應(yīng)用型本科院校視角下“環(huán)境催化”課程教學(xué)改革探索與思考

萬 杰，肖 藝，吳功德,3

（1.南京工程學(xué)院能源研究院，江蘇 南京 211167；2.南京工程學(xué)院人事處，江蘇 南京 211167；3.南京工程學(xué)院環(huán)境工程學(xué)院，江蘇 南京 211167)

引言

當今世界，環(huán)境污染問題日益突出，催化技術(shù)在環(huán)境保護中顯示出越來越強大的作用。黨的十九大指出“建設(shè)生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計”，隨著我國生態(tài)文明建設(shè)進入關(guān)鍵期與攻堅期，加快發(fā)展環(huán)境催化技術(shù)研究與應(yīng)用的重要性與必要性也不斷凸顯。

“環(huán)境催化”是環(huán)境工程專業(yè)本科教學(xué)的核心課程之一，具有理論實踐結(jié)合緊密、多學(xué)科交叉程度高、工程應(yīng)用性強等學(xué)科特征。在教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)“環(huán)境催化”在教學(xué)上面臨“課時有限、內(nèi)容豐富、學(xué)科綜合性強、知識點分散”的挑戰(zhàn)[1]，傳統(tǒng)教學(xué)模式難以取得令人滿意的教學(xué)成果。因此，如何針對性開展教學(xué)改革，突出課程學(xué)科交叉特征，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與實踐能力，實現(xiàn)專業(yè)知識和課程思政教育有機結(jié)合，已成為“環(huán)境催化”教學(xué)改革中的重要內(nèi)容之一。

本文在分析國內(nèi)高等院校相似課程設(shè)計與教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，從應(yīng)用型本科高校環(huán)境工程專業(yè)建設(shè)視角，結(jié)合筆者及教學(xué)團隊多年“環(huán)境催化”課程教學(xué)實踐的經(jīng)驗總結(jié)，以提高課程教學(xué)質(zhì)量、服務(wù)人才培養(yǎng)要求為研究目標，從該課程教學(xué)內(nèi)容的梳理與優(yōu)化，課程教學(xué)模式的改革和探索，課程思政元素的提煉與融入三個方面進行分析。

1 注重課程內(nèi)容的梳理與優(yōu)化

“環(huán)境催化”的課程內(nèi)容，通常應(yīng)以催化原理為起點，讓學(xué)生熟悉催化過程的化學(xué)規(guī)律，掌握不同類型催化劑設(shè)計、制備、表征等研究的基本理論和技術(shù)。在此基礎(chǔ)上以生產(chǎn)生活中所涉及的重要環(huán)境污染問題為主要研究對象，系統(tǒng)論述環(huán)境催化技術(shù)的概念、特點、研究方法，具體介紹環(huán)境催化技術(shù)在不同領(lǐng)域污染控制治理方面的應(yīng)用成果，培養(yǎng)其分析、解決問題能力，為學(xué)生未來從事環(huán)保工業(yè)生產(chǎn)或科學(xué)研究打下堅實的理論基礎(chǔ)。由于學(xué)科交叉性強、催化過程種類繁雜、表征手段多樣、學(xué)科前沿發(fā)展進步速度快，在有限的學(xué)時內(nèi)如何高效地組織、設(shè)計、呈現(xiàn)豐富的教學(xué)內(nèi)容，成為“環(huán)境催化”課程教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)。筆者梳理了國內(nèi)部分高等院校“環(huán)境催化”及相似課程的教材章節(jié)設(shè)置（見表1），可以看出該課程主要的教學(xué)內(nèi)容已形成較為普遍的共識，主要包括了緒論、催化基礎(chǔ)、大氣污染、室內(nèi)空氣、揮發(fā)性有機物、水污染等，章節(jié)結(jié)構(gòu)編排上也比較相近。但是也存在一定的問題：第一，目前主流教材的內(nèi)容如全部展開授課，通需要60~80 個完整學(xué)時[2]，無法滿足“環(huán)境催化”作為專業(yè)基礎(chǔ)課32 個學(xué)時左右的授課時間要求，必須結(jié)合院校人才培養(yǎng)目標和專業(yè)特色進行相應(yīng)的取舍。第二，環(huán)境熱點問題、新技術(shù)、新方法、新應(yīng)用等內(nèi)容，往往難以及時更新，例如CO2催化轉(zhuǎn)化在早期教材中往往作為新技術(shù)講授，但隨著“碳達峰碳中和”目標的提出已成為研究熱點。第三，對于應(yīng)用型本科高校學(xué)生，往往缺乏對于催化化學(xué)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，因此在授課時通常需要安排較多學(xué)時詳細講授催化基礎(chǔ)知識，壓縮了后續(xù)具體章節(jié)學(xué)時。

表1 國內(nèi)部分高等院?！碍h(huán)境催化”及相似課程的教材章節(jié)設(shè)置

針對上述問題，筆者提出“環(huán)境催化”課程教學(xué)，首先應(yīng)注重課程內(nèi)容的梳理與整合，將課程知識架構(gòu)按催化化學(xué)基礎(chǔ)原理、環(huán)境催化共性關(guān)鍵技術(shù)和重大環(huán)境污染問題、環(huán)境催化細分方向和新興領(lǐng)域分解為基礎(chǔ)單元、核心單元和選修單元，結(jié)合所在院校辦學(xué)定位、人才培養(yǎng)方案、學(xué)科專業(yè)特色、畢業(yè)生就業(yè)能力要求，并綜合考慮服務(wù)地方經(jīng)濟社會發(fā)展的長遠目標，合理安排各單元學(xué)時和重點，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，力求做到基于教材但又高于教材。筆者及教學(xué)團隊在本課程教學(xué)實踐中，遵循上述原則，針對所在學(xué)院學(xué)生特點，刪去了催化過程內(nèi)外擴散、反應(yīng)動力學(xué)等復(fù)雜內(nèi)容，強化了催化原理、催化劑制備和表征等內(nèi)容，突出了核心知識，節(jié)省了學(xué)時，提高了課堂效率。

2 注重課程教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)以“講授型”為主，面對“環(huán)境催化”繁雜的知識點，一味地“老師講、學(xué)生聽”往往會導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)“不懂不聽”的現(xiàn)象，嚴重影響課堂教學(xué)質(zhì)量[3]。因此，筆者認為，在“環(huán)境催化”課程的教學(xué)實踐中，應(yīng)當注重教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，以學(xué)生為主體，靈活運用多種教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高其主動參與程度和自主探究學(xué)習(xí)的能力。筆者及教學(xué)團隊在課堂教學(xué)中，采取效果較好的方式有：

一是結(jié)合時事熱點設(shè)計章節(jié)教學(xué)導(dǎo)入。例如在講授“機動車尾氣三效催化技術(shù)”章節(jié)時，并不直接講授三效催化劑的相關(guān)知識，而是采用案例分析的形式設(shè)計章節(jié)導(dǎo)入，通過介紹“車市價格暴跌和鈀金價格瘋漲”這兩個看似風馬牛不相及的“怪現(xiàn)象”，引導(dǎo)學(xué)生思考這樣反常經(jīng)濟現(xiàn)象的出現(xiàn)與機動車尾氣排放法規(guī)的升級、尾氣催化凈化材料發(fā)展有關(guān)，進而引出機動車尾氣凈化和三效催化劑。在講授“燃煤電廠煙氣排放催化凈化”，引導(dǎo)學(xué)生閱讀熱門科幻作家劉慈欣的《地火》小說，引導(dǎo)學(xué)生認識人們關(guān)于煤炭清潔利用的向往，再引入煙氣催化凈化的知識點。通過引人入勝的教學(xué)導(dǎo)入，快速調(diào)動學(xué)生的情緒和注意力，從而有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進而提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

二是做好科研與教學(xué)相結(jié)合。將授課教授自身或團隊的科研成果引入課堂，將課程知識點和科研內(nèi)容相結(jié)合，既引導(dǎo)學(xué)生體會如何運用所學(xué)的環(huán)境催化理論去分析解決實際的科研問題，又能引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的價值觀、熟悉科學(xué)研究的基本范式與方法論[4]。以筆者團隊執(zhí)教的“環(huán)境催化”課程為例，在講授空氣過濾技術(shù)時介紹斯坦福大學(xué)崔屹團隊的“梯度靜電場”高透氣性過濾材料及其在新冠疫情防護口罩中的快速產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。在講授室溫凈化材料時，介紹筆者所在團隊多年以來在水滑石-固體堿材料用于甲醛室溫氧化領(lǐng)域的科研成果。針對性篩選若干環(huán)境催化領(lǐng)域的經(jīng)典或前沿文獻，以課后作業(yè)形式要求學(xué)生完成文獻閱讀和總結(jié)，這些措施都獲得了學(xué)生的普遍好評。

三是運用工程案例或視頻輔助教學(xué)。培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力是應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)的重點之一。將環(huán)保行業(yè)典型的工程應(yīng)用案例引入課堂，開展理論與實踐結(jié)合教學(xué)，可以強化學(xué)生對于所學(xué)知識的理解和應(yīng)用，理解具體工程問題背后的科學(xué)原理，同時打消學(xué)生“學(xué)習(xí)無用、知識無用”的錯誤觀念。還是以筆者所在教學(xué)團隊為例，講授SCR催化劑時，通過展示催化劑成品、播放蜂窩式SCR 催化劑制造過程視頻，使學(xué)生獲得直觀的學(xué)習(xí)體驗。講授揮發(fā)性有機物污染時，分析所在地區(qū)某企業(yè)熱處理車間污染物分析與處理的工程實例，并組織學(xué)生赴企業(yè)參觀實踐、實地采樣檢測，充分發(fā)揮好“第二課堂”的作用，起到了良好的教學(xué)效果。

3 注重課程思政元素的提煉與融入

環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生肩負守護美麗中國綠水青山的重任，需要有高度的專業(yè)使命感和責任感。深入挖掘和提煉環(huán)境工程專業(yè)建設(shè)中的課程思政元素，將課程思政教育有機地融入專業(yè)課程教學(xué)過程中，是深刻理解新時代生態(tài)文明建設(shè)思想內(nèi)涵的必然要求，也是貫徹落實“兩個培養(yǎng)”光榮使命的重要環(huán)節(jié)[5]。筆者認為，“環(huán)境催化”課程包含了大氣、土壤、水、固廢等多類型環(huán)境要素，涉及鋼鐵、火電、交通、建筑等各行各業(yè)，知識覆蓋面廣，學(xué)科交叉性強，蘊含著非常豐富的思政教育元素[6]。教師應(yīng)當提高對于“環(huán)境催化”課程的認識和站位，從貫徹新時代生態(tài)文明建設(shè)思想、培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展世界觀的高度出發(fā)，挖掘契合課程專業(yè)知識主題的思政教育元素，采用案例討論、信息化教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、參觀實踐等靈活多樣的方式，實現(xiàn)理想信念、愛國情懷、科學(xué)精神、人文素養(yǎng)、專業(yè)責任、社會公德等多層次、多元素思政與課程專業(yè)知識教學(xué)的有機融合，培養(yǎng)學(xué)生作為“環(huán)保人”的愛國專業(yè)情懷，力求達到“授業(yè)傳道，潤物而無聲”的效果。

在課程思政教育方面，筆者及教學(xué)團隊也進了相應(yīng)的嘗試。例如在講授機動車尾氣排放時，介紹我國從歐盟排放法規(guī)“跟隨者”變?yōu)閲鳹I 階段“領(lǐng)跑者”，彰顯了我國科技進步與國際話語權(quán)提升。在講授SCR 催化劑時，介紹我國面對國際巨頭的專利封鎖，發(fā)揮稀土資源優(yōu)勢，自主創(chuàng)新研發(fā)稀土基尾氣凈化材料，打破國外技術(shù)壟斷，實現(xiàn)關(guān)鍵材料、技術(shù)和裝備的自主化。在講授電廠煙氣凈化時，介紹我國開展“清潔電力行動”所取得的巨大成效以及國際學(xué)界對此的高度評價。這些課程思政元素的提煉，緊貼章節(jié)知識點，通過教學(xué)設(shè)計自然融入課堂教學(xué)過程中，極大地吸引了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了其作為環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的自豪感和使命感，在教授專業(yè)知識的同時，幫助學(xué)生樹立正確的生態(tài)環(huán)境觀，養(yǎng)成質(zhì)疑思辨的科學(xué)精神，引導(dǎo)學(xué)生厚植愛國主義情懷、堅定“四個自信”，同樣收獲了學(xué)生在教學(xué)評價中的點贊。