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探討交叉學(xué)科的新型催化材料課程建設的改革與實(shí)踐論文
學(xué)科建設是一項綜合性極強的系統工程，化學(xué)工程與材料學(xué)科的交叉融合導致交叉學(xué)科——“材料化學(xué)工程”的誕生。它是以化學(xué)工程為基礎和手段，面向材料制備及應用的一個(gè)新興學(xué)科。因此，在交叉學(xué)科“材料化學(xué)工程”二級學(xué)科的課程建設中，如何體現交叉學(xué)科的人才培養特色，是當前深化“交叉學(xué)科—材料化學(xué)工程”研究生培養模式改革需要回答和解決的問(wèn)題�！靶滦痛呋牧稀笔遣牧匣瘜W(xué)工程二級學(xué)科碩士點(diǎn)的研究生的主干課程，但由于交叉學(xué)科的學(xué)科滲透性和交叉性，新型催化材料在教學(xué)內容和教學(xué)方法上，應該不同于傳統化工學(xué)科或者材料學(xué)科的中對課程教學(xué)內容和教學(xué)方法的要求。因此，要求我們必須對現有的教學(xué)內容進(jìn)行改革，打破傳統的教學(xué)方式，鼓勵和實(shí)現在教學(xué)內容和方法上的創(chuàng )新。
1 課程建設目標定位與教學(xué)的內容構建
本課程建設目標定位：建立交叉學(xué)科背景下的新型催化材料的教學(xué)體系，培養學(xué)生的基礎理論知識，動(dòng)手能力、科研素質(zhì)、創(chuàng )新意識，最關(guān)鍵的是了解解決化工過(guò)程所出現問(wèn)題所需要的方法和工藝，能有針對性的解決一些實(shí)際問(wèn)題。強化學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題能力的培養，最終培養有創(chuàng )新能力和實(shí)踐能力的高層次創(chuàng )新性應用型人才。
本課程教學(xué)內容的構建：
1）教改、科研成果及學(xué)科前沿知識融入課程，擴充、激活教學(xué)內容。在理論教學(xué)方面，我們將教改、科研成果及學(xué)科前沿和現代化工企業(yè)的技術(shù)需求信息有機地融入教學(xué)中，對原教學(xué)內容不斷的補充、更新，向學(xué)生傳授更多、更新、更先進(jìn)的知識，激發(fā)學(xué)生的興趣。將科研成果充實(shí)到新增的分子篩催化材料章節，將XRD、BET、FT—IR等表征分析納入催化劑的表征等章節；課堂教學(xué)中，將催化劑的制備與合成方法的成果介紹給學(xué)生；將教改成果“交叉學(xué)科“材料化工”學(xué)術(shù)碩士人才培養模式改革研究與實(shí)踐”應用到課堂中，讓學(xué)生在催化劑的制備，性能評價(jià)，反應，機理分析等方面掌握材料和化工的交叉性和滲透性，同時(shí)可以了解大量書(shū)本上沒(méi)有的國內外最新催化材料的合成及進(jìn)展。在期末教學(xué)效果調研中，學(xué)生反映：教學(xué)內容充實(shí)，信息量大，視野開(kāi)闊；并且原基本概念、合成方法不再枯燥，提高了學(xué)習興趣，對科研、探索新知識的渴望意識增強了。
2）強調“三基本”，反映最新的先進(jìn)技術(shù)。在教學(xué)內容的設計上，結合實(shí)際提出基本概念，介紹它的內涵，引出它的外延，再從基本方法入手推導基本理論，構建了終身學(xué)習所需的基礎知識系統。同時(shí)，我們及時(shí)地向學(xué)生介紹有關(guān)催化材料研究的最新成果及動(dòng)態(tài)，如在新型分子篩催化材料等章節，通過(guò)網(wǎng)上、科技期刊等各種渠道獲得最新分子篩材料合成新技術(shù)和新應用領(lǐng)域等信息。在選用的新教材，增加了現代大型分析設備對催化材料的表征，揭示催化材料的結構和性能的關(guān)系。通過(guò)課堂教學(xué)，實(shí)驗室演示操作、互動(dòng)式交流研討、科技論文寫(xiě)作等方面展示先進(jìn)的教學(xué)內容，大大提高了學(xué)生學(xué)習的積極性和對交叉學(xué)科材料化學(xué)工程的興趣，學(xué)習質(zhì)量有很大提高。
3）科學(xué)將經(jīng)典與現代內容有機結合。在講好經(jīng)典的基礎上，引申現代技術(shù)。如在學(xué)習了金屬催化材料的合成與應用的基礎上，介紹超聲波、等離子體和微波技術(shù)等對金屬催化劑合成的影響等，擴大了學(xué)生的知識面，了解到現代物理技術(shù)對催化新材料合成的影響等的高水平技術(shù)，有利于提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)。
2 課程建設的主要教學(xué)方法和教學(xué)手段
2。1 采用“循環(huán)式”教學(xué)模式，加強理論與工程實(shí)際的聯(lián)系
對于一些典型的過(guò)程，采用“循環(huán)式”教學(xué)模式，即首先通過(guò)典型催化案例提出問(wèn)題，引出基本概念，在對過(guò)程描述和計算分析后，再來(lái)解決原工程問(wèn)題，突出了本課程的工程性。如針對現在研究較熱的汽車(chē)尾氣和燃煤電廠(chǎng)的脫硝催化劑，明確在相同的原理和不同的反應條件下，兩種催化劑結構的差異，提出催化劑設計的問(wèn)題，引出浸漬法（溶膠凝膠法等）制備多元催化劑的概念，進(jìn)而通過(guò)對脫硝反應條件的分析和計算，尋求催化劑設計過(guò)程的主控因素，進(jìn)而分析不同助劑與活性組分和載體之間的作用力，優(yōu)化催化劑的合成路線(xiàn)，再來(lái)解決工程實(shí)際過(guò)程中催化劑的構效關(guān)系問(wèn)題，既突出了工程性，又闡釋了課程所講解的理論原理。本法所選擇的案例均來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)際，學(xué)生帶著(zhù)這樣的問(wèn)題去聽(tīng)課，可激發(fā)他們的求知欲。
2。2 運用啟發(fā)、討論、互動(dòng)式的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習積極性
我們在教學(xué)中采用教師講授和啟發(fā)式、討論式、互動(dòng)式等教學(xué)方法，體現教師的主導作用與學(xué)生的主體作用。如在講授催化劑失活時(shí)，啟發(fā)學(xué)生列舉化工廠(chǎng)中的催化反應中催化劑失活的實(shí)例；講授催化劑的床層壓降時(shí)，引導學(xué)生分析進(jìn)口端與出口端的壓力變化位置。又如在上討論課時(shí)，首先選擇有啟發(fā)性、思考性且有一定工程意義的題目，提前發(fā)給學(xué)生讓學(xué)生思考，鼓勵學(xué)生上網(wǎng)查閱相關(guān)資料。老師也預先準備一些問(wèn)題，課堂上設問(wèn)、引導。由于有了一定的準備，課堂上師生討論熱烈，學(xué)生一直處于積極主動(dòng)的學(xué)習狀態(tài)，廣開(kāi)思路，興趣盎然，通過(guò)討論，最后提煉出本題的工程觀(guān)點(diǎn)。
2。3 采用對比式教學(xué)法，提高學(xué)習效果和培養學(xué)生創(chuàng )新意識
催化材料的雜原子進(jìn)入載體骨架具有相似性，講授中采用對比法，引導學(xué)生用已掌握的知識去理解新內容，這一方面使學(xué)生易于理解新內容，起到事半功倍的作用，還能引導學(xué)生提出解決問(wèn)題的新方法、新思想，從而培養他們的創(chuàng )新意識。如在講解過(guò)量浸漬法、等體積浸漬法和重復浸漬法時(shí)，指出相同點(diǎn)在于活性組分浸漬于載體表面，但方法的差異會(huì )導致活性組分在載體表面的分布的均勻性的差異，在此基礎上進(jìn)一步引導學(xué)生思考：分子篩催化劑的特征表征，為什么用XRD和BET的表征會(huì )不一樣的給出結構，在XRD中有介孔特征的，為什么在BET中的滯后環(huán)較大呢？分析二者的異同點(diǎn)，在給學(xué)生介紹新型表征的基礎上，提出諸如：此時(shí)此材料的性能評價(jià)該如何表示，催化材料的構效關(guān)系如何分析，催化劑有哪些優(yōu)缺點(diǎn)等問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生思考。
2。4 理論課與實(shí)踐課相結合與滲透，培養學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力
針對本課程工程性的特點(diǎn)，教學(xué)中始終堅持理論與實(shí)踐的統一，二者相互促進(jìn)。由于課程沒(méi)有配套的實(shí)驗課時(shí)，但研究生自有研究室和研究課題，因此安排研究生在研究室內結合自己的科研課題開(kāi)展相應的實(shí)驗操作，做到理論課與實(shí)驗課緊密銜接，實(shí)驗內容與教學(xué)內容互相滲透與加深，另一方面采用分層次教學(xué)，即采用驗證型、設計型及綜合型三層次教學(xué)，尤其是一些綜合開(kāi)發(fā)實(shí)驗，不僅延伸了教學(xué)內容，而且對理論知識進(jìn)行綜合應用。
3 結論
交叉學(xué)科中課程建設研究可以打破學(xué)科間的壁壘，加強各學(xué)科間的融合與滲透，同時(shí)也優(yōu)化了所培養人才的知識結構和能力結構，從而有利于創(chuàng )新型人才的培養。結合材料科學(xué)與工程和化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科交叉發(fā)展的要求，貫徹教學(xué)與科研相互促進(jìn)、特色鮮明、求實(shí)創(chuàng )新、交叉與融合、集成與帶動(dòng)的發(fā)展原則，以教學(xué)內容、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革為重點(diǎn)，構建合理的、新穎的、立體化的課程內容體系，從教學(xué)內容、教學(xué)條件、教學(xué)手段、教學(xué)方法改革等方面進(jìn)行探索與實(shí)踐，強化研究生的工程思維和創(chuàng )新意識，培養研究生解決實(shí)際問(wèn)題的能力和科學(xué)研究的能力。這不僅是順應社會(huì )發(fā)展的需要，更是促進(jìn)研究生教育課程體系建設的重要舉措。
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