工程認證背景下工業催化課程體系的構建與探索*

吳 紅, 王 平

(六盤水師范學院化學與材料工程學院,貴州 六盤水 553004)

1 工業催化課程體系的建設背景

工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保證制度，是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎[1]。它的內涵是以學生為中心，以成果為導向，持續改進。側重學生工程實踐能力的培養，強調教育過程的持續改進[2]。工業催化是化學工程與工藝專業的一門重要基礎課程，也是我校能源化工方向的特色課程之一。但是這門課程在原有的課程體系教學過程中主要存在以下兩方面問題，一是講授內容主要為催化的基本基礎和原理，內容涉及的寬度和深度不夠，學科前沿問題較少，與工程聯系不緊密。二是教學方式單一，主要是教師講授為主，未與學科競賽建立有效聯系。導致課程偏重課本、考試，無法評價出學生對知識系統的融會貫通，靈活掌握程度。針對以上不足，我們基于工程認證的理念，強調學生對知識的主動探索、發現與建構[3-4]，從教學方式多樣化，教學效果體現出“解決復雜工程問題的能力培養”的角度對我校化學工程與工藝專業的主干課程工業催化的課程體系進行了構建與探索，以期拓寬學生的視野，提高解決復雜工程問題的能力。

2 工業催化課程體系的構建

2.1 課程目標的確定

工業催化原有的課程目標表述比較籠統宏觀，譬如學生應該掌握催化作用的基本規律，了解催化工程的化學本質和熟悉工業催化技術的基本要求和特性。課程目標與學生的畢業要求的對應關系欠缺[5]。為此，依據工程認證的要求，與工程認證的12個畢業要求，30個分解指標點一一對應，細化了課程目標與畢業要求的關系，如表1所示。

表1 課程目標與畢業要求的關系

2.2 教學環節的設計

工業催化原有的教學手段主要是PPT多媒體文檔的講授模式，內容主要為催化劑的定義、分類、制備方法以及催化劑的設計與表征，設置為24學時，1.5學分。由于受傳統教學理念和學時學分限制，內容涉及的寬度和深度不夠，學科前沿問題較少，教學方式單一，主要是教師講授為主[6-7]。鑒于此，依據工程認證的三大理念，從教學方式多樣化，教學效果體現出“解決復雜工程問題的能力培養”角度上，我們在教學內容上增加了催化劑的新應用領域(環境保護、開發新能源、傳感器、碳一化學品)，催化劑新材料(超微粒子、非晶態合金、固體超強酸、分子篩)。教學形式上增加了課程項目設計，翻轉課堂，課內實驗，學時學分調整至32學時，2學分。整個知識框架分為四部分：(1)催化作用基礎(2)工業催化原理(3)工業催化劑(4)催化劑的制備、應用、測試與表征，如表2所示。

表2 教學內容與教學方式

其中課程項目設計的題目為“乙醇制烯烴的催化劑設計”，旨在提高學生綜合運用知識分析問題，解決問題的能力。與此同時，考慮到環境和可持續發展因素，內容需涉及提高原料利用率，避免環境污染，節能降耗等相關知識點。完成項目設計，提交設計報告，分組進行答辯，有效地提高學生撰寫報告與口頭表達能力。

翻轉課堂的內容為“催化劑的新應用領域”，主要涉及環境保護、開發新能源、傳感器、碳一化學品等熱點問題。將學生分組，每組就某一主題進行講授、討論，教師最后加以總結，補充與拓展。整個過程中，貫穿可持續綠色發展的理念，提高責任意識。學生可從自己的家鄉、身邊的企業以及周圍熟悉的環境著手，設計思考工藝過程、節能環保與產品性能。

工業催化劑的制備為課內實驗，注重將教師的研究熱點和最新研究內容轉化到本科教學中。譬如，我們的課內實驗“ZSM-5分子篩的結構構筑”和“ZSM-5分子篩用于MTH反應性能評價”，都是利用教師的科研裝置和儀器進行。學生掌握實驗原理，按照實驗步驟操作，記錄數據，分析數據，撰寫實驗報告，提升學生的科研素養，實現理論知識和實驗技術的應用與創新，提高學生的實踐動手能力。

2.3 以“創新創業”為手段促進課程體系的構建

將教師的研究熱點和最新研究內容再輔以往年本專業各類競賽題目相結合設計為工業催化課程的項目設計和課內實驗的項目庫，做一些具有挑戰性、綜合性、創新性的拓展，選拔優秀學生[8-9]。一方面加強教師對典型催化案例的歸納應用，促進教師對知識的更新和靈活運用，另一方面加強學生對日常生活的觀察和知識的有機融合，見表3所示。此外，我們也積極鼓勵優秀學生參加創新創業項目，指派相關方向的教師專任指導，學校也設有雙創中心平臺給予適宜的幫助。

表3 項目設計和課內實驗的選題舉例

通過這種“課-踐-創”的教學模式，以學生為中心，培養學生主動學習與探究，較好的激發學生的內驅力，拓寬知識面，引導學生綜合運用知識與技能，切實提高了解決復雜工程問題的能力。

3 工業催化課程實施效果

在2019年我校化學工程與工藝專業培養方案的修訂過程中，對標工程教育認證的要求，我們對工業催化的課程體系進行重新構建，并與工程認證的12個畢業要求，30個分解指標點一一對應。新版教學大綱實施2年來，發現學生的工程知識和問題分析能力較好，但較為突出的是學生的設計與開發解決方案能力有明顯的提升。主要表現在本班學生參加西南賽區化工實驗大賽獲得二等獎2項，參加貴州省化工實驗大賽獲得三等獎2項，科創立項6項，論文發表8篇。與此同時，我們也發現學生的撰寫報告和溝通交流有待進一步加強。

4 結 語

基于工程認證背景下，對化學工程與工藝專業的基礎課程工業催化從課程目標、教學環節、“創新創業”三個方面重新構建課程體系。以學生為中心，從教學方式多樣化，教學效果體現出“解決復雜工程問題的能力培養”的角度激發學生的內驅力。在傳統理論課的基礎上，增加了課程項目設計、翻轉課堂、課內實驗以及“創新創業”等實踐環節。通過這種“課-踐-創”的教學模式，提高了課程的培養效果，提高了學生解決復雜工程問題的能力。對于存在的問題，通過“持續改進”不斷提高教學質量，從而達到工程教育的目的。