科研思維在《工業催化》教學中的重要性

蔡喆

（武漢工程大學郵電與信息工程學院，湖北 武漢 430073）

隨著現代科學的發展，催化在化工中的地位日益增加，催化作用理論、催化反應機理、催化材料的制備、催化劑材料結構與效能的影響等，都在不斷發展和改變，相應催化領域科研及研究方法也在不斷改變。在這個發展基礎上，《工業催化》理論課程也不能獨善其身。邢闖等運用項目與案例式教學法在《工業催化》課程教學中進行運用，使學生掌握先進研究方法與技能，達到培育人才的目的。呂芳[2]等將研究性教學在高職《工業催化劑》課程中進行應用，認為研究性教學作為一種教學觀念或者教學模式在培養大學生創新精神和提高大學生綜合素質方面起著至關重要的作用。張永明等整合了教學與科研資源，構建了工業催化實驗教學體系，證明了科研資源與教學資源整合是解決教學資源匱乏的有效途徑。為了使學生系統地掌握工業催化基本理論知識，熟悉工業催化技術的基本要求和特征，教師應該加大教學信息量、更新教育理念、改革教學方法和思路，將現代最新科研成果以不同的方式融入工業催化的教學中。本文根據自身教學體會，介紹了幾種將科研思維融入《工業催化》教學的方式，將本人近幾年的教學工作體會總結，初步探討科研思維在本科教學中的重要性。

一、將自己的科研方向或科研成果融入相應的章節，啟發學生思考該類催化反應未來的發展模式

隨著科學及技術的進步，催化劑的發展速度也相應地增加。為了讓學生盡早地建立科研思維，教師應該將最新的科研成果融入相應的章節中，讓學生在學習理論知識的同時，掌握最新科研動態，拓展思路。

《煤炭深加工產業升級示范規劃（2016-2020年）》明確提出了“十三五”期間現代煤化工的重點任務，要求重點開展煤制油、煤制天然氣、低階煤分質利用（多聯產）、煤制化學品、煤炭和石油綜合利用等5類模式和通用技術裝備的升級示范[4]。本人長期從事碳一化工的催化過程研究，致力于煤制油催化劑研究工作，在武漢工程大學攻讀博士期間，在該領域取得了一系列的研究成果。2020年，是“圣杯之戰”年，催化轉化甲烷制甲醇的研究最為活躍，通過光催化、等離子體催化、超臨界水催化等方法均有大量報道。如能將“圣杯反應”進行突破，能源結構發生變化也有可能。

因此，將這些知識不斷地融入教學中，不僅可以啟發學生對于能源及催化的思考，也能為將來學生讀研讀博打下堅實的基礎。

二、采用比較教學法，將最新研究成果融入理論知識中，使學生理解并掌握這些催化反應的特點及其在實際工業生產中的技術方式

在教學中，運用比較法可使復雜的知識內容變得條理清晰、重點突出，易于學生理解和掌握。催化的發展經歷了幾百年的歷史，每種催化劑都有各自的發展路線，不光是一代、二代，成分、結構、效能變化。教科書上給出的通常都是第一代甚至更早的用于工業生產及理論研究的催化劑，在講述相關催化劑時，通過對比教科書上的催化劑與最新的研究成果，發現催化發展歷史中人們的智慧及新型催化劑的優勢，幫助學生理解相關催化反應及對應的催化劑，更深刻地掌握此類催化劑的催化原理。

將作用完全相反的催化劑成分進行比較，可形成鮮明對照，便于學生理解和掌握，如比較貴金屬與硫對金屬催化劑的作用，貴金屬能促進金屬催化劑中金屬活性部位的還原，提高催化性能；而硫會使金屬活性部位中毒，降低催化性能。對同章節同類催化劑進行橫向比較，歸納出異同點，既有利于學生掌握各種催化劑的特點，又有助于他們記憶，如酸催化劑中的硅鋁分子篩和氧化鋁的比較，硅鋁分子篩是B酸催化劑，而氧化鋁是L酸催化劑，兩者進行的催化反應，活性位不同，催化的機理也截然不同。

三、實驗課與理論課相結合，在理論課中融入相關科研思維，后在實驗課中啟發學生自己設計催化劑，為將來催化科研的發展奠定基礎

化學工程專業的一大特點是實踐性強，對大多數化工課程而言，合理減少課堂講授，增加實踐教學內容，是課程整合的目標之一。催化課程以理論為主，實驗也是其重要組成部分，實驗可與理論教學并行的，內容包括驗證性實驗、研究性實驗、綜合性實驗等。可在教學改過過程中減少演示性和驗證性實驗，增加研究性和綜合性實驗的比例。除此之外，平時多開放實驗室，讓學生多動手。教師在課堂上講授相關實驗的基本理論、操作原則及實驗設計的基本要求，學生在課后自行設計較完整的實驗方案，并在開放實驗室進行預實驗，根據預實驗結果完善自己的設計方案。例如，理論課最后一章，催化劑的設計與使用，可將最新最熱的催化劑設計理念融入教學中，讓學生理解掌握最新催化材料信息，之后在實驗中進行催化劑設計探索實驗，為今后的科研工作打好堅實基礎。

四、結束語

高校化學與化工科研的發展是我國科學發展的重要組成部分，化工理論課程教學不僅關系到將來走向化工崗位學生的質量，而且對世界化工的發展有重要的影響。隨著催化事業的不斷發展，相信更多的催化反應會得到更好的理解，將最新催化科研成果融入工業催化教學課程中，對于學生的知識體系結構及科研思維的培養都至關重要。因此，在實際教學中，教師應該采用多種教學模式相結合的方法，將最新的研究成果融入課堂，讓學生在掌握理論知識的同時，掌握最新的研究進展及研究方向，從根本上加強學生對化工及催化事業發展的責任心，與時俱進，提高催化行業的整體研究水平。