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探討交叉學(xué)科的新型催化材料課程建設(shè)的改革與實(shí)踐論文
學(xué)科建設(shè)是一項(xiàng)綜合性極強(qiáng)的系統(tǒng)工程，化學(xué)工程與材料學(xué)科的交叉融合導(dǎo)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(chǔ)和手段，面向材料制備及應(yīng)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(jí)學(xué)科的課程建設(shè)中，如何體現(xiàn)交叉學(xué)科的人才培養(yǎng)特色，是當(dāng)前深化“交叉學(xué)科—材料化學(xué)工程”研究生培養(yǎng)模式改革需要回答和解決的問題�！靶滦痛呋牧稀笔遣牧匣瘜W(xué)工程二級(jí)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(nèi)容和教學(xué)方法上，應(yīng)該不同于傳統(tǒng)化工學(xué)科或者材料學(xué)科的中對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的要求。因此，要求我們必須對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，打破傳統(tǒng)的教學(xué)方式，鼓勵(lì)和實(shí)現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容和方法上的創(chuàng)新。
1 課程建設(shè)目標(biāo)定位與教學(xué)的內(nèi)容構(gòu)建
本課程建設(shè)目標(biāo)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(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)，動(dòng)手能力、科研素質(zhì)、創(chuàng)新意識(shí)，最關(guān)鍵的是了解解決化工過程所出現(xiàn)問題所需要的方法和工藝，能有針對(duì)性的解決一些實(shí)際問題。強(qiáng)化學(xué)生解決工程實(shí)際問題能力的培養(yǎng)，最終培養(yǎng)有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的高層次創(chuàng)新性應(yīng)用型人才。
本課程教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建：
1）教改、科研成果及學(xué)科前沿知識(shí)融入課程，擴(kuò)充、激活教學(xué)內(nèi)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(xiàn)代化工企業(yè)的技術(shù)需求信息有機(jī)地融入教學(xué)中，對(duì)原教學(xué)內(nèi)容不斷的補(bǔ)充、更新，向?qū)W生傳授更多、更新、更先進(jìn)的知識(shí)，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(jié)，將XRD、BET、FT—IR等表征分析納入催化劑的表征等章節(jié)；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(yǎng)模式改革研究與實(shí)踐”應(yīng)用到課堂中，讓學(xué)生在催化劑的制備，性能評(píng)價(jià)，反應(yīng)，機(jī)理分析等方面掌握材料和化工的交叉性和滲透性，同時(shí)可以了解大量書本上沒有的國內(nèi)外最新催化材料的合成及進(jìn)展。在期末教學(xué)效果調(diào)研中，學(xué)生反映：教學(xué)內(nèi)容充實(shí)，信息量大，視野開闊；并且原基本概念、合成方法不再枯燥，提高了學(xué)習(xí)興趣，對(duì)科研、探索新知識(shí)的渴望意識(shí)增強(qiáng)了。
2）強(qiáng)調(diào)“三基本”，反映最新的先進(jìn)技術(shù)。在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上，結(jié)合實(shí)際提出基本概念，介紹它的內(nèi)涵，引出它的外延，再從基本方法入手推導(dǎo)基本理論，構(gòu)建了終身學(xué)習(xí)所需的基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)。同時(shí)，我們及時(shí)地向?qū)W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(jié)，通過網(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(yīng)用領(lǐng)域等信息。在選用的新教材，增加了現(xiàn)代大型分析設(shè)備對(duì)催化材料的表征，揭示催化材料的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。通過課堂教學(xué)，實(shí)驗(yàn)室演示操作、互動(dòng)式交流研討、科技論文寫作等方面展示先進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和對(duì)交叉學(xué)科材料化學(xué)工程的興趣，學(xué)習(xí)質(zhì)量有很大提高。
3）科學(xué)將經(jīng)典與現(xiàn)代內(nèi)容有機(jī)結(jié)合。在講好經(jīng)典的基礎(chǔ)上，引申現(xiàn)代技術(shù)。如在學(xué)習(xí)了金屬催化材料的合成與應(yīng)用的基礎(chǔ)上，介紹超聲波、等離子體和微波技術(shù)等對(duì)金屬催化劑合成的影響等，擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面，了解到現(xiàn)代物理技術(shù)對(duì)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)生的專業(yè)素質(zhì)。
2 課程建設(shè)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(qiáng)理論與工程實(shí)際的聯(lián)系
對(duì)于一些典型的過程，采用“循環(huán)式”教學(xué)模式，即首先通過典型催化案例提出問題，引出基本概念，在對(duì)過程描述和計(jì)算分析后，再來解決原工程問題，突出了本課程的工程性。如針對(duì)現(xiàn)在研究較熱的汽車尾氣和燃煤電廠的脫硝催化劑，明確在相同的原理和不同的反應(yīng)條件下，兩種催化劑結(jié)構(gòu)的差異，提出催化劑設(shè)計(jì)的問題，引出浸漬法（溶膠凝膠法等）制備多元催化劑的概念，進(jìn)而通過對(duì)脫硝反應(yīng)條件的分析和計(jì)算，尋求催化劑設(shè)計(jì)過程的主控因素，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，再來解決工程實(shí)際過程中催化劑的構(gòu)效關(guān)系問題，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源于生產(chǎn)實(shí)際，學(xué)生帶著這樣的問題去聽課，可激發(fā)他們的求知欲。
2。2 運(yùn)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(xí)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(xiàn)教師的主導(dǎo)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)生列舉化工廠中的催化反應(yīng)中催化劑失活的實(shí)例；講授催化劑的床層壓降時(shí)，引導(dǎo)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(lì)學(xué)生上網(wǎng)查閱相關(guān)資料。老師也預(yù)先準(zhǔn)備一些問題，課堂上設(shè)問、引導(dǎo)。由于有了一定的準(zhǔn)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(xí)狀態(tài)，廣開思路，興趣盎然，通過討論，最后提煉出本題的工程觀點(diǎn)。
2。3 采用對(duì)比式教學(xué)法，提高學(xué)習(xí)效果和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)
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(duì)比法，引導(dǎo)學(xué)生用已掌握的知識(shí)去理解新內(nèi)容，這一方面使學(xué)生易于理解新內(nèi)容，起到事半功倍的作用，還能引導(dǎo)學(xué)生提出解決問題的新方法、新思想，從而培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)。如在講解過量浸漬法、等體積浸漬法和重復(fù)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(dǎo)致活性組分在載體表面的分布的均勻性的差異，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步引導(dǎo)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(jié)構(gòu)，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(chǔ)上，提出諸如：此時(shí)此材料的性能評(píng)價(jià)該如何表示，催化材料的構(gòu)效關(guān)系如何分析，催化劑有哪些優(yōu)缺點(diǎn)等問題，啟發(fā)學(xué)生思考。
2。4 理論課與實(shí)踐課相結(jié)合與滲透，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力
針對(duì)本課程工程性的特點(diǎn)，教學(xué)中始終堅(jiān)持理論與實(shí)踐的統(tǒng)一，二者相互促進(jìn)。由于課程沒有配套的實(shí)驗(yàn)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(nèi)結(jié)合自己的科研課題開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作，做到理論課與實(shí)驗(yàn)課緊密銜接，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與教學(xué)內(nèi)容互相滲透與加深，另一方面采用分層次教學(xué)，即采用驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型及綜合型三層次教學(xué)，尤其是一些綜合開發(fā)實(shí)驗(yàn)，不僅延伸了教學(xué)內(nèi)容，而且對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用。
3 結(jié)論
交叉學(xué)科中課程建設(shè)研究可以打破學(xué)科間的壁壘，加強(qiáng)各學(xué)科間的融合與滲透，同時(shí)也優(yōu)化了所培養(yǎng)人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)，從而有利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。結(jié)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(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革為重點(diǎn)，構(gòu)建合理的、新穎的、立體化的課程內(nèi)容體系，從教學(xué)內(nèi)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(qiáng)化研究生的工程思維和創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)研究生解決實(shí)際問題的能力和科學(xué)研究的能力。這不僅是順應(yīng)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(shè)的重要舉措。
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