地方特色資源融入催化化學課堂教學實踐的探索*

艾禮莉，王魯香

(新疆大學，新疆 烏魯木齊 830017)

2022年，習總書記在中央政治局第三十六次集體學習時強調(diào)：“我們必須深入分析推進碳達峰碳中和工作面臨的形勢和任務(wù)，充分認識實現(xiàn)‘雙碳’目標的緊迫性和艱巨性，研究需要做好的重點工作，統(tǒng)一思想和認識，扎扎實實把黨中央決策部署落到實處”[1]。提出高校是重大科技創(chuàng)新策源地，能夠發(fā)揮作為基礎(chǔ)研究主力的作用，逐步穩(wěn)健形成碳中和科技創(chuàng)新體系和人才培養(yǎng)體系。這為高校做好“雙碳”人才培養(yǎng)工作指明了方向、提供了遵循。而碩士研究生教育階段是最為關(guān)鍵的綜合科研素質(zhì)與個人品德修養(yǎng)的養(yǎng)成教育階段，在碩士研究生培養(yǎng)階段使學生能夠身體力行去實踐“雙碳”目標將對國家發(fā)展具有重大意義[2]。因此，為了適應(yīng)基于“雙碳”目標理念下國家綠色發(fā)展戰(zhàn)略對人才需求的變化，研究生教育模式和培養(yǎng)理念應(yīng)做出適當調(diào)整。此外，新疆日照資源豐富，日照時間長，年日照時間高達2500～3500 h，利用新疆地區(qū)豐富的太陽能資源進行科學研究是充分開發(fā)地區(qū)特色資源的有效途徑[3]?；诖耍T士研究生的教育中包含對本地特色太陽能資源介紹和研究類的課程對于學生認識本地特色資源具有重要意義。

新疆大學化學學院瞄準化學學科發(fā)展前沿，以國家和自治區(qū)重大需求為導向，以新疆優(yōu)勢能源資源清潔高效轉(zhuǎn)化與高值化利用為目標，以綜合改革為動力，以拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)為核心，以師資隊伍建設(shè)為重點，以創(chuàng)新平臺建設(shè)為保障，創(chuàng)新體制機制，凝聚優(yōu)勢資源，匯聚高水平創(chuàng)新人才，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上做精做強，力爭建設(shè)成為適應(yīng)國家和新疆戰(zhàn)略發(fā)展需要的、具有特色的高水平研究型學院。實現(xiàn)高水平研究型學院離不開研究生的科研活動，而充分利用本地特色資源進行科學研究對于學院的碩士研究生培養(yǎng)至關(guān)重要。

催化科學和技術(shù)是研究能量與物質(zhì)轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)的一門學科，是現(xiàn)代化工的關(guān)鍵核心之一，更是解決能源、環(huán)境、資源、信息以及生命健康等領(lǐng)域的關(guān)鍵基礎(chǔ)性科學之一，遍及人們生活的各個領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟發(fā)展和國家重大需求中發(fā)揮著重要作用[4]。催化化學是無機化學專業(yè)的一門專業(yè)碩士研究生課程，課程教學的任務(wù)與目的是使學生掌握催化領(lǐng)域基礎(chǔ)概念、基礎(chǔ)理論、現(xiàn)代催化技術(shù)、催化材料結(jié)構(gòu)特性及其在能源、環(huán)境等領(lǐng)域中的應(yīng)用。主要內(nèi)容包括催化界面理論、光催化反應(yīng)、電催化反應(yīng)、絡(luò)合催化劑及催化作用[5]。

1 催化化學課程教學的現(xiàn)狀和問題

催化化學課程為無機化學專業(yè)碩士研究生開設(shè)的課程，主要以講授和研討的方式進行教學。其中，講授部分采取了PPT結(jié)合板書的授課方式，學生在教室內(nèi)統(tǒng)一聽課。研討部分采取在講完4個學時的基礎(chǔ)知識后給學生布置作業(yè)，由學生結(jié)合目前“雙碳”戰(zhàn)略目標，自主選擇感興趣的光催化劑材料，以PPT形式總結(jié)目前的研究現(xiàn)狀，并說明哪類光催化劑目前適合利用太陽能進行環(huán)境光催化和能源光催化的應(yīng)用并闡述理由。然而，當前我國碩士研究生對于科學研究的創(chuàng)新意識不足，主動性不高；昊宏翔等在《學位與研究生教育》的文章中講道，目前碩士研究生在科研方面存在明顯的問題，包括科研實踐參與度低、學術(shù)成果質(zhì)量不高、國際學術(shù)榜論文數(shù)量偏少、原創(chuàng)性成果稀少等[6]。有研究者將研究生的科研學習缺乏創(chuàng)新性的現(xiàn)狀總結(jié)為“四個簡單”[7]：①簡單移植，只簡單重復和應(yīng)用他人的科研方法；②簡單揭示表面現(xiàn)象，對于科研選題只停留于觀察實驗現(xiàn)象，不深究實驗現(xiàn)象的內(nèi)在規(guī)律和本質(zhì)原因；③簡單延伸，沒有新的觀點和新的實驗現(xiàn)象，只對他人研究工作進行證實；④簡單推理，僅采用有限的實驗現(xiàn)象證實已知的結(jié)論。

此外，碩士研究生對催化化學課程的主動學習意識不足，對往屆的碩士研究生進行問卷和調(diào)研，其中，40%左右的碩士研究生不會主動提前預習和與老師討論催化科學的研究和應(yīng)用前景。主要原因在于傳統(tǒng)的教學觀念引發(fā)了碩士研究生學習的依賴性[8-9]。傳統(tǒng)教學中碩士研究生上課主要的學習計劃、學習策略包括如何檢查學習效果等，都由老師決定。忽略了研究生學習的個體要求，同學習基礎(chǔ)、學習能力、學習目的、學習興趣的學生逐步趨于按老師的既定思路學習。傳統(tǒng)認識對教師產(chǎn)生的壓力促使研究生產(chǎn)生學習依賴性。因此，導致碩士研究生催化化學課程的主動學習意識不足。

2 地方特色資源融入催化化學課堂教學實踐的探究

針對催化化學課程目前存在的問題，我們采取將地方特色資源融入催化化學課程教學過程中，激發(fā)碩士研究生學習和科研興趣。

新疆大學化學學科屬于國家一流建設(shè)學科和ESI全球前1%學科。學院基于國家一流化學學科專業(yè)，進一步將碩士研究生的創(chuàng)新能力和高素質(zhì)人才培養(yǎng)相結(jié)合，構(gòu)建“科教融合，學術(shù)育人”的高素質(zhì)化學研究型人才模式培養(yǎng)。通過科研知識的灌輸，用科研反哺教學，培養(yǎng)學生科研素養(yǎng)和科學思維。首先，根據(jù)學院碩士研究生導師科研方向不同的現(xiàn)狀，面向無機化學專業(yè)一年級碩士研究生，調(diào)研其研究方向和感興趣的課題，根據(jù)研究生的方向和興趣，適當調(diào)整課程內(nèi)容。隨后，在催化化學課程的光催化教學部分的教學過程中融入“雙碳”戰(zhàn)略目標和新疆太陽能資源及煤炭資源的介紹，明確課程體系的價值取向，并在課程授課過程中充分將本地特色資源穿插講授，將國家策略和綠色有機融入課程體系，進而實現(xiàn)學以致用。在“雙碳”目標指引下，基于碩士研究生認知與成長規(guī)律，實現(xiàn)催化化學課程的模塊化、協(xié)同化與綜合化推進教學。充實與重構(gòu)課程內(nèi)容，圍繞“雙碳”目標，充實光催化領(lǐng)域的知識內(nèi)容，結(jié)合新疆豐富的太陽能資源，讓碩士研究生自己提出研究課題的關(guān)鍵問題，并尋求解決辦法。主要融入地方特色資源的案例如表1所示。結(jié)合新疆地區(qū)豐富的日照資源、光熱資源和煤炭資源，并圍繞本地特色資源進行相應(yīng)的光催化、熱催化和碳基功能材料方面的研究，激發(fā)學生探索科研的興趣。通過該課程的鍛煉，提升學生創(chuàng)新意識和科研主動性，讓學生認識到科學研究對環(huán)境和人類發(fā)展的促進作用。

最后，圍繞催化化學課程的光催化教學部分主要內(nèi)容，在講授了光催化領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)知識后，結(jié)合新疆地區(qū)豐富的太陽能資源，學生提出該領(lǐng)域需要解決的關(guān)鍵科學問題，總結(jié)目前已報道的研究現(xiàn)狀，提出自己的觀點和對該領(lǐng)域的認識，以PPT形式做研討報告。將班級同學小組，5～8人一組，每個研討小組找出一個主題進行研討，老師對研討進行點評和總結(jié)。以新疆大學2022級碩士研究生的催化化學課程授課為例，班級分組提交的研討報告如表2所示。從表中看出，學生均參與到研究主題當中，從研究背景到應(yīng)用前景均有思考和總結(jié)。通過學生研討反思可以看出，學生已將所學的光催化領(lǐng)域知識與國家“雙碳”戰(zhàn)略目標緊密結(jié)合，并且能充分意識到利用本地豐富的太陽能資源和煤炭資源進行相關(guān)科學研究。通過師生協(xié)同配合，發(fā)揮個性化的教學優(yōu)勢，采取分組研討后匯報的形式，并要求每份報告中附每位學生的貢獻比例，提高學生對研討內(nèi)容的參與度，調(diào)動學生對科學研究的積極性。

表2 小組研討報告

通過該階段的理論學習和研討，不僅能夠提高學生對于新疆本地煤炭資源利用率的認識，而且達到根據(jù)國家戰(zhàn)略方針培養(yǎng)基礎(chǔ)研究人員的目的，這種新型的教學研討方式能夠培養(yǎng)“雙碳”戰(zhàn)略下的高素質(zhì)專業(yè)科研人才和隊伍，使碩士研究生構(gòu)建完整的催化化學專業(yè)知識觀。同時通過該課程的改進教學，能夠進一步使研究生厘清專業(yè)能力和社會環(huán)境綠色低碳發(fā)展的相互關(guān)系，為國家進步和發(fā)展做貢獻。通過該課程的改進教學，進而能夠?qū)崿F(xiàn)碩士研究生的創(chuàng)新培養(yǎng)和主動學習意識。

3 結(jié)語

將地方特色資源融入碩士研究生課程催化化學的授課過程中對于碩士研究生的科研選題有較大促進作用。通過在光催化部分內(nèi)容講授和研討中增加國家“雙碳”戰(zhàn)略目標和本地特色太陽能、煤炭資源的內(nèi)容，激發(fā)學生的興趣；將學生的研究課題與國家策略以及新疆本地豐富的太陽能、煤炭資源結(jié)合，提升學生對科學研究的認識；以分組研討后形成總結(jié)報告的形式改變傳統(tǒng)講授課程的方式，充分調(diào)動學生積極性；通過科研反哺教學，培養(yǎng)學生科研素養(yǎng)和科學思維，通過該課程的鍛煉，提升學生創(chuàng)新意識和科研主動性，讓學生認識到科學研究對環(huán)境和人類發(fā)展的促進作用。進而培養(yǎng)出“雙碳”戰(zhàn)略下的高素質(zhì)專業(yè)人才，構(gòu)建完整專業(yè)知識觀，提升學生綜合素質(zhì)。