工程教育認(rèn)證趨勢下 催化原理課程的改革與創(chuàng)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(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

0 引言

隨著人文社會和經(jīng)濟(jì)環(huán)境的不斷發(fā)展，創(chuàng)新性教學(xué)方式的改革和革新迫在眉睫。只有新型的教學(xué)模式才能符合現(xiàn)代工程教育的核心理念，即產(chǎn)出導(dǎo)向型的教育(qutcome based education，OBE)。該教育理念是以人為本，學(xué)生為中心，注重學(xué)習(xí)產(chǎn)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(rèn)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(xié)議》簽約成員。中國工程教育認(rèn)證協(xié)會也這在之后對教學(xué)專業(yè)認(rèn)證的評價標(biāo)準(zhǔn)提出了一些新的要求：學(xué)生為中心、整合實驗教學(xué)資源、產(chǎn)出導(dǎo)向的課程設(shè)計、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)、持續(xù)改進(jìn)的質(zhì)量保障體系。

甲醛標(biāo)準(zhǔn)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(yè)的專業(yè)課。它是一門結(jié)合物理化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、化學(xué)動力學(xué)等多知識點(diǎn)的課程，對教師的綜合教學(xué)能力具有較大考驗。催化原理課程不但專業(yè)認(rèn)知性強(qiáng)，需要學(xué)生結(jié)合多種化學(xué)課程，能夠理論與實踐相結(jié)合，而且該課程有較強(qiáng)的理論與綜合性。但是，學(xué)生在接觸這門課后，存在著學(xué)習(xí)興趣和動力不足，缺乏理論基礎(chǔ)的結(jié)合能力導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果較差。再加上目前新冠疫情影響下，高校絕大多數(shù)課程需要進(jìn)行線上和線下教學(xué)的切換，疫情下的教學(xué)模式和手段也受到了很大程度的挑戰(zhàn)。因此，為了滿足現(xiàn)代工程教育的需要，更好地培養(yǎng)化工類的創(chuàng)新型人才，催化原理的教學(xué)模式改革也迫在眉睫。本?；W(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)在2020 年已經(jīng)順利通過教育部對本專業(yè)的工程教育認(rèn)證，而催化原理是本專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。本文將通過在教學(xué)過程中的幾個要點(diǎn)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(xiàn)狀

催化原理課程的內(nèi)容較為抽象且龐雜，尤其是對一些催化劑空間構(gòu)型等內(nèi)容的學(xué)習(xí)時，學(xué)生接受效果一般。為了提高學(xué)生的認(rèn)知興趣和學(xué)習(xí)的主動性，在教學(xué)的過程中會列舉一些與生活相關(guān)的例子，以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但是在回歸課本知識內(nèi)容以后，學(xué)生注意力則會明顯下降。此外，期末考試出題內(nèi)容和回答形式更加開放。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學(xué)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(diǎn)內(nèi)容的把握有所偏差。綜合上述學(xué)情，我們希望通過課程改革，使課程脈絡(luò)清晰方便學(xué)生掌握。

1.2 結(jié)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(huán)組成，即校外循環(huán)、校內(nèi)循環(huán)和課內(nèi)循環(huán)[2]：(1)對于催化原理這門課程，我專業(yè)的校外循環(huán)是通過與三屆應(yīng)屆畢業(yè)生座談、對三屆往屆畢業(yè)生調(diào)查以及校外有關(guān)本專業(yè)學(xué)生就業(yè)企業(yè)共同參與下的社會評價機(jī)制，這會很大程度的推進(jìn)本專業(yè)的持續(xù)改進(jìn)；(2)校內(nèi)循環(huán)是通過對教學(xué)全過程質(zhì)量評價及效果反饋，促進(jìn)教學(xué)活動和畢業(yè)要求的持續(xù)改進(jìn)；(3) 課內(nèi)循環(huán)由培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)是通過對教學(xué)實踐過程中的每一個環(huán)節(jié)的不斷調(diào)整來實現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)。這三個環(huán)節(jié)緊密相連，成為了一個環(huán)環(huán)相扣的持續(xù)改進(jìn)體系。

根據(jù)NAM模型的模擬結(jié)果，運(yùn)用1990—1994年的實測數(shù)據(jù)校準(zhǔn)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?；诖耍\(yùn)用NAM模型來模擬強(qiáng)人為干擾時期的流域徑流量是合理可信的。

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

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?！薄对娫捒傹敗肪硭氖骸皷|坡與秦少游飲別維揚(yáng)，作《虞美人》詞曰……世傳賀方回作也?！薄赌芨凝S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?！瘡埼臐撚闷湟庖詾樵娫疲骸ねぎ嬼聪荡禾?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(xiàn)中視此詞為蘇軾作品的證據(jù)。

一般來講，課內(nèi)循環(huán)是整個持續(xù)改進(jìn)循環(huán)機(jī)制的具體地實施過程，也是最基礎(chǔ)和重要的實踐環(huán)節(jié)。催化原理課程的改革其實也是主要在課內(nèi)循環(huán)進(jìn)行，而這需要從整體進(jìn)行合理構(gòu)建。構(gòu)成該課程課內(nèi)循環(huán)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(jié)合教學(xué)大綱制定合理、切實可行的課程目標(biāo)；(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(jié)合，加以詳細(xì)的記錄；(3) 授課反饋的總結(jié)：這一過程是對整個授課過程的總結(jié)和思考，對課內(nèi)循環(huán)的各項循環(huán)起指導(dǎo)作用。如圖1 所示，該課程課內(nèi)循環(huán)的實際措施，除一些細(xì)節(jié)上的完善以外，該改革方案的主體思想正是OBE 理念強(qiáng)調(diào)的持續(xù)改進(jìn)。

圖1 催化原理課內(nèi)循環(huán)的構(gòu)建和改革

表1 OBE 理念下創(chuàng)新改革教育模式與傳統(tǒng)模式的對比

2 催化原理課程模塊化的教改方式

2.1 教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的合理化

針對上述分析課程現(xiàn)狀與教改思路，教學(xué)內(nèi)容主要進(jìn)行了三部分改進(jìn)：首先，對課時進(jìn)行了合理化調(diào)整。例如，基礎(chǔ)知識的課時進(jìn)行了適當(dāng)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(chǔ)概念的講授，但是將基礎(chǔ)知識糅合到典型催化劑的內(nèi)容中去，使得這兩部分銜接的更加自然和緊密。其次，教學(xué)內(nèi)容更加前沿化。將催化理論和最新相關(guān)的催化技術(shù)與材料的研究成果相結(jié)合來介紹，可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和發(fā)散思維。例如，在講解“吸附與催化劑孔內(nèi)擴(kuò)散”的內(nèi)容時，可以與前沿性較強(qiáng)的新材料學(xué)科相結(jié)合，去講授孔的特殊結(jié)構(gòu)和吸附擴(kuò)散的相關(guān)理論。最后，教學(xué)內(nèi)容的直觀化和形象化。對于催化原理的教學(xué)內(nèi)容，課本內(nèi)容有些章節(jié)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(xué)表達(dá)式等內(nèi)容通過適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行形象化的展示和講授。教師應(yīng)盡可能選取一些直觀例子和科研成果等內(nèi)容的報道去加強(qiáng)學(xué)生對內(nèi)容的理解。這部分需結(jié)合教學(xué)手段改革來進(jìn)行，后面將進(jìn)行詳細(xì)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(xué)內(nèi)容選取時還會結(jié)合如黃仲濤等[5]編著的《工業(yè)催化》以及吳越等[6]撰寫的 《現(xiàn)代催化原理》等著作，將各種觀點(diǎn)與前沿教材融入教學(xué)中。本課程教學(xué)內(nèi)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(luò)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(yīng)合理構(gòu)建課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的聯(lián)系。催化原理的學(xué)習(xí)中不但要注重基本概念等知識點(diǎn)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(xué)目標(biāo)時就不能只局限于會進(jìn)行單一問題傳授，而應(yīng)使學(xué)生能熟知催化的應(yīng)用以及催化劑的選取、設(shè)計等相關(guān)內(nèi)容。為此，課程教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。例如，課程標(biāo)準(zhǔn)中的教學(xué)目標(biāo)由之前的簡單籠統(tǒng)的概括性敘述轉(zhuǎn)變成了具體且詳細(xì)對應(yīng)關(guān)系。

人才培訓(xùn)是促進(jìn)企業(yè)發(fā)展的重要舉措，尤其針對電廠企業(yè)而言，通過人才培訓(xùn)可以更新工作人員的知識結(jié)構(gòu)，鍛煉其崗位技能，因此，企業(yè)要加強(qiáng)人才培訓(xùn)的管理和投入，通過對現(xiàn)有人員的培訓(xùn)和開發(fā)，實現(xiàn)企業(yè)的既定發(fā)展目標(biāo)。首先，企業(yè)要給予人才培訓(xùn)以資金支持，保證人才培訓(xùn)工作的有序進(jìn)行以及全面開展；其次，企業(yè)要對人才培訓(xùn)開展科學(xué)的管理，提升人才培訓(xùn)的效率和質(zhì)量；最后，企業(yè)要對注重更新培訓(xùn)內(nèi)容，傳授給員工以行業(yè)前沿的知識和技能，提升員工的專業(yè)技術(shù)和素養(yǎng)，進(jìn)而為企業(yè)發(fā)展注入人才活力。

2.2 課程思政的融入

對于理工科的專業(yè)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(yīng)從社會實際中尋找，從學(xué)科的知識與社會實踐結(jié)合度中去尋找。目前，我國在多領(lǐng)域、多行業(yè)都開始走在世界的前列，對于化學(xué)化工行業(yè)亦是如此。許多先進(jìn)的催化技術(shù)和催化材料的研究開發(fā)，使得很多我國催化前沿的研究逐漸被認(rèn)同。這樣一來，在催化原理的教學(xué)過程中，可以將一些前沿性科研內(nèi)容或成果融入教學(xué)中去。這樣，課程思政可以做到“耳濡目染”“潤物細(xì)無聲”的效果。再如，課程思政的教學(xué)設(shè)計，可以從催化發(fā)展的縱向歷史與橫向現(xiàn)實的維度出發(fā)，將中國催化發(fā)展與世界催化化工的發(fā)展歷史和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行比較、歷史使命與時代責(zé)任的比較，使思政教育元素既源于工業(yè)以及催化行業(yè)的歷史又基于現(xiàn)實，既傳承歷史血脈又體現(xiàn)與時俱進(jìn)。

高校中的課程既能夠傳授知識培養(yǎng)科學(xué)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(yǎng)學(xué)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(nèi)容和課程思政相結(jié)合時，并不是系統(tǒng)化地進(jìn)行思想教育活動，而是結(jié)合這門課程特點(diǎn)，尋找專業(yè)知識和德育元素的結(jié)合點(diǎn)。教師應(yīng)該以實事求是的原則，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維，教學(xué)過程應(yīng)該突出重點(diǎn)、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(diǎn)中，這樣才會在這門專業(yè)課的教學(xué)中不至跑偏。

本校為普通本科院校，化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)不是很好，所以，本課程基礎(chǔ)性概念的講授需要由淺入深、循序漸進(jìn)。與此同時，還需結(jié)合其他相關(guān)課程的內(nèi)容，如：物理化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)等。此外，教師需聯(lián)系生活實例提高學(xué)生的興趣，抓住學(xué)生課堂前20 分鐘的注意力極值點(diǎn)。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(diǎn)內(nèi)容，此部分內(nèi)容需要結(jié)合科研前沿動態(tài)以及本學(xué)院涉及催化科研教師的科研方向進(jìn)行講解，本部分一般用16 課時來進(jìn)行應(yīng)用型教學(xué)。催化劑制備與使用是本課程的第三部分內(nèi)容，同時也是重要的催化應(yīng)用型人才的啟發(fā)儲備式內(nèi)容，本部分授課內(nèi)容將會用6 課時進(jìn)行講解與學(xué)習(xí)。最后，關(guān)于實際催化劑的應(yīng)用實例部分，將會使用2 課時的翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)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?？冃гu估結(jié)果的有效性取決于信息的真實性和準(zhǔn)確性。信息數(shù)量不足，不能全面反映評價對象的全貌;信息質(zhì)量失真，則會造成評估結(jié)果的失誤。因此，要提高績效評估的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，必須要有充裕、準(zhǔn)確的信息來源作為保證。政府主管部門要發(fā)揮主導(dǎo)作用，積極推進(jìn)高校信息公開工作，高校內(nèi)部也要高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)信息管理系統(tǒng)。

2.3 教學(xué)手段與方法的運(yùn)用

合適的教學(xué)方法的運(yùn)用可以使得教學(xué)效果達(dá)到事半功倍的結(jié)果。與傳統(tǒng)的機(jī)械式授課相比，采用舉例、多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和翻轉(zhuǎn)課堂等方式，可以使一些抽象的內(nèi)容通過直觀且形象的形式傳授給學(xué)生。例如，分子的擴(kuò)散、吸脫附過程等內(nèi)容時，可借助于現(xiàn)代化的多媒體教學(xué)手段(如：flash 動畫、短視頻等)讓學(xué)生從三維空間來觀察分子運(yùn)動。這樣既可以化無形為有形、化靜態(tài)為動態(tài)、化抽象為直觀，同時也可以激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。在學(xué)習(xí)一些較為開放性的知識點(diǎn)，例如“催化劑的制備與選擇”這一部分內(nèi)容，可以更多的采用一些互動教學(xué)手段。翻轉(zhuǎn)課堂譯自“Inverted Classroom”，是指重新規(guī)劃課上以及課后的時間[7]。這種教學(xué)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(diǎn)可以讓學(xué)生在課前完成自主學(xué)習(xí)，學(xué)生也可以自主進(jìn)行學(xué)習(xí)拓展。此外，學(xué)習(xí)的手段更加多樣化，如看視頻、知識貼吧以及在網(wǎng)絡(luò)上與別的學(xué)者或同學(xué)討論，能在任何時候去查閱需要的材料。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式使教師和學(xué)生在課堂上的角色發(fā)生一定程度的互換，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、很大程度提高學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的積極性。所以，翻轉(zhuǎn)課堂的應(yīng)用需要繼續(xù)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(zhuǎn)為線上，開始了一次史無前例的大規(guī)模在線教育實戰(zhàn)演練。因此，作為高校教育中的一門專業(yè)課，催化原理的授課除了使用常規(guī)的線下教學(xué)手段以外，線上教學(xué)平臺的運(yùn)用也十分必要。例如，在疫情期間，釘釘、雨課堂、學(xué)習(xí)通、騰訊會議等師生耳熟能詳?shù)母鞔笤诰€教學(xué)平臺，為“停課不停學(xué)”提供了有力保證，可謂功不可沒。所以，在線下教學(xué)在突發(fā)狀況下難以進(jìn)行實施，這個時候線上教學(xué)的優(yōu)越性就可以充分發(fā)掘。教師可以通過線上平臺在線答疑、安排作業(yè)，教學(xué)評價等，而學(xué)生可以線上完成課前預(yù)習(xí)、課前自測、觀看教學(xué)視頻以及完成作業(yè)等。這樣既可以節(jié)約時間、增加互動，還可以更有效地留存學(xué)習(xí)記錄、測評結(jié)果，使得教師對每個學(xué)生的最終考核更加全面。線上平臺的輔助教學(xué)既可以輔助教師更客觀的評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，還可以靈活應(yīng)對像新冠疫情這樣的突發(fā)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(jìn)行考核，并不能反映學(xué)生學(xué)習(xí)的真實情況。為了全面客觀地考查學(xué)生的整體學(xué)習(xí)情況，需對考核方式可進(jìn)行調(diào)整。首先，加大平時成績的積分比例，增加期中考試、平時作業(yè)、課堂回答問題打分等；其次，融入線上教學(xué)的考查痕跡，豐富考核的來源；最后，教師可提供相關(guān)課題，讓學(xué)生們查閱資料，討論前沿催化問題，做成報告或是PPT 進(jìn)行展示。這樣，將多種考查方式和期末成績進(jìn)行結(jié)合，更全面地考核學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。總體來講，從教學(xué)目標(biāo)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(tǒng)化地處理與分配可以使催化原理課程的設(shè)計與安排更加合理和有邏輯性。

表2 催化原理教學(xué)改革的模塊化處理

3 結(jié)語

基于OBE 的教學(xué)理念，工程教育專業(yè)認(rèn)證可以促進(jìn)催化原理這門課程的不斷完善，有利于發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中的薄弱環(huán)節(jié)。各個教學(xué)環(huán)節(jié)的合理設(shè)計和改進(jìn)，可以幫助教師更加合理地安排教學(xué)任務(wù)，有針對性地培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊協(xié)作精神和表達(dá)能力。適合的教學(xué)手段和考核方式，可以更加全面地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。