探讨交叉学科的新型催化材料课程建设的改革与实践

　　学科建设是一项综合性极强的系统工程，化学工程与材料学科的交叉融合导致交叉学科材料化学工程的诞生。它是以化学工程为基础和手段，面向材料制备及应用的一个新兴学科。因此，在交叉学科材料化学工程二级学科的课程建设中，如何体现交叉学科的人才培养特色，是当前深化交叉学科-材料化学工程研究生培养模式改革需要回答和解决的问题。新型催化材料是材料化学工程二级学科硕士点的研究生的主干课程，但由于交叉学科的学科渗透性和交叉性，新型催化材料在教学内容和教学方法上，应该不同于传统化工学科或者材料学科的中对课程教学内容和教学方法的要求。因此，要求我们必须对现有的教学内容进行改革，打破传统的教学方式，鼓励和实现在教学内容和方法上的创新。
　　1 课程建设目标定位与教学的内容构建
　　本课程建设目标定位：建立交叉学科背景下的新型催化材料的教学体系，培养学生的基础理论知识，动手能力、科研素质、创新意识，最关键的是了解解决化工过程所出现问题所需要的方法和工艺，能有针对性的解决一些实际问题。强化学生解决工程实际问题能力的培养，最终培养有创新能力和实践能力的高层次创新性应用型人才。
　　本课程教学内容的构建：1)教改、科研成果及学科前沿知识融入课程，扩充、激活教学内容。在理论教学方面，我们将教改、科研成果及学科前沿和现代化工企业的技术需求信息有机地融入教学中，对原教学内容不断的补充、更新，向学生传授更多、更新、更先进的知识，激发学生的兴趣。将科研成果充实到新增的分子筛催化材料章节，将XRD、BET、FT-IR等表征分析纳入催化剂的表征等章节;课堂教学中，将催化剂的制备与合成方法的成果介绍给学生;将教改成果交叉学科材料化工学术硕士人才培养模式改革研究与实践应用到课堂中，让学生在催化剂的制备，性能评价，反应，机理分析等方面掌握材料和化工的交叉性和渗透性，同时可以了解大量书本上没有的国内外最新催化材料的合成及进展。在期末教学效果调研中，学生反映：教学内容充实，信息量大，视野开阔;并且原基本概念、合成方法不再枯燥，提高了学习兴趣，对科研、探索新知识的渴望意识增强了。2)强调三基本，反映最新的先进技术。在教学内容的设计上，结合实际提出基本概念，介绍它的内涵，引出它的外延，再从基本方法入手推导基本理论，构建了终身学习所需的基础知识系统。同时，我们及时地向学生介绍有关催化材料研究的最新成果及动态，如在新型分子筛催化材料等章节，通过网上、科技期刊等各种渠道获得最新分子筛材料合成新技术和新应用领域等信息。在选用的新教材，增加了现代大型分析设备对催化材料的表征，揭示催化材料的结构和性能的关系。通过课堂教学，实验室演示操作、互动式交流研讨、科技论文写作等方面展示先进的教学内容，大大提高了学生学习的积极性和对交叉学科材料化学工程的兴趣，学习质量有很大提高。3)科学将经典与现代内容有机结合。在讲好经典的基础上，引申现代技术。如在学习了金属催化材料的合成与应用的基础上，介绍超声波、等离子体和微波技术等对金属催化剂合成的影响等，扩大了学生的知识面，了解到现代物理技术对催化新材料合成的影响等的高水平技术，有利于提高学生的专业素质。
　　2 课程建设的主要教学方法和教学手段
　　2.1 采用循环式教学模式，加强理论与工程实际的联系
　　对于一些典型的过程，采用循环式教学模式，即首先通过典型催化案例提出问题，引出基本概念，在对过程描述和计算分析后，再来解决原工程问题，突出了本课程的工程性。如针对现在研究较热的汽车尾气和燃煤电厂的脱硝催化剂，明确在相同的原理和不同的反应条件下，两种催化剂结构的差异，提出催化剂设计的问题，引出浸渍法(溶胶凝胶法等)制备多元催化剂的概念，进而通过对脱硝反应条件的分析和计算，寻求催化剂设计过程的主控因素，进而分析不同助剂与活性组分和载体之间的作用力，优化催化剂的合成路线，再来解决工程实际过程中催化剂的构效关系问题，既突出了工程性，又阐释了课程所讲解的理论原理。本法所选择的案例均来源于生产实际，学生带着这样的问题去听课，可激发他们的求知欲。
　　2.2 运用启发、讨论、互动式的教学方法，激发学生的学习积极性
　　我们在教学中采用教师讲授和启发式、讨论式、互动式等教学方法，体现教师的主导作用与学生的主体作用。如在讲授催化剂失活时，启发学生列举化工厂中的催化反应中催化剂失活的实例;讲授催化剂的床层压降时，引导学生分析进口端与出口端的压力变化位置。又如在上讨论课时，首先选择有启发性、思考性且有一定工程意义的题目，提前发给学生让学生思考，鼓励学生上网查阅相关资料。老师也预先准备一些问题，课堂上设问、引导。由于有了一定的准备，课堂上师生讨论热烈，学生一直处于积极主动的学习状态，广开思路，兴趣盎然，通过讨论，最后提炼出本题的工程观点。
　　2.3 采用对比式教学法，提高学习效果和培养学生创新意识
　　催化材料的杂原子进入载体骨架具有相似性，讲授中采用对比法，引导学生用已掌握的知识去理解新内容，这一方面使学生易于理解新内容，起到事半功倍的作用，还能引导学生提出解决问题的新方法、新思想，从而培养他们的创新意识。如在讲解过量浸渍法、等体积浸渍法和重复浸渍法时，指出相同点在于活性组分浸渍于载体表面，但方法的差异会导致活性组分在载体表面的分布的均匀性的差异，在此基础上进一步引导学生思考：分子筛催化剂的特征表征，为什么用XRD和BET的表征会不一样的给出结构，在XRD中有介孔特征的，为什么在BET中的滞后环较大呢?分析二者的异同点，在给学生介绍新型表征的基础上，提出诸如：此时此材料的性能评价该如何表示，催化材料的构效关系如何分析，催化剂有哪些优缺点等问题，启发学生思考。
　　2.4 理论课与实践课相结合与渗透，培养学生解决实际问题的综合能力
　　针对本课程工程性的特点，教学中始终坚持理论与实践的统一，二者相互促进。由于课程没有配套的实验课时，但研究生自有研究室和研究课题，因此安排研究生在研究室内结合自己的科研课题开展相应的实验操作，做到理论课与实验课紧密衔接，实验内容与教学内容互相渗透与加深，另一方面采用分层次教学，即采用验证型、设计型及综合型三层次教学，尤其是一些综合开发实验，不仅延伸了教学内容，而且对理论知识进行综合应用。
　　3 结论
　　交叉学科中课程建设研究可以打破学科间的壁垒，加强各学科间的融合与渗透，同时也优化了所培养人才的知识结构和能力结构，从而有利于创新型人才的培养。结合材料科学与工程和化学工程与技术学科交叉发展的要求，贯彻教学与科研相互促进、特色鲜明、求实创新、交叉与融合、集成与带动的发展原则，以教学内容、教学方法和教学手段的改革为重点，构建合理的、新颖的、立体化的课程内容体系，从教学内容、教学条件、教学手段、教学方法改革等方面进行探索与实践，强化研究生的工程思维和创新意识，培养研究生解决实际问题的能力和科学研究的能力。这不仅是顺应社会发展的需要，更是促进研究生教育课程体系建设的重要举措。