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[摘要]為了深化學術型碩士教育體系改革，將多媒體技術和翻轉課堂，有機地融入到了《環境催化原理及應用》的課堂教學過程中，以課程的教學現狀為基礎，以多媒體技術和翻轉課堂的特點為手段，對課程教學內容和教學模式進行了重新設計。從學生課堂表現和教學效果可以看出，提高了學生的學習積極性和學習效果。
[關鍵詞]環境催化原理及應用；多媒體技術，翻轉課堂；教學模式；教學改革
隨著社會發展和科學技術的不斷進步，為了滿足環境治理和環境修復領域的專業人才需求，需要不斷提高環境專業研究生的綜合素質，也要求改變以教師為主導的傳統教學模式[1-2]?！董h境催化原理及應用》課程是工業催化方向研究生開設的一門重要課程，課程以環境和催化的關系為起點，以環境修復和環境保護為目的，緊密聯系環境污染治理方面新應用和新發展，詳細地闡述了環境催化的原理、特點和方法。通過該課程的學習旨在讓研究生掌握環境催化過程中的基本原理和應用技術，為今后從事環境修復和治理方面的工作打下堅實的理論和應用基礎。本文分析了《環境催化原理及應用》課程教學中存在的問題，討論了多媒體技術和翻轉課堂在課堂教學上的應用特點，借助多媒體技術和翻轉課堂的部分觀點，以及研究討論式和互動式教學模式的優點，并應用于《環境催化原理及應用》的課程教學。強調了理論知識培養與實際應用訓練在研究型人才培養體系中的核心地位。
1《環境催化原理及應用》課程教學的現狀
1.1經典的教材內容與快速的學科發展之間的矛盾
課程使用的《環境催化原理及應用》教材出版于2008年，教材中的內容非常全面而且系統地反映了當時的學科發展。然而，隨著科學工作者的不斷探索和科學技術水平快速發展，環境催化的技術、原理以及應用都有了長足的進步。而且，環境治理過程的環境污染物控制的熱點不斷轉換，新概念、新政策不斷出現，教材更新遲滯不利于研究生掌握了解最新的理論及應用技術。如：“雙碳”的概念，指的就是碳達峰(peakcarbondioxideemissions)與碳中和(carbonneutrality)。碳達峰就是讓二氧化碳排放量“收支相抵”，是指碳排放進入平臺期后，進入平穩下降階段。碳中和是指實現二氧化碳的“零排放”，即要求集體或個人通過植樹造林、節能減排等形式，抵消自身產生的二氧化碳排放。又如，2020年9月，中國政府在第七十五屆聯合國大會上提出：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。”同時，2021年3月國務院制定了2030年前碳排放達峰行動方案，要求優化產業結構和能源結構，扎實做好碳達峰、碳中和各項工作。進而要求汽車尾氣處理技術的更新換代。目前控制汽車尾氣排量的主要技術措施有機前處理、機內處理和機后處理。機前處理可以通過添加劑減少雜質成分提高燃油品質，機內技術可以是改良發動機、提高燃燒效率，但是在國VI標準面前，這二步措施難以滿足要求，需要尾氣的后催化處理來達到要求。無論是機前、機內和機后處理工藝都在不斷的發展，新技術、新材料科學探索均在快速發展，這些發展需要在課堂上加以體現。
1.2重復教學內容取舍與學生知識結構基礎之間的矛盾
依據專業的整體要求和學科發展的需要，《環境催化原理與應用》課程主要介紹環境催化基礎及其研究方法、移動源和固定源燃燒排放的催化凈化、揮發性有機物的催化燃燒、室內空氣催化凈化、水處理過程中的催化凈化、溫室氣體和臭氧層消耗物質的轉化、大氣層中的環境催化過程等。上述內容，在課程的教學安排上，出現了部分理論知識體系重復出現的現象，例如，教學內容中，材料的制備和表征部分內容，在《納米材料的制備和表征方法》中已經講過。氣態污染物的凈化技術內容與《大氣污染控制工程》中的部分內容重復；水處理過程中的催化凈化中的芬頓高級氧化與《水污染控制工程》中的內容也有交叉。但是，這些重復的內容如何取舍，還要根據學生的本科基礎來確定，不同專業的本科生學習過的基礎課和專業課是不同的、側重點也是不同的，因此，要具體情況具體分析，可能每一屆或者同一屆不同班級都有差別。
1.3講述內容多和教學學時短之間的矛盾
結合我們學院工業催化學術型碩士研究方向，選用了由科學出版社的、賀泓主編的《環境催化原理及應用》。教材有九章內容，涉及到基礎化學反應原理、儀器設備的原理和應用、以及大氣、水污染控制工程等多學科知識。如第7章水處理過程中的多相催化，內容就包括：(1)概述；(2)光催化水處理技術；(3)二氧化鈦光催化技術在水處理方面的應用(多相光催化與生物氧化工藝組合處理有機物廢水，多相光催化消除水中病原微生物的研究，二氧化鈦光催化劑的固定化，多相光催化技術的未來發展方向)；(4)綠色催化新工藝-芬頓技術的發展及應用；(5)臭氧催化氧化水處理技術；(6)濕式催化氧化技術；(7)雙金屬催化劑催化去除水中硝酸鹽；(8)廢水處理工藝中多種處理技術的綜合運用等內容。具有基礎知識多、反應原理多、理論問題多等特點，正常情況下需要64學時完成教學。實際上，研究生階段課程學時普遍較少，要求在32學時完成教學內容有困難。
1.4課程理論教學與專業實踐環節之間的矛盾
研究生課程教學過程中，普遍存在著缺少專業實踐教學環節，沿襲了偏重理論教學的特點。而且，由于學校的歷史規劃、學院的學科發展，導致了學院部分實驗設備不能及時更新，這在一定程度上制約了科研教學實踐，阻礙了研究生理論知識與解決實際問題相結合的能力。因此，需要加強《環境催化原理及應用》課程的教學實踐環節。
2教學方式和教學模式的改革初探
2.1網絡技術和多媒體技術的應用
《環境催化原理及應用》的理論知識點多，描述性語言多，邏輯性強相對比較枯燥。多媒體和網絡技術可以通過圖文并茂的形式，將過程和工藝流程圖簡單直觀的展示給學生。例如，反應物分子在催化劑表面的吸附、擴散、反應以及脫附過程，孔洞型催化劑對反應物分子的擇形催化等內容，借助多媒體教學手段就可以讓學生直接理解反應物分子與催化劑的相互用關系。也就是說，可以化語言為圖片，化抽象為直觀，化思考為感知。即縮短了描述和講述時間，又簡單明了便于理解。這不僅可以大大縮短課堂教學時間，還可以促進學生對實際的工藝流程生產過程的認知。另外，還可以通過課程網站，布置作業、在線答疑、檢查學習進度等；還可通過專題互動討論的形式，掌握學生對不同章節的學習情況。
2.2借鑒翻轉課堂改革教學模式
早在1996年，美國邁阿密大學二位學者格蘭•波蘭特和莫里•拉吉將“翻轉課堂”教學方式應用于大學課堂，在2007年亞倫•薩姆斯和喬納森•伯格曼將“翻轉課堂”推進了美國林地公園的高中課堂，目前，這種教學方式已發展為高等教育課堂教學改革中的前沿熱點。源于美國的翻轉課堂于2012年被引入到我國[3]。然而，隨著新媒體技術的不斷發展、教學實踐的不斷深入，這一教學形式出現了一些必須改進的問題。如，翻轉課堂需要學生事先利用互聯網等媒介學習課堂教學內容，隨后，進入課堂進行答疑解惑，和教師通過互動交流等方式實現知識的傳授[4]。這一過程要求學生認真學習教師提供的教學資料，對學生自主性和自控性的要求很高。雖然，中學生、大學生的自控能力增強，但是在缺少約束力的情況下，學習效果不理想。所以，沒有很好的監督機制很難獲得預期的學習效果。我們借鑒了翻轉課堂的課前學習部分。第一，學期初在課程網站上，教師發布章節教學內容以及學生對相應的章節了解程度的調查問卷；第二，教師收集調查問卷并分析，掌握學生對章節的學習情況；第三，教師依據學生對課程的掌握情況，重構《環境催化原理及應用》的講述章節內容。根據調查結果，將全書內容區分為，重點詳細講述的章節內容，課堂講述和討論并重的章節內容，以及研究討論式教學章節內容。同時確定不同教學章節的不同講述模式。
2.3研究討論式課堂教學模式的運用
研究討論式互動教學已成為高校教學模式改革的一個趨勢，圍繞著解決問題這一中心，要求以“研究討論”為主，通過預先設置的問題，讓學生主動查找相關資料，論證研究并分析解決問題。通過師生討論，互問互答、增進師生交流、促進教學相長，進而推動學生在運用知識的過程中深刻理解知識，提高學生綜合素質。具體的在理論講解課程之外，基于課前的調查結果設置了討論課。如部分章節后面設置了討論小組，題目是學生有一定了解的課本內容的延伸。我們設置了如下問題：(1)汽車尾氣的實用技術及其特點；(2)舉例說明柴油車尾氣處理技術。(3)霧霾的成因和治理方法；(4)你所知道的室內空氣催化凈化方法；(5)水體富氧化的形成和影響；(6)全球性大氣污染問題趨勢與對策。學生依據這些問題，積極查找資料，匯總資料、小組討論取舍、制作PPT講述課件。教師可以督促指導學生學習和使用網絡學術搜索工具、圖書館提供的期刊論文數據庫資源，盡可能全面地收集所需要的相關學術資料。分類、甄選和處理這些資料，討論并制作多媒體課件。然后，小組的每個學生都講述一遍PPT課件，其他同學負責指出他的優點和不足。上課時選派一名學生上臺講述，同小組的學生可以一起參與課堂討論和回答問題。在研討課上，在老師的引領下，學生和教師自由提問，小組學生給出回答。討論結束后，學生對每個PPT課件與所設定主題的課題相關性、內容豐富性、內在邏輯性、回答準確性、講述流暢性以及小組成員表現等幾個方面，都會有一個比較清晰的認識，這是聽課很難達到的效果。最后，任課教師做總結性評論，即在一個專題講述和討論之后，教師對這一專題的內容補充評述，指出學生應當加強的地方和需要擴展知識的地方，以及這一專題問題的未來發展方向。當然，研究討論式教學模式還在逐步地發展和完善階段，其中的資料查閱、討論研究、課件制作都需要小組內每個同學切實履行并積極參加，如何激發成員的積極性，還需要我們在課堂教學中不斷地探索。實際上，要求教師重構環境催化原理及應用教學內容。針對課前調查的結果，重構《環境催化原理及應用》的講述重點。這要求教師做到以下二點：其一，揚棄教學內容，梳理教學重點。將《環境催化原理及應用》中，學生已經掌握或者學習過的內容進行適當地取舍。整合后的教學內容應當包括教學進度、教學課件、教學視頻資料以及教學目標。通過查閱國內外最新的學術探索、理論研究和實際工藝應用進展，在大量文獻、科學研究的基礎上，注重內涵與外延的結合，系統性的總結現階段相關領域的最新文獻及應用技術，聯系教學內容和科學實踐案例，形成有新的教學體系和教學教案。解決教材內容相對固定與學科研究迅速發展之間的矛盾。其二，對于學生有一定程度掌握和了解教學內容，采取討論式教學形式。授課方式由教師集中傳授轉變為章節討論式教學，即講授式的傳統教學方法轉換成了師生互動討論模式。可以采用問答提問的方式，了解學生對相應知識點的掌握情況，在問答互動中推進知識點教學。也可以發展為導向式的小組討論形式，即拋出一個知識點問題，讓學生在不同方向上思考回答，促進學生討論、培養學生的發散性思維[5]。即以師生互動作為重要手段，以學生需要熟悉和闡述清楚的概念理論為主線，引導和推進課堂教學，進而取得一個最佳的教學效果。這樣就避免了學生熟悉的內容重復講述、不熟悉的內容不能重點講述的問題，科學合理地利用了課堂時間，極大地提高了課堂效率。
3結論
綜上所述，《環境催化原理及應用》課程教學內容的調整和教學模式的改革，符合培養研究型人才的“開放性、發散性、自主性”基本原則，有利于減少教師的重復性勞動，有利于激發學生的主觀能動性和課堂參與度。在課程建設的過程中，確立了教學內容和教學體系，適當變革了傳統教學模式，將抽象理論具象化，加深了學生對理論知識的理解，展示了環境催化的魅力。讓學生感受到理論知識與科研工程實踐之間的緊密聯系，培養了學生們對環境催化的興趣和創新能力，教學效果顯著提升。為培養應用技術型人才，為幫助學生們更好的工作和學習打好基礎。
作者：孫彥剛 單位：上海工程技術大學 化學化工學院
