地方特色资源融入催化化学课堂教学实践的探索.pdf

年 月云南化工 第 卷第 期 ，：地方特色资源融入催化化学课堂教学实践的探索艾礼莉，王鲁香（新疆大学，新疆乌鲁木齐 ）摘要：以硕士研究生课程催化化学为例，在光催化部分内容的讲授和研讨中增加国家“双碳”战略目标和本地特色太阳能、煤炭资源的内容，激发学生的兴趣；将学生的研究课题与国家策略以及新疆本地丰富的太阳能、煤炭资源结合，提升学生对科学研究的认识；以分组研讨后形成总结报告的形式改变传统讲授课程的方式，充分调动学生积极性；通过该课程的锻炼，提升了学生创新意识和科研主动性，让学生认识到科学研究对环境和人类发展的促进作用，培养出“双碳”战略下的高素质专业人才，构建完整专业知识观，提升学生综合素质。关键词：催化化学；地方特色资源；“双碳”目标中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，“”“”：；年，习总书记在中央政治局第三十六次集体学习时强调：“我们必须深入分析推进碳达峰碳中和工作面临的形势和任务，充分认识实现 双碳目标的紧迫性和艰巨性，研究需要做好的重点工作，统一思想和认识，扎扎实实把党中央决策部署落到实处”。提出高校是重大科技创新策源地，能够发挥作为基础研究主力的作用，逐步稳健形成碳中和科技创新体系和人才培养体系。这为高校做好“双碳”人才培养工作指明了方向、提供了遵循。而硕士研究生教育阶段是最为关键的综合科研素质与个人品德修养的养成教育阶段，在硕士研究生培养阶段使学生能够身体力行去实践“双碳”目标将对国家发展具有重大意义 。因此，为了适应基于“双碳”目标理念下国家绿色发展战略对人才需求的变化，研究生教育模式和培养理念应做出适当调整。此外，新疆日照资源丰富，日照时间长，年日照时间高达 ，利用新疆地区丰富的太阳能资源进行科学研究是充分开发地区特色资源的有效途径 。基于此，硕士研究生的教育中包含对本地特色太阳能资源介绍和研究类的课程对于学生认识本地特色资源具有重要意义。新疆大学化学学院瞄准化学学科发展前沿，以国家和自治区重大需求为导向，以新疆优势能源资源清洁高效转化与高值化利用为目标，以综合改革为动力，以拔尖创新人才培养为核心，以师资队伍建设为重点，以创新平台建设为保障，创新体制机制，凝聚优势资源，汇聚高水平创新人才，在现有基础上做精做强，力争建设成为适应国家和新疆战略发展需要的、具有特色的高水平研究型学院。实现高水平研究型学院离不开研究生的科研活动，而充分利用本地特色资源进行科学研究对于学院的硕士研究生培养至关重要。催化科学和技术是研究能量与物质转化基础的一门学科，是现代化工的关键核心之一，更是解决能源、环境、资源、信息以及生命健康等领域的关键基础性科学之一，遍及人们生活的各个领域，在国民经济发展和国家重大需求中发挥着重要作用 。催化化学是无机化学专业的一门专业硕士研究生课程，课程教学的任务与目的是使学生掌握催化领域基础概念、基础理论、现代催化技术、催化材料结构特性及其在能源、环境等领域中的应用。主要内容包括催化界面理论、光催化反应、电催化反应、络合催化剂及催化作用 。催化化学课程教学的现状和问题催化化学课程为无机化学专业硕士研究生开设的课程，主要以讲授和研讨的方式进行教学。其中，讲授部分采取了 结合板书的授课方式，学生在教室内统一听课。研讨部分采取在讲完 个学时的基础知识后给学生布置作业，由学生结合目前“双碳”战略目标，自主选择感兴趣的光催化剂材料，以 形式 年 月云南化工 第 卷第 期 ，总结目前的研究现状，并说明哪类光催化剂目前适合利用太阳能进行环境光催化和能源光催化的应用并阐述理由。然而，当前我国硕士研究生对于科学研究的创新意识不足，主动性不高；昊宏翔等在 学位与研究生教育的文章中讲道，目前硕士研究生在科研方面存在明显的问题，包括科研实践参与度低、学术成果质量不高、国际学术榜论文数量偏少、原创性成果稀少等 。有研究者将研究生的科研学习缺乏创新性的现状总结为“四个简单”：简单移植，只简单重复和应用他人的科研方法；简单揭示表面现象，对于科研选题只停留于观察实验现象，不深究实验现象的内在规律和本质原因；简单延伸，没有新的观点和新的实验现象，只对他人研究工作进行证实；简单推理，仅采用有限的实验现象证实已知的结论。此外，硕士研究生对催化化学课程的主动学习意识不足，对往届的硕士研究生进行问卷和调研，其中，左右的硕士研究生不会主动提前预习和与老师讨论催化科学的研究和应用前景。主要原因在于传统的教学观念引发了硕士研究生学习的依赖性 。传统教学中硕士研究生上课主要的学习计划、学习策略包括如何检查学习效果等，都由老师决定。忽略了研究生学习的个体要求，同学习基础、学习能力、学习目的、学习兴趣的学生逐步趋于按老师的既定思路学习。传统认识对教师产生的压力促使研究生产生学习依赖性。因此，导致硕士研究生催化化学课程的主动学习意识不足。地方特色资源融入催化化学课堂教学实践的探究针对催化化学课程目前存在的问题，我们采取将地方特色资源融入催化化学课程教学过程中，激发硕士研究生学习和科研兴趣。新疆大学化学学科属于国家一流建设学科和 全球前 学科。学院基于国家一流化学学科专业，进一步将硕士研究生的创新能力和高素质人才培养相结合，构建“科教融合，学术育人”的高素质化学研究型人才模式培养。通过科研知识的灌输，用科研反哺教学，培养学生科研素养和科学思维。首先，根据学院硕士研究生导师科研方向不同的现状，面向无机化学专业一年级硕士研究生，调研其研究方向和感兴趣的课题，根据研究生的方向和兴趣，适当调整课程内容。随后，在催化化学课程的光催化教学部分的教学过程中融入“双碳”战略目标和新疆太阳能资源及煤炭资源的介绍，明确课程体系的价值取向，并在课程授课过程中充分将本地特色资源穿插讲授，将国家策略和绿色有机融入课程体系，进而实现学以致用。在“双碳”目标指引下，基于硕士研究生认知与成长规律，实现催化化学课程的模块化、协同化与综合化推进教学。充实与重构课程内容，围绕“双碳”目标，充实光催化领域的知识内容，结合新疆丰富的太阳能资源，让硕士研究生自己提出研究课题的关键问题，并寻求解决办法。主要融入地方特色资源的案例如表 所示。结合新疆地区丰富的日照资源、光热资源和煤炭资源，并围绕本地特色资源进行相应的光催化、热催化和碳基功能材料方面的研究，激发学生探索科研的兴趣。通过该课程的锻炼，提升学生创新意识和科研主动性，让学生认识到科学研究对环境和人类发展的促进作用。最后，围绕催化化学课程的光催化教学部分主要内容，在讲授了光催化领域重要的基础知识后，结合新疆地区丰富的太阳能资源，学生提出该领域需要解决的关键科学问题，总结目前已报道的研究现状，提出自己的观点和对该领域的认识，以 形式做研讨报告。将班级同学小组，人一组，每个研讨小组找出一个主题进行研讨，老师对研讨进行点评和总结。以新疆大学 级硕士研究生的催化化学课程授课为例，班级分组提交的研讨报告如表 所示。从表中看出，学生均参与到研究主题当中，从研究背景到应用前景均有思考和总结。通过学生研讨反思可以看出，学生已将所学的光催化领域知识与国家“双碳”战略目标紧密结合，并且能充分意识到利用本地丰富的太阳能资源和煤炭资源进行相关科学研究。通过师生协同配合，发挥个性化的教学优势，采取分组研讨后汇报的形式，并要求每份报告中附每位学生的贡献比例，提高学生对研讨内容的参与度，调动学生对科学研究的积极性。表 地方特色资源融入课程案例地方特色资源科学研究课堂内容光照资源光催化领域研究和应用新疆太阳能资源十分丰富，全年日照时数为 ，日照百分率为 ，年辐射总量达 ，年辐射总量比我国同纬度地区高 。比长江中下游地区高 ，居全国第二位，仅次于西藏高原。全年日照大于 的天数为 ，日照气温高于 的天气普遍在 以上。光热资源光热催化领域研究和应用新疆地区盆地较多，相对封闭的地形有利于热量保存，因此热量十分充足。此外，新疆深处内陆，气候干旱，植被覆盖率较低，多砂石地面，这种干旱的地面的比热容非常小，温度上升较快。中午太阳辐射持续对地面加热，地面也在持续向外辐射，因此气温较高。加上新疆云量少，太阳辐射被削弱的较少，太阳本身能量自然就损耗更少，温度自然就高。煤炭资源碳基功能材料催化剂新疆煤炭预测储量 万亿 ，占全国预测储量的 以上。目前，新疆煤炭行业以市场为导向，逐步实现从传统煤化工向现代煤化工、精细煤化工的战略升级。从煤结构本身特性出发，利用先进的工艺技术，将煤炭转化为高比表面积碳量子点、活性炭、石墨烯和碳纤维等高附加值碳材料是清洁、高效利用煤炭资源的有效途径。年 月云南化工 第 卷第 期 ，表 小组研讨报告分组报告名称内容研讨反思 光催化性能改性光催化简介、传统光催化剂的优缺点和改性手段、光催化剂的改性手段和应用和总结 基光催化剂 材料的优缺点、通过解读高水平文献阐明提高 光催化剂的性能的策略、列举 材料在 还原、产氢和全解水中的应用。光催化剂多为二维材料，可与零维或一维的煤基碳材料相复合提高催化性能光催化剂及其在 还原方向的应用光催化 还原技术的发展必要性、各种高效光催化剂在 还原方面的应用基于“双碳”战略目标，发展能够进行 小分子的催化转化的催化剂对国家战略有重要意义 基光催化剂研究背景、光催化反应原理、光催化剂合成方法、光催化应用、问题与挑战将 与碳基功能材料复合，不仅可以改善 易光腐蚀的缺陷，还将提高催化剂性能 光催化产氢机理及前沿 简介、光催化机理、光催化前沿工作、光催化展望 材料的制备及其光催化性能研究 材料的优缺点、通过列举和解读文献内容阐述 光催化剂的改性手段 催化剂为紫外光响应的催化剂，与碳量子点复合能够有效提高 催 化 剂 的 太 阳 光 利用率提高光生载流子效率光催化简介、光催化剂及其改性手段、抑制光生载流子复合的方法异质结光催化剂背景介绍、改性策略、型异质结、型异质结、型异质结、肖特基异质结探究了提高光生载流子效率的方法和异质结催化剂的优势，拟在碳基功能材料和半导体复合领域做深一步探究通过该阶段的理论学习和研讨，不仅能够提高学生对于新疆本地煤炭资源利用率的认识，而且达到根据国家战略方针培养基础研究人员的目的，这种新型的教学研讨方式能够培养“双碳”战略下的高素质专业科研人才和队伍，使硕士研究生构建完整的催化化学专业知识观。同时通过该课程的改进教学，能够进一步使研究生厘清专业能力和社会环境绿色低碳发展的相互关系，为国家进步和发展做贡献。通过该课程的改进教学，进而能够实现硕士研究生的创新培养和主动学习意识。结语将地方特色资源融入硕士研究生课程催化化学的授课过程中对于硕士研究生的科研选题有较大促进作用。通过在光催化部分内容讲授和研讨中增加国家“双碳”战略目标和本地特色太阳能、煤炭资源的内容，激发学生的兴趣；将学生的研究课题与国家策略以及新疆本地丰富的太阳能、煤炭资源结合，提升学生对科学研究的认识；以分组研讨后形成总结报告的形式改变传统讲授课程的方式，充分调动学生积极性；通过科研反哺教学，培养学生科研素养和科学思维，通过该课程的锻炼，提升学生创新意识和科研主动性，让学生认识到科学研究对环境和人类发展的促进作用。进而培养出“双碳”战略下的高素质专业人才，构建完整专业知识观，提升学生综合素质。参考文献：习近平主持中共中央政治局第三十六次集体学习并发表重要讲话，：段晓瑞，胡晓蓉“双碳”逐梦，向绿而行 云南日报，（）武鹏飞，张钧泳，谭娇 年新疆天山日照时数时空变化特征及其影响因素分析 气象科技，（）：夏晓峰，王大伟 基于思政视角的“催化化学”课程教学改革探索 安徽化工，（）：龚磊，黄喜根，刘倩，等 催化化学线上线下混合式教学模式的构建与实践 广州化工，（）：吴宏翔，熊庆年，顾云深 我国研究生创新能力不足的表现 学位与研究生教育，（）：我国研究生创新能力不足的四个表现 中国高等教育，（）：徐敬伟 基于创业教育背景下传统教学观念的转型 南昌教育学院学报，（）：施家涵 改变传统的教学观念培养学生的探究能力 浅议研究式学习课堂的构建 成才之路，（）：收稿日期：基金项目：新疆大学 年校级研究生教育教学改革项目（），新疆维吾尔自治区高校本科教育教学研究和改革项目（）。作者简介：艾礼莉（），女，陕西安康人，博士，副教授，硕士生导师，主要从事催化化学课程教学与研究。：。王鲁香（），男，安徽亳州人，博士，研究员，博士研究生导师，主要从事煤基功能材料研究。：