《工业催化》课程教学探索与实践*

张　旭，徐静莉，孙国富

(许昌学院化学化工学院，河南　许昌　461000)



《工业催化》课程教学探索与实践*

张旭，徐静莉，孙国富

(许昌学院化学化工学院，河南许昌461000)

以高校化工专业必修课程《工业催化》为研究对象，针对该课程的特点，以培养具有坚实的开发、研究和应用催化剂能力的高层次工程技术人才为目标，在课程内容、教学模式、多媒体教学、实践教学建设和考核方式等方面进行了一些教学探索和实践，取得了较好的教学效果，学生上课积极性明显提高。学生评教结果表明，学生对该课程授课教师的满意程度也大大提高。

工业催化；教学探索；教学实践

《工业催化》课程是化工类方向学生的必修课程。目前，现代燃料工业和化学工业的生产，80%以上采用催化过程。该课程有较强的应用性，催化理论和化工实践并重，教学目的是使学生系统地掌握工业催化的基本概念、基本原理、基本方法及技巧，了解催化剂设计、测试和表征的一般知识和规律，熟悉催化剂性能的评价方法和技术，为培养化工专业工程师提供坚实的理论基础[1-2]。然而在长期的教学实践中我们发现，由于该课程与多门学科相互交叉、渗透和融合，且大多数学生没有从事催化生产的实践经历。如按照常规的教学方法进行讲解，学生难以把握相关的知识和理论，普遍反映该课程学习难度较大，学习积极性普遍不高。针对上述问题，我们在课程内容、教学模式、多媒体教学、实践教学建设和考核方式等方面进行了一些教学探索和实践。

1　整合更新内容

随着现代化学的发展，催化工艺及技术不断更新。对这些新工艺及新技术的学习，对于学生能否成为高层次工程技术人才，能否胜任将来所从事的催化领域研究工作具有重要的理论指导意义[3]。

为了达到这一目标，将《工业催化》教学内容分为两个阶段进行。第一阶段讲授催化和催化剂的基本定义、特征、催化原理、催化剂的失活和再生及诸多影响因素、催化剂的设计和制备、催化剂的活性评价与表征等。通过这些内容的学习，使学生熟练掌握催化原理和方法，对他们下一步阅读专业文献和从事研究奠定坚实的基础；第二个阶段讲授本学科的新进展。这部分教学为了更加直观，多采用举例方式进行讲解。如我们在讲述催化剂中毒时，就指出中毒现象的本质是微量杂质和催化剂活性中心的某种化学作用，形成没有活性的物种，在气固多相催化反应中形成的是吸附络合物。在合成氨中用的铁系催化剂中，水和氧是毒物；石油化工行业中的催化重整、催化加氢都要使用催化剂(如Pt、Ni等)，而原料油品中往往含有微量硫、氮化合物会使催化剂中毒，给炼化过程带来很大影响，因此在对油品催化前要进行脱硫、脱氮处理。在讲述固体酸催化剂这一部分时，强调分子筛是比液体酸更加环保的一种固体酸催化剂，它具有大的比表面积、规整的孔道结构、优良的吸附性和离子交换性能。不仅可解决均相反应带来的问题，而且无毒、无腐蚀性，可在高温范围内使用。如我们现在的洗衣粉中大都加入了A型分子筛，它起到软化水质和吸附污垢的作用。此外，更新和整合教学内容时应尽量与本校的研究特色和教师的研究方向相一致，着重选择本院教师在研课题中与催化相关的内容进行讲解，部分学生对此产生极大兴趣，主动要求提前进入实验室进行与催化剂制备相关的实验工作，从而增强了学生参与毕业设计和毕业实习环节的主动性。从课堂效果看，与其他偏离本校特色的催化内容相比较，学生对该部分的学习更有兴趣。

2　引入互动教学模式

互动式教学模式，就是通过营造双边互动的教学环境，在教学双方平等交流探讨的过程中，达到不同观点碰撞交融，进而激发教学双方的主动性和探索性[4]。教学过程不仅是教师向学生传授知识的过程，同时也是学生主动探索知识的过程。在实践教学中，教师把学生分为若干组进行讨论分析。如在讲授反应类型中的自由基反应时，教师首先提出一个问题“自由基是不是催化剂？”，引导学生进行思考，一部分学生认为自由基是催化剂，理由是在一些反应中加入自由基，可极大的加快反应速率；另一部分学生持相反意见。最终，从催化剂的特点“反应中不被明显消耗的化学物质”出发对其进行辨别。自由基在反应过程中相互发生碰撞或和其它中间物种结合生成稳定的化合物，也就是在反应中它被消耗掉。因此，自由基不属于催化剂。同理，光、热、电子及磁场等物理因素也不属于催化剂。又如在讲授主催化剂原材料的选择时，提出一个问题：在合成氨反应中，从Fe、Os、Pd金属中选择哪一种作为催化剂最合适? 从而引出从吸附热的数据去推断催化剂活性的概念。化学吸附是固体催化剂表面活化过程，吸附键太弱，不利于旧键的活化，而太强又不利于新键的生成，只有反应气体在催化剂表面上以适中的强度进行化学吸附时，其催化活性才最好。学生在查找气体在金属上吸附数据后进行分析讨论：Fe和Os因能使N2、H2发生离解吸附，它们是有效的合成氨催化剂；Pd对N2能发生物理吸附，却不能发生化学吸附，因此不宜选作合成氨催化剂。通过这种师生间的双向互动交流，加强了学生对所学知识的认识和理解。

3　充分利用多媒体教学

讲解微观抽象的知识时，可以运用图表、实物模型、多媒体等直观手段进行形象化教学。《工业催化》课程较为抽象，初次接触的学生极不适应。采用黑板板书等传统方式讲解催化剂结构、微观组成与其活性间的关系时，学生不易理解，且感觉乏味和枯燥。采用多媒体课件中的图片、动画、录像可有效解决这一问题[5-6]。如在讲解分子筛择形催化时，教师利用多媒体手段制作分子筛吸附反应物的动画。在动画中设计具有独特孔道结构物质作为分子筛，分子筛外部形态各异的悬浮物质作为反应物。当反应物分子与分子筛接触时，比分子筛孔径小的反应物可被吸附进入分子筛孔道，和分子筛孔道内大量的活性中心反应；而比分子筛孔径大的反应物分子则不能被吸附进入，只能和分子筛外表面少量的活性中心起作用。通过这种直观的动画方式，使学生清晰了解到分子筛可以对反应物进行筛分，从而进行选择性催化。随后，教师进一步讲解分子筛的类型，不同类型的分子筛具有不同的结构，而不同结构的分子筛具有不同的孔径尺寸，因而具有不同的催化性能。在对多相催化进行讲解时，可先通过动画生动演示多相催化的七个步骤，让学生认真观察、分析讨论，最后由教师作出总结归纳。这种多媒体教学方法，使原来枯燥的讲述变得直观生动，加深学生对课程的记忆，同时也可减少教学时数，提高教学质量。

4　实践教学的建设

《工业催化》课程理论和实践联系非常紧密，通过该课程

可使学生掌握催化剂的制备方法及其设计程序，然而对它的实际制备往往令学生感到棘手。这是因为学生缺乏实践经验，理论和实际相脱节。因此，为了解决这一问题，可充分利用实验室资源，在教师指导下组织学生亲自制备几种催化剂。在实践过程中，学生对所学到的理论知识进行充分吸收消化[7]。此外，鼓励学生参与教师的科研项目开展毕业论文工作，如我校2012和2013级化工专业学生参与教师科研课题—— “新型催化接触式膜反应器的制备及性能研究”、“掺杂金属离子X沸石烯烃环氧化高稳定性催化剂制备研究”。通过参与项目研究，学生们在催化剂设计、催化剂性能测试和表征、专业文献查阅、数据分析和撰写论文等方面得到全方位的锻炼，最终发表论文数篇，其中两篇被SCI收录。如果条件容许，还可以组织学生去催化剂制备工厂参观和短时间学习，进一步深化他们对催化剂生产过程的认识，加深对课程相关理论知识的理解。

5　改革考核方式

《工业催化》课程以叙述为主，知识点比较分散。传统的笔试考核方式不能全面反映学生对该课程的掌握程度，容易导致部分学生平时不注意听课，考试前抱佛脚、死记硬背，不利于课程教学质量的提高。基于这种情况，我们改革了考核办法，即闭卷考试、学生进行课堂教学两者相结合的方式评定学生的成绩。实施如下：(1)笔试占50%。重点考查学生对知识点的理解和应用能力，试卷命题侧重于案例分析。(2)课堂教学成绩占50%。教师将学生分组，学生自主选一知识点，自主查阅资料，然后做成PPT在课堂上演示讲解，让学生从教师的角度严格组织一次限时课堂教学，教师再根据PPT内容丰富程度、条理性、系统性等几个方面给学生评定成绩。每次演示后，师生要相互提问，教师对提出有深度问题的同学予以加分。采用这种考核方式，学生带着任务去主动查阅资料，使他们对知识的理解更为深刻。同时在这种相互竞争的环境下，课堂气氛非常活跃。这种学习方式突出了学生的主导地位，培养了他们敢想、敢说、敢做的勇气，增强了学生动脑、动手的能力。

6　结　语

经过上述教学实践，收到了较好的教学效果，学生上课积极性明显提高，一些学生主动要求提前进入实验室从事与催化研究相关的毕业论文设计。同时学生评教结果表明，学生对该课程授课教师的满意程度也大大提高。

[1]李湘,郭海福,梁巧荣,等.化工类专业应用型人才培养模式[J].广东化工,2010,37(3):233-234.

[2]童张法,栗海锋,文衍宣,等.强化工程实践的化工类应用型人才培养探索[J].化工高等教育,2008 25(6):43-46.

[3]杨明平,曾坚贤,申少华.创新应用型化学化工类人才培养体系的研究与实践[J].广州化工,2015,43(6):173-175.

[4]唐世刚,钟万林.互动式教学模式构建研究[J].教育理论与实践,2013,33(18):42-43.

[5]湛群,黄晨,杜兆芳.高校多媒体教学现状及发展趋势探讨[J].安徽农业大学学报,2012,21(6):96-99.

[6]陈敏.高校多媒体教室开放式管理的构建与探索[J].实验室研究与探索,2014,33(5):244-247.

[7]张永明,孙中亮,潘丽沙,等.整合教学与科研资源构建工业催化实验教学体系[J].化工高等教育,2010(6):44-47.

Teaching Exploration and Practice ofIndustrialCatalysis*

ZHANGXu，XUJing-li,SUNGuo-fu

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Xuchang University, Henan Xuchang 461000, China)

TheIndustrialCatalysiscourse was regarded as the research target. In terms of the teaching characteristics of this course, the training of new century high-quality chemical engineering talents was set as the goal, which will be helpful for the cultivating of undergraduate students to be having a good capability in the development, researching and using of catalyst. Some useful explorations and practices on teaching reform were made, including the course content, teaching mode, multimedia teaching, practice teaching construction and assessment method. Good teaching effects were obtained, and the initiative of students in the classroom increased obviously. The results of students evaluating teaching showed that the satisfaction degree of students also enhanced increasingly.

IndustrialCatalysis; teaching exploration; teaching practice

许昌学院教育教学改革研究重点项目(02014012)。

张旭(1974-)，男，副教授，主要从事多相催化。

G642.0

A

1001-9677(2016)05-0199-02