工程教育認證趨勢下 催化原理課程的改革與創新

陳天嘉，秦海莉，解瑞俊，何潤霞，陳偉偉，孫映暉，李艷，張永鋒

(內蒙古工業大學化工學院，內蒙古 呼和浩特 010051)

0 引言

隨著人文社會和經濟環境的不斷發展，創新性教學方式的改革和革新迫在眉睫。只有新型的教學模式才能符合現代工程教育的核心理念，即產出導向型的教育(qutcome based education，OBE)。該教育理念是以人為本，學生為中心，注重學習產出。OBE 理念是1981 年 由Spady 等提出，從1994 年在美國教育界正式實施起，很快得到了人們的重視與認可[1]，并在美國、英國、加拿大等國家成為了教育改革的主流理念。2013 年6 月，我國被接納為《華盛頓協議》簽約成員。中國工程教育認證協會也這在之后對教學專業認證的評價標準提出了一些新的要求：學生為中心、整合實驗教學資源、產出導向的課程設計、培養創新型人才的目標、持續改進的質量保障體系。

甲醛標準溶液（100 μg/mL）、甲醇（色譜純）、2，4-二硝基苯肼、磷酸，試劑除注明外均為分析純。

催化原理這門課是化工類專業的專業課。它是一門結合物理化學、結構化學、化學動力學等多知識點的課程，對教師的綜合教學能力具有較大考驗。催化原理課程不但專業認知性強，需要學生結合多種化學課程，能夠理論與實踐相結合，而且該課程有較強的理論與綜合性。但是，學生在接觸這門課后，存在著學習興趣和動力不足，缺乏理論基礎的結合能力導致學習效果較差。再加上目前新冠疫情影響下，高校絕大多數課程需要進行線上和線下教學的切換，疫情下的教學模式和手段也受到了很大程度的挑戰。因此，為了滿足現代工程教育的需要，更好地培養化工類的創新型人才，催化原理的教學模式改革也迫在眉睫。本校化工學院化學工程與工藝專業在2020 年已經順利通過教育部對本專業的工程教育認證，而催化原理是本專業的專業基礎課程。本文將通過在教學過程中的幾個要點來說明催化原理課程的教改情況。

1 OBE 教育理念在課程教改中的作用

1.1 催化原理課程現狀

催化原理課程的內容較為抽象且龐雜，尤其是對一些催化劑空間構型等內容的學習時，學生接受效果一般。為了提高學生的認知興趣和學習的主動性，在教學的過程中會列舉一些與生活相關的例子，以此提高學生的學習興趣。但是在回歸課本知識內容以后，學生注意力則會明顯下降。此外，期末考試出題內容和回答形式更加開放。結果發現，學生考試的通過率有所提高，但是對開放試題的基本知識和重點內容的把握有所偏差。綜合上述學情，我們希望通過課程改革，使課程脈絡清晰方便學生掌握。

1.2 結合OBE 理念對課程的整體把握

OBE 理念為核心的工程教育體系一般是由三個循環組成，即校外循環、校內循環和課內循環[2]：(1)對于催化原理這門課程，我專業的校外循環是通過與三屆應屆畢業生座談、對三屆往屆畢業生調查以及校外有關本專業學生就業企業共同參與下的社會評價機制，這會很大程度的推進本專業的持續改進；(2)校內循環是通過對教學全過程質量評價及效果反饋，促進教學活動和畢業要求的持續改進；(3) 課內循環由培養目標出發是通過對教學實踐過程中的每一個環節的不斷調整來實現持續改進。這三個環節緊密相連，成為了一個環環相扣的持續改進體系。

根據NAM模型的模擬結果，運用1990—1994年的實測數據校準NAM模型，圖2給出了安陽河水文站1990—1994年日徑流深的實測值和模擬值。基于此，運用NAM模型來模擬強人為干擾時期的流域徑流量是合理可信的。

首先，教學計劃的制定并不是一成不變的。如圖所示，教學目標的設計源泉是來自教學總結的最終反饋，把授課結果的評價作為教學目標制定的立足根本。其次，教學日志是教學總結的考量內容。教學日志是教師在催化原理課程教學過程中對于課堂實際效果和學生課上反饋等情況的綜合分析，對于教師對教學目標的思考和教學總結的撰寫起到了承上啟下的作用。最后，教學總結是對整個授課過程的反思。教師通過系統的教學總結，采取相應的改進措施來調整教學策略和教學目標。課內循環的教學過程中需要教師從傳統的“以教為中心”改為“以學為中心”，不斷改進教學手段完善教學內容，以此提高學生學習的興趣[3]。如表1 所示，“教”與“學”的最終目的就是使學生能夠自覺學習，并能不斷提高學習的能力和個人素質。

曾慥《類說》卷五十五：“東坡與少游飲別，作《虞美人》曰(略)。世傳此詞賀方回作，非也。乃東坡作。”《詩話總龜》卷四十：“東坡與秦少游飲別維揚，作《虞美人》詞曰……世傳賀方回作也。”《能改齋漫錄》卷十六：“東坡長短句云：‘無情汴水自東流，只載一船離恨向西州。’張文潛用其意以為詩云：‘亭亭畫舸系春潭(下略)’王平甫嘗愛而誦之，彼不知其出于東坡也。”[12]476這都是宋人文獻中視此詞為蘇軾作品的證據。

一般來講，課內循環是整個持續改進循環機制的具體地實施過程，也是最基礎和重要的實踐環節。催化原理課程的改革其實也是主要在課內循環進行，而這需要從整體進行合理構建。構成該課程課內循環的版塊主要可以分為三部分：(1) 授課計劃的制定：該過程需要結合教學大綱制定合理、切實可行的課程目標；(2)授課日志的撰寫：該過程需要將授課過程中實際效果與各種評價、建議相結合，加以詳細的記錄；(3) 授課反饋的總結：這一過程是對整個授課過程的總結和思考，對課內循環的各項循環起指導作用。如圖1 所示，該課程課內循環的實際措施，除一些細節上的完善以外，該改革方案的主體思想正是OBE 理念強調的持續改進。

圖1 催化原理課內循環的構建和改革

表1 OBE 理念下創新改革教育模式與傳統模式的對比

2 催化原理課程模塊化的教改方式

2.1 教學目標和教學內容的合理化

針對上述分析課程現狀與教改思路，教學內容主要進行了三部分改進：首先，對課時進行了合理化調整。例如，基礎知識的課時進行了適當縮減(如12 課時縮減至8 課時)，同時增加了典型催化劑的剖析課時(如12 課時增加至18 課時)。在改革過程中，精簡基礎概念的講授，但是將基礎知識糅合到典型催化劑的內容中去，使得這兩部分銜接的更加自然和緊密。其次，教學內容更加前沿化。將催化理論和最新相關的催化技術與材料的研究成果相結合來介紹，可以有效提高學生的學習興趣和發散思維。例如，在講解“吸附與催化劑孔內擴散”的內容時，可以與前沿性較強的新材料學科相結合，去講授孔的特殊結構和吸附擴散的相關理論。最后，教學內容的直觀化和形象化。對于催化原理的教學內容，課本內容有些章節相對抽象、難以理解，教師需要將抽象的文字描述或是公式、化學表達式等內容通過適當的方式進行形象化的展示和講授。教師應盡可能選取一些直觀例子和科研成果等內容的報道去加強學生對內容的理解。這部分需結合教學手段改革來進行，后面將進行詳細闡述。

我院催化原理課程共32 課時，主要選用的教材是王桂茹[4]主編的《催化劑與催化作用》，在教學內容選取時還會結合如黃仲濤等[5]編著的《工業催化》以及吳越等[6]撰寫的 《現代催化原理》等著作，將各種觀點與前沿教材融入教學中。本課程教學內容包括三大部分：(1)催化劑與催化作用基本概念與知識；(2)四大類典型催化劑(酸堿、金屬、金屬氧化物、絡合物)的剖析；(3)催化劑的制備、使用及選擇。

新時期工程教育背景下，教師應合理構建課程目標與畢業要求的聯系。催化原理的學習中不但要注重基本概念等知識點的記憶，還要理解課程對解決實際工程問題的方法。所以，在制定教學目標時就不能只局限于會進行單一問題傳授，而應使學生能熟知催化的應用以及催化劑的選取、設計等相關內容。為此，課程教學目標進行了相應的調整。例如，課程標準中的教學目標由之前的簡單籠統的概括性敘述轉變成了具體且詳細對應關系。

人才培訓是促進企業發展的重要舉措，尤其針對電廠企業而言，通過人才培訓可以更新工作人員的知識結構，鍛煉其崗位技能，因此，企業要加強人才培訓的管理和投入，通過對現有人員的培訓和開發，實現企業的既定發展目標。首先，企業要給予人才培訓以資金支持，保證人才培訓工作的有序進行以及全面開展；其次，企業要對人才培訓開展科學的管理，提升人才培訓的效率和質量；最后，企業要對注重更新培訓內容，傳授給員工以行業前沿的知識和技能，提升員工的專業技術和素養，進而為企業發展注入人才活力。

2.2 課程思政的融入

對于理工科的專業課的課程思政元素，不是從抽象的理論概念中邏輯地推論出來的，而是應從社會實際中尋找，從學科的知識與社會實踐結合度中去尋找。目前，我國在多領域、多行業都開始走在世界的前列，對于化學化工行業亦是如此。許多先進的催化技術和催化材料的研究開發，使得很多我國催化前沿的研究逐漸被認同。這樣一來，在催化原理的教學過程中，可以將一些前沿性科研內容或成果融入教學中去。這樣，課程思政可以做到“耳濡目染”“潤物細無聲”的效果。再如，課程思政的教學設計，可以從催化發展的縱向歷史與橫向現實的維度出發，將中國催化發展與世界催化化工的發展歷史和節點進行比較、歷史使命與時代責任的比較，使思政教育元素既源于工業以及催化行業的歷史又基于現實，既傳承歷史血脈又體現與時俱進。

高校中的課程既能夠傳授知識培養科學的思考能力，同時還可承載著思想政治教育功能。教師傳授課程知識的同時還需要培養學生積極健康的世界觀、人生觀、價值觀的作用。對于催化原理這門課程也不例外，在將催化原理課程內容和課程思政相結合時，并不是系統化地進行思想教育活動，而是結合這門課程特點，尋找專業知識和德育元素的結合點。教師應該以實事求是的原則，啟發學生進行創新思維，教學過程應該突出重點、注重實效，牢牢把握社會主義核心價值觀的精髓，將思政元素融入知識點中，這樣才會在這門專業課的教學中不至跑偏。

本校為普通本科院校，化學工程與工藝專業學生的專業基礎不是很好，所以，本課程基礎性概念的講授需要由淺入深、循序漸進。與此同時，還需結合其他相關課程的內容，如：物理化學、結構化學等。此外，教師需聯系生活實例提高學生的興趣，抓住學生課堂前20 分鐘的注意力極值點。本課程利用8 課時講授基本概念及理論。第二部分的典型催化劑的介紹是重點內容，此部分內容需要結合科研前沿動態以及本學院涉及催化科研教師的科研方向進行講解，本部分一般用16 課時來進行應用型教學。催化劑制備與使用是本課程的第三部分內容，同時也是重要的催化應用型人才的啟發儲備式內容，本部分授課內容將會用6 課時進行講解與學習。最后，關于實際催化劑的應用實例部分，將會使用2 課時的翻轉課堂進行討論與互動。

從信息論的角度來看，績效評估的過程就是一個信息流從信息搜集、篩選到加工、輸出、反饋的過程。績效評估結果的有效性取決于信息的真實性和準確性。信息數量不足，不能全面反映評價對象的全貌;信息質量失真，則會造成評估結果的失誤。因此，要提高績效評估的科學性和準確性，必須要有充裕、準確的信息來源作為保證。政府主管部門要發揮主導作用，積極推進高校信息公開工作，高校內部也要高標準建設信息管理系統。

2.3 教學手段與方法的運用

合適的教學方法的運用可以使得教學效果達到事半功倍的結果。與傳統的機械式授課相比，采用舉例、多媒體、網絡技術和翻轉課堂等方式，可以使一些抽象的內容通過直觀且形象的形式傳授給學生。例如，分子的擴散、吸脫附過程等內容時，可借助于現代化的多媒體教學手段(如：flash 動畫、短視頻等)讓學生從三維空間來觀察分子運動。這樣既可以化無形為有形、化靜態為動態、化抽象為直觀，同時也可以激發學生們的學習興趣。在學習一些較為開放性的知識點，例如“催化劑的制備與選擇”這一部分內容，可以更多的采用一些互動教學手段。翻轉課堂譯自“Inverted Classroom”，是指重新規劃課上以及課后的時間[7]。這種教學模式下，教師很大程度上不再占用課堂的時間來講授信息，很多知識點可以讓學生在課前完成自主學習，學生也可以自主進行學習拓展。此外，學習的手段更加多樣化，如看視頻、知識貼吧以及在網絡上與別的學者或同學討論，能在任何時候去查閱需要的材料。翻轉課堂的教學方式使教師和學生在課堂上的角色發生一定程度的互換，引導學生自主學習、很大程度提高學生對課程學習的積極性。所以，翻轉課堂的應用需要繼續摸索。

突如其來的新冠疫情讓中國教育尤其是高校的高等教育很多時候被迫轉為線上，開始了一次史無前例的大規模在線教育實戰演練。因此，作為高校教育中的一門專業課，催化原理的授課除了使用常規的線下教學手段以外，線上教學平臺的運用也十分必要。例如，在疫情期間，釘釘、雨課堂、學習通、騰訊會議等師生耳熟能詳的各大在線教學平臺，為“停課不停學”提供了有力保證，可謂功不可沒。所以，在線下教學在突發狀況下難以進行實施，這個時候線上教學的優越性就可以充分發掘。教師可以通過線上平臺在線答疑、安排作業，教學評價等，而學生可以線上完成課前預習、課前自測、觀看教學視頻以及完成作業等。這樣既可以節約時間、增加互動，還可以更有效地留存學習記錄、測評結果，使得教師對每個學生的最終考核更加全面。線上平臺的輔助教學既可以輔助教師更客觀的評價學生的學習效果，還可以靈活應對像新冠疫情這樣的突發狀況。

2.4 考核方式改革

如簡單對催化原理課程采取閉卷考試的方式進行考核，并不能反映學生學習的真實情況。為了全面客觀地考查學生的整體學習情況，需對考核方式可進行調整。首先，加大平時成績的積分比例，增加期中考試、平時作業、課堂回答問題打分等；其次，融入線上教學的考查痕跡，豐富考核的來源；最后，教師可提供相關課題，讓學生們查閱資料，討論前沿催化問題，做成報告或是PPT 進行展示。這樣，將多種考查方式和期末成績進行結合，更全面地考核學生的學習情況。總體來講，從教學目標到考核方式的改革可以歸納為模塊化的處理方式，如表2 所示。系統化地處理與分配可以使催化原理課程的設計與安排更加合理和有邏輯性。

表2 催化原理教學改革的模塊化處理

3 結語

基于OBE 的教學理念，工程教育專業認證可以促進催化原理這門課程的不斷完善，有利于發現教學過程中的薄弱環節。各個教學環節的合理設計和改進，可以幫助教師更加合理地安排教學任務，有針對性地培養學生的自我學習能力、團隊協作精神和表達能力。適合的教學手段和考核方式，可以更加全面地評價學生的學習效果。