工程認(rèn)證背景下工業(yè)催化課程體系的構(gòu)建與探索*

吳 紅, 王 平

(六盤水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院,貴州 六盤水 553004)

1 工業(yè)催化課程體系的建設(shè)背景

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，是實現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1]。它的內(nèi)涵是以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)。側(cè)重學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)教育過程的持續(xù)改進(jìn)[2]。工業(yè)催化是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)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(xué)過程中主要存在以下兩方面問題，一是講授內(nèi)容主要為催化的基本基礎(chǔ)和原理，內(nèi)容涉及的寬度和深度不夠，學(xué)科前沿問題較少，與工程聯(lián)系不緊密。二是教學(xué)方式單一，主要是教師講授為主，未與學(xué)科競賽建立有效聯(lián)系。導(dǎo)致課程偏重課本、考試，無法評價出學(xué)生對知識系統(tǒng)的融會貫通，靈活掌握程度。針對以上不足，我們基于工程認(rèn)證的理念，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對知識的主動探索、發(fā)現(xiàn)與建構(gòu)[3-4]，從教學(xué)方式多樣化，教學(xué)效果體現(xiàn)出“解決復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)”的角度對我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)的主干課程工業(yè)催化的課程體系進(jìn)行了構(gòu)建與探索，以期拓寬學(xué)生的視野，提高解決復(fù)雜工程問題的能力。

2 工業(yè)催化課程體系的構(gòu)建

2.1 課程目標(biāo)的確定

工業(yè)催化原有的課程目標(biāo)表述比較籠統(tǒng)宏觀，譬如學(xué)生應(yīng)該掌握催化作用的基本規(guī)律，了解催化工程的化學(xué)本質(zhì)和熟悉工業(yè)催化技術(shù)的基本要求和特性。課程目標(biāo)與學(xué)生的畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系欠缺[5]。為此，依據(jù)工程認(rèn)證的要求，與工程認(rèn)證的12個畢業(yè)要求，30個分解指標(biāo)點一一對應(yīng)，細(xì)化了課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的關(guān)系，如表1所示。

表1 課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的關(guān)系

2.2 教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計

工業(yè)催化原有的教學(xué)手段主要是PPT多媒體文檔的講授模式，內(nèi)容主要為催化劑的定義、分類、制備方法以及催化劑的設(shè)計與表征，設(shè)置為24學(xué)時，1.5學(xué)分。由于受傳統(tǒng)教學(xué)理念和學(xué)時學(xué)分限制，內(nèi)容涉及的寬度和深度不夠，學(xué)科前沿問題較少，教學(xué)方式單一，主要是教師講授為主[6-7]。鑒于此，依據(jù)工程認(rèn)證的三大理念，從教學(xué)方式多樣化，教學(xué)效果體現(xiàn)出“解決復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)”角度上，我們在教學(xué)內(nèi)容上增加了催化劑的新應(yīng)用領(lǐng)域(環(huán)境保護(hù)、開發(fā)新能源、傳感器、碳一化學(xué)品)，催化劑新材料(超微粒子、非晶態(tài)合金、固體超強(qiáng)酸、分子篩)。教學(xué)形式上增加了課程項目設(shè)計，翻轉(zhuǎn)課堂，課內(nèi)實驗，學(xué)時學(xué)分調(diào)整至32學(xué)時，2學(xué)分。整個知識框架分為四部分：(1)催化作用基礎(chǔ)(2)工業(yè)催化原理(3)工業(yè)催化劑(4)催化劑的制備、應(yīng)用、測試與表征，如表2所示。

表2 教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式

其中課程項目設(shè)計的題目為“乙醇制烯烴的催化劑設(shè)計”，旨在提高學(xué)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(huán)境和可持續(xù)發(fā)展因素，內(nèi)容需涉及提高原料利用率，避免環(huán)境污染，節(jié)能降耗等相關(guān)知識點。完成項目設(shè)計，提交設(shè)計報告，分組進(jìn)行答辯，有效地提高學(xué)生撰寫報告與口頭表達(dá)能力。

翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)容為“催化劑的新應(yīng)用領(lǐng)域”，主要涉及環(huán)境保護(hù)、開發(fā)新能源、傳感器、碳一化學(xué)品等熱點問題。將學(xué)生分組，每組就某一主題進(jìn)行講授、討論，教師最后加以總結(jié)，補(bǔ)充與拓展。整個過程中，貫穿可持續(xù)綠色發(fā)展的理念，提高責(zé)任意識。學(xué)生可從自己的家鄉(xiāng)、身邊的企業(yè)以及周圍熟悉的環(huán)境著手，設(shè)計思考工藝過程、節(jié)能環(huán)保與產(chǎn)品性能。

工業(yè)催化劑的制備為課內(nèi)實驗，注重將教師的研究熱點和最新研究內(nèi)容轉(zhuǎn)化到本科教學(xué)中。譬如，我們的課內(nèi)實驗“ZSM-5分子篩的結(jié)構(gòu)構(gòu)筑”和“ZSM-5分子篩用于MTH反應(yīng)性能評價”，都是利用教師的科研裝置和儀器進(jìn)行。學(xué)生掌握實驗原理，按照實驗步驟操作，記錄數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，撰寫實驗報告，提升學(xué)生的科研素養(yǎng)，實現(xiàn)理論知識和實驗技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，提高學(xué)生的實踐動手能力。

2.3 以“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”為手段促進(jìn)課程體系的構(gòu)建

將教師的研究熱點和最新研究內(nèi)容再輔以往年本專業(yè)各類競賽題目相結(jié)合設(shè)計為工業(yè)催化課程的項目設(shè)計和課內(nèi)實驗的項目庫，做一些具有挑戰(zhàn)性、綜合性、創(chuàng)新性的拓展，選拔優(yōu)秀學(xué)生[8-9]。一方面加強(qiáng)教師對典型催化案例的歸納應(yīng)用，促進(jìn)教師對知識的更新和靈活運用，另一方面加強(qiáng)學(xué)生對日常生活的觀察和知識的有機(jī)融合，見表3所示。此外，我們也積極鼓勵優(yōu)秀學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，指派相關(guān)方向的教師專任指導(dǎo)，學(xué)校也設(shè)有雙創(chuàng)中心平臺給予適宜的幫助。

表3 項目設(shè)計和課內(nèi)實驗的選題舉例

通過這種“課-踐-創(chuàng)”的教學(xué)模式，以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)與探究，較好的激發(fā)學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力，拓寬知識面，引導(dǎo)學(xué)生綜合運用知識與技能，切實提高了解決復(fù)雜工程問題的能力。

3 工業(yè)催化課程實施效果

在2019年我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)方案的修訂過程中，對標(biāo)工程教育認(rèn)證的要求，我們對工業(yè)催化的課程體系進(jìn)行重新構(gòu)建，并與工程認(rèn)證的12個畢業(yè)要求，30個分解指標(biāo)點一一對應(yīng)。新版教學(xué)大綱實施2年來，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的工程知識和問題分析能力較好，但較為突出的是學(xué)生的設(shè)計與開發(fā)解決方案能力有明顯的提升。主要表現(xiàn)在本班學(xué)生參加西南賽區(qū)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(chuàng)立項6項，論文發(fā)表8篇。與此同時，我們也發(fā)現(xiàn)學(xué)生的撰寫報告和溝通交流有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

4 結(jié) 語

基于工程認(rèn)證背景下，對化學(xué)工程與工藝專業(yè)的基礎(chǔ)課程工業(yè)催化從課程目標(biāo)、教學(xué)環(huán)節(jié)、“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”三個方面重新構(gòu)建課程體系。以學(xué)生為中心，從教學(xué)方式多樣化，教學(xué)效果體現(xiàn)出“解決復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)”的角度激發(fā)學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力。在傳統(tǒng)理論課的基礎(chǔ)上，增加了課程項目設(shè)計、翻轉(zhuǎn)課堂、課內(nèi)實驗以及“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”等實踐環(huán)節(jié)。通過這種“課-踐-創(chuàng)”的教學(xué)模式，提高了課程的培養(yǎng)效果，提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。對于存在的問題，通過“持續(xù)改進(jìn)”不斷提高教學(xué)質(zhì)量，從而達(dá)到工程教育的目的。