應用型本科院校視角下“環境催化”課程教學改革探索與思考

萬 杰，肖 藝，吳功德,3

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

引言

當今世界，環境污染問題日益突出，催化技術在環境保護中顯示出越來越強大的作用。黨的十九大指出“建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計”，隨著我國生態文明建設進入關鍵期與攻堅期，加快發展環境催化技術研究與應用的重要性與必要性也不斷凸顯。

“環境催化”是環境工程專業本科教學的核心課程之一，具有理論實踐結合緊密、多學科交叉程度高、工程應用性強等學科特征。在教學過程中，筆者發現“環境催化”在教學上面臨“課時有限、內容豐富、學科綜合性強、知識點分散”的挑戰[1]，傳統教學模式難以取得令人滿意的教學成果。因此，如何針對性開展教學改革，突出課程學科交叉特征，培養學生創新與實踐能力，實現專業知識和課程思政教育有機結合，已成為“環境催化”教學改革中的重要內容之一。

本文在分析國內高等院校相似課程設計與教學經驗的基礎上，從應用型本科高校環境工程專業建設視角，結合筆者及教學團隊多年“環境催化”課程教學實踐的經驗總結，以提高課程教學質量、服務人才培養要求為研究目標，從該課程教學內容的梳理與優化，課程教學模式的改革和探索，課程思政元素的提煉與融入三個方面進行分析。

1 注重課程內容的梳理與優化

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

表1 國內部分高等院校“環境催化”及相似課程的教材章節設置

針對上述問題，筆者提出“環境催化”課程教學，首先應注重課程內容的梳理與整合，將課程知識架構按催化化學基礎原理、環境催化共性關鍵技術和重大環境污染問題、環境催化細分方向和新興領域分解為基礎單元、核心單元和選修單元，結合所在院校辦學定位、人才培養方案、學科專業特色、畢業生就業能力要求，并綜合考慮服務地方經濟社會發展的長遠目標，合理安排各單元學時和重點，優化教學內容，力求做到基于教材但又高于教材。筆者及教學團隊在本課程教學實踐中，遵循上述原則，針對所在學院學生特點，刪去了催化過程內外擴散、反應動力學等復雜內容，強化了催化原理、催化劑制備和表征等內容，突出了核心知識，節省了學時，提高了課堂效率。

2 注重課程教學模式的改革與創新

傳統的課堂教學以“講授型”為主，面對“環境催化”繁雜的知識點，一味地“老師講、學生聽”往往會導致學生出現“不懂不聽”的現象，嚴重影響課堂教學質量[3]。因此，筆者認為，在“環境催化”課程的教學實踐中，應當注重教學模式的改革與創新，以學生為主體，靈活運用多種教學手段，激發學生學習興趣，提高其主動參與程度和自主探究學習的能力。筆者及教學團隊在課堂教學中，采取效果較好的方式有：

一是結合時事熱點設計章節教學導入。例如在講授“機動車尾氣三效催化技術”章節時，并不直接講授三效催化劑的相關知識，而是采用案例分析的形式設計章節導入，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“怪現象”，引導學生思考這樣反常經濟現象的出現與機動車尾氣排放法規的升級、尾氣催化凈化材料發展有關，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”，引導學生閱讀熱門科幻作家劉慈欣的《地火》小說，引導學生認識人們關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導入，快速調動學生的情緒和注意力，從而有效地激發學生的學習興趣，進而提高課堂教學質量。

二是做好科研與教學相結合。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容相結合，既引導學生體會如何運用所學的環境催化理論去分析解決實際的科研問題，又能引導學生樹立正確的價值觀、熟悉科學研究的基本范式與方法論[4]。以筆者團隊執教的“環境催化”課程為例，在講授空氣過濾技術時介紹斯坦福大學崔屹團隊的“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業化應用。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域的科研成果。針對性篩選若干環境催化領域的經典或前沿文獻，以課后作業形式要求學生完成文獻閱讀和總結，這些措施都獲得了學生的普遍好評。

三是運用工程案例或視頻輔助教學。培養學生的工程實踐能力是應用型本科院校人才培養的重點之一。將環保行業典型的工程應用案例引入課堂，開展理論與實踐結合教學，可以強化學生對于所學知識的理解和應用，理解具體工程問題背后的科學原理，同時打消學生“學習無用、知識無用”的錯誤觀念。還是以筆者所在教學團隊為例，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，使學生獲得直觀的學習體驗。講授揮發性有機物污染時，分析所在地區某企業熱處理車間污染物分析與處理的工程實例，并組織學生赴企業參觀實踐、實地采樣檢測，充分發揮好“第二課堂”的作用，起到了良好的教學效果。

3 注重課程思政元素的提煉與融入

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

在課程思政教育方面，筆者及教學團隊也進了相應的嘗試。例如在講授機動車尾氣排放時，介紹我國從歐盟排放法規“跟隨者”變為國VI 階段“領跑者”，彰顯了我國科技進步與國際話語權提升。在講授SCR 催化劑時，介紹我國面對國際巨頭的專利封鎖，發揮稀土資源優勢，自主創新研發稀土基尾氣凈化材料，打破國外技術壟斷，實現關鍵材料、技術和裝備的自主化。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界對此的高度評價。這些課程思政元素的提煉，緊貼章節知識點，通過教學設計自然融入課堂教學過程中，極大地吸引了學生的學習興趣，激發了其作為環境工程專業學生的自豪感和使命感，在教授專業知識的同時，幫助學生樹立正確的生態環境觀，養成質疑思辨的科學精神，引導學生厚植愛國主義情懷、堅定“四個自信”，同樣收獲了學生在教學評價中的點贊。