產(chǎn)(化學工藝專業(yè))及人們?nèi)粘I?應(yīng)用化學專業(yè))密切相連的催化知識,使學生主動去學習與催化相關(guān)的知識,從而理解并解決疑難問題,推動課堂教學的發(fā)展和質(zhì)量的提高。豐富教學內(nèi)容要求教師在備課過程中必須保證內(nèi)容充實、準確、高質(zhì)量。教師在準備每一堂課內(nèi)容時,都必須查閱大量參考資料以確保知識的準確度,同時應(yīng)從多角度、多層次綜合、全面理解和詮釋每一個知識點,并通過不懈的努力和研究形成自己的一套教學體系和教學風格。
3.2擴展前沿知識當今是個知識更新迅猛的時代,《工業(yè)催化》課程快速發(fā)展,必須與前沿科學知識緊密聯(lián)系,才能培養(yǎng)出跟上工業(yè)和科學技術(shù)發(fā)展步伐的新世紀卓越工程師。擴展催化技術(shù)方面的前沿知識,不但有利于提高學生的學習興趣,而且有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。前沿知識擴展對教師的素質(zhì)有著很高的要求,這要求教師具備一定的科研素養(yǎng),能有緊跟催化理論和技術(shù)發(fā)展的步伐,教師應(yīng)深入學習、研究新的催化理論知識及催化技術(shù)最新發(fā)展趨勢和動態(tài),并將這些前沿知識充實到課堂教學之中,使學生能深切感受到科學技術(shù)的飛速發(fā)展給社會發(fā)展帶來的巨大變革。例如:在《工業(yè)催化》課程中酸堿催化作為傳統(tǒng)催化劑在催化裂化,催化重整等已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,但課程對最前沿的酸堿倆性催化劑的介紹較少,這方面的知識,需要教師在查閱資料,將課堂內(nèi)容補充完善。前沿知識的擴展,不僅需要提高教師的科研素養(yǎng),還要調(diào)動學生的學習積極性。將《工業(yè)催化》課程每一章節(jié)的課余作業(yè)設(shè)置為此章節(jié)的相關(guān)前沿知識學習不失為一個理想的方法,例如在學習分子篩催化劑章節(jié)時,新型的雜原子分子篩,新型介微孔復(fù)合分子篩等催化劑是目前分子篩催化劑研究的前沿方向,教師可以布置學生課余查閱相關(guān)文獻,形成報告,制作PPT,分組匯報并討論,從而調(diào)動學生自發(fā)學習的興趣。
4考核方式:以課題綜述的形式考核
傳統(tǒng)的試卷考核雖然能夠直接反映學生對理論知識的掌握程度,但是試卷考核的弊端在長期的教改摸索中已經(jīng)有所展露。在內(nèi)容上,大部分高等學校考試內(nèi)容存在“三重”、“三輕”現(xiàn)象,即:重知識,輕能力;重記憶,輕創(chuàng)新;重筆試,輕操作[5]。為了符合“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”,必須開創(chuàng)新型考核方式,《工業(yè)催化》作為一種理論和實踐并重的課程,以研究報告的形式考核更能反應(yīng)學生對催化作用規(guī)律的理解,催化劑生產(chǎn)使用及再生工藝的掌握。挑選工業(yè)上常用的催化劑體系,按照學號隨機分配課題,每人針對自己的課題查閱資料,根據(jù)課上所學習的催化知識,探討該催化劑用于該催化反應(yīng)時的催化原理,掌握該催化劑的制備過程,反應(yīng)所需的反應(yīng)器,反應(yīng)條件調(diào)控,催化劑失活原理及再生條件等;撰寫研究報告。教師制定嚴格的標準進行打分。本文針對“卓越工程師培養(yǎng)計劃”,在《工業(yè)催化》課程體系、教學方法,教學內(nèi)容以及考核方式等方面進行了一些有益的教改探索和實踐。目的是通過深化《工業(yè)催化》課程改革,培養(yǎng)出能夠適應(yīng)目前國家工業(yè)體系發(fā)展的催化技術(shù)人才。
作者:吳妹 單位:淮陰工學院 化學工程學院 江蘇省凹土資源利用重點實驗室