应用型本科院校视角下“环境催化”课程教学改革探索与思考

万 杰，肖 艺，吴功德,3

（1.南京工程学院能源研究院，江苏 南京 211167；2.南京工程学院人事处，江苏 南京 211167；3.南京工程学院环境工程学院，江苏 南京 211167)

引言

当今世界，环境污染问题日益突出，催化技术在环境保护中显示出越来越强大的作用。党的十九大指出“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计”，随着我国生态文明建设进入关键期与攻坚期，加快发展环境催化技术研究与应用的重要性与必要性也不断凸显。

“环境催化”是环境工程专业本科教学的核心课程之一，具有理论实践结合紧密、多学科交叉程度高、工程应用性强等学科特征。在教学过程中，笔者发现“环境催化”在教学上面临“课时有限、内容丰富、学科综合性强、知识点分散”的挑战[1]，传统教学模式难以取得令人满意的教学成果。因此，如何针对性开展教学改革，突出课程学科交叉特征，培养学生创新与实践能力，实现专业知识和课程思政教育有机结合，已成为“环境催化”教学改革中的重要内容之一。

本文在分析国内高等院校相似课程设计与教学经验的基础上，从应用型本科高校环境工程专业建设视角，结合笔者及教学团队多年“环境催化”课程教学实践的经验总结，以提高课程教学质量、服务人才培养要求为研究目标，从该课程教学内容的梳理与优化，课程教学模式的改革和探索，课程思政元素的提炼与融入三个方面进行分析。

1 注重课程内容的梳理与优化

“环境催化”的课程内容，通常应以催化原理为起点，让学生熟悉催化过程的化学规律，掌握不同类型催化剂设计、制备、表征等研究的基本理论和技术。在此基础上以生产生活中所涉及的重要环境污染问题为主要研究对象，系统论述环境催化技术的概念、特点、研究方法，具体介绍环境催化技术在不同领域污染控制治理方面的应用成果，培养其分析、解决问题能力，为学生未来从事环保工业生产或科学研究打下坚实的理论基础。由于学科交叉性强、催化过程种类繁杂、表征手段多样、学科前沿发展进步速度快，在有限的学时内如何高效地组织、设计、呈现丰富的教学内容，成为“环境催化”课程教学面临的挑战。笔者梳理了国内部分高等院校“环境催化”及相似课程的教材章节设置（见表1），可以看出该课程主要的教学内容已形成较为普遍的共识，主要包括了绪论、催化基础、大气污染、室内空气、挥发性有机物、水污染等，章节结构编排上也比较相近。但是也存在一定的问题：第一，目前主流教材的内容如全部展开授课，通需要60~80 个完整学时[2]，无法满足“环境催化”作为专业基础课32 个学时左右的授课时间要求，必须结合院校人才培养目标和专业特色进行相应的取舍。第二，环境热点问题、新技术、新方法、新应用等内容，往往难以及时更新，例如CO2催化转化在早期教材中往往作为新技术讲授，但随着“碳达峰碳中和”目标的提出已成为研究热点。第三，对于应用型本科高校学生，往往缺乏对于催化化学的系统学习，因此在授课时通常需要安排较多学时详细讲授催化基础知识，压缩了后续具体章节学时。

表1 国内部分高等院校“环境催化”及相似课程的教材章节设置

针对上述问题，笔者提出“环境催化”课程教学，首先应注重课程内容的梳理与整合，将课程知识架构按催化化学基础原理、环境催化共性关键技术和重大环境污染问题、环境催化细分方向和新兴领域分解为基础单元、核心单元和选修单元，结合所在院校办学定位、人才培养方案、学科专业特色、毕业生就业能力要求，并综合考虑服务地方经济社会发展的长远目标，合理安排各单元学时和重点，优化教学内容，力求做到基于教材但又高于教材。笔者及教学团队在本课程教学实践中，遵循上述原则，针对所在学院学生特点，删去了催化过程内外扩散、反应动力学等复杂内容，强化了催化原理、催化剂制备和表征等内容，突出了核心知识，节省了学时，提高了课堂效率。

2 注重课程教学模式的改革与创新

传统的课堂教学以“讲授型”为主，面对“环境催化”繁杂的知识点，一味地“老师讲、学生听”往往会导致学生出现“不懂不听”的现象，严重影响课堂教学质量[3]。因此，笔者认为，在“环境催化”课程的教学实践中，应当注重教学模式的改革与创新，以学生为主体，灵活运用多种教学手段，激发学生学习兴趣，提高其主动参与程度和自主探究学习的能力。笔者及教学团队在课堂教学中，采取效果较好的方式有：

一是结合时事热点设计章节教学导入。例如在讲授“机动车尾气三效催化技术”章节时，并不直接讲授三效催化剂的相关知识，而是采用案例分析的形式设计章节导入，通过介绍“车市价格暴跌和钯金价格疯涨”这两个看似风马牛不相及的“怪现象”，引导学生思考这样反常经济现象的出现与机动车尾气排放法规的升级、尾气催化净化材料发展有关，进而引出机动车尾气净化和三效催化剂。在讲授“燃煤电厂烟气排放催化净化”，引导学生阅读热门科幻作家刘慈欣的《地火》小说，引导学生认识人们关于煤炭清洁利用的向往，再引入烟气催化净化的知识点。通过引人入胜的教学导入，快速调动学生的情绪和注意力，从而有效地激发学生的学习兴趣，进而提高课堂教学质量。

二是做好科研与教学相结合。将授课教授自身或团队的科研成果引入课堂，将课程知识点和科研内容相结合，既引导学生体会如何运用所学的环境催化理论去分析解决实际的科研问题，又能引导学生树立正确的价值观、熟悉科学研究的基本范式与方法论[4]。以笔者团队执教的“环境催化”课程为例，在讲授空气过滤技术时介绍斯坦福大学崔屹团队的“梯度静电场”高透气性过滤材料及其在新冠疫情防护口罩中的快速产业化应用。在讲授室温净化材料时，介绍笔者所在团队多年以来在水滑石-固体碱材料用于甲醛室温氧化领域的科研成果。针对性筛选若干环境催化领域的经典或前沿文献，以课后作业形式要求学生完成文献阅读和总结，这些措施都获得了学生的普遍好评。

三是运用工程案例或视频辅助教学。培养学生的工程实践能力是应用型本科院校人才培养的重点之一。将环保行业典型的工程应用案例引入课堂，开展理论与实践结合教学，可以强化学生对于所学知识的理解和应用，理解具体工程问题背后的科学原理，同时打消学生“学习无用、知识无用”的错误观念。还是以笔者所在教学团队为例，讲授SCR催化剂时，通过展示催化剂成品、播放蜂窝式SCR 催化剂制造过程视频，使学生获得直观的学习体验。讲授挥发性有机物污染时，分析所在地区某企业热处理车间污染物分析与处理的工程实例，并组织学生赴企业参观实践、实地采样检测，充分发挥好“第二课堂”的作用，起到了良好的教学效果。

3 注重课程思政元素的提炼与融入

环境工程专业的学生肩负守护美丽中国绿水青山的重任，需要有高度的专业使命感和责任感。深入挖掘和提炼环境工程专业建设中的课程思政元素，将课程思政教育有机地融入专业课程教学过程中，是深刻理解新时代生态文明建设思想内涵的必然要求，也是贯彻落实“两个培养”光荣使命的重要环节[5]。笔者认为，“环境催化”课程包含了大气、土壤、水、固废等多类型环境要素，涉及钢铁、火电、交通、建筑等各行各业，知识覆盖面广，学科交叉性强，蕴含着非常丰富的思政教育元素[6]。教师应当提高对于“环境催化”课程的认识和站位，从贯彻新时代生态文明建设思想、培养可持续发展世界观的高度出发，挖掘契合课程专业知识主题的思政教育元素，采用案例讨论、信息化教学、翻转课堂、参观实践等灵活多样的方式，实现理想信念、爱国情怀、科学精神、人文素养、专业责任、社会公德等多层次、多元素思政与课程专业知识教学的有机融合，培养学生作为“环保人”的爱国专业情怀，力求达到“授业传道，润物而无声”的效果。

在课程思政教育方面，笔者及教学团队也进了相应的尝试。例如在讲授机动车尾气排放时，介绍我国从欧盟排放法规“跟随者”变为国VI 阶段“领跑者”，彰显了我国科技进步与国际话语权提升。在讲授SCR 催化剂时，介绍我国面对国际巨头的专利封锁，发挥稀土资源优势，自主创新研发稀土基尾气净化材料，打破国外技术垄断，实现关键材料、技术和装备的自主化。在讲授电厂烟气净化时，介绍我国开展“清洁电力行动”所取得的巨大成效以及国际学界对此的高度评价。这些课程思政元素的提炼，紧贴章节知识点，通过教学设计自然融入课堂教学过程中，极大地吸引了学生的学习兴趣，激发了其作为环境工程专业学生的自豪感和使命感，在教授专业知识的同时，帮助学生树立正确的生态环境观，养成质疑思辨的科学精神，引导学生厚植爱国主义情怀、坚定“四个自信”，同样收获了学生在教学评价中的点赞。