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[摘要]本文詳細介紹了能源轉化催化原理課程的內容、案例教學的思路、教學方式的改革以及教材的建設等方面的探索。通過教學實踐，總結出先基礎知識講授，然后案例分析講解，最后學生參與案例討論的授課方式，改善學生的學習效果，提高學生的思考和分析能力。

[關鍵詞]能源轉化；催化原理；案例教學

1課程內容簡介

本課程主要圍繞石油、煤炭、天然氣和生物質等轉化為高附加值的油、氣和精細化學品的加工技術，結合太陽能高效利用與燃料電池等能源轉化新領域，系統介紹催化的基本概念和基本原理，以及能源轉化過程中涉及的催化劑和催化理論。課程重點闡述了石油、天然氣、煤和生物質等資源轉化制清潔燃料領域中典型工藝涉及的催化劑和催化理論，讓學生理解能源轉化過程中催化劑應用的必要性和重要性，為后續的合成燃料化學、合成燃料工程等專業課程提供基礎知識儲備。課程主要內容為：第1章，緒論；第二章，催化相關的基本定義和概念；第3章，酸堿催化與能源資源轉化制燃料和化學品；第4章，金屬催化與能源資源轉化制燃料和化學品；第5章，金屬氧(硫)化物催化與能源資源轉化制燃料和化學品；第6章，配位催化與金屬有機骨架材料；第7章，酶催化。

2結合研究背景，建設教學案例

中國石油大學(北京)作為行業學校，本科畢業后除了接近50%的學生繼續深造之外，其他的學生將主要進入能源化工和精細化工等相關行業從事技術研發等工作。隨著現代化工的發展，涌現出了許多新的催化工藝及技術，例如煤制油、煤制烯烴的工業應用等。因此，關于催化原理相關的理論知識必須與時俱進。另一方面，教學案例的建設，還需要與學校的特色相結合。例如，能源化學工程專業依托的教學系是能源與催化工程系，擁有工業催化重點培育學科，在科研方面，沸石分子篩的開發與應用研究，清潔油品的生產，清潔能源(生物質和燃料電池)等方面具有雄厚的基礎，學生參加畢業設計和畢業論文的工作，甚至是留校讀研都需要涉及這方面的工作。同時，作為石油行業學校，每年來校招聘的企業大都與石油行業相關，為此教學案例的建設需要圍繞這些重要的領域展開。筆者通過查閱文獻和教材，總結了以下三個大方向的教學案例[1-2]。

2.1甲醇制烴反應機理和催化材料案例

針對酸堿催化的內容，以甲醇制烴反應為研究對象，以正碳離子反應機理為出發點，從產物選擇性出發，闡述酸催化材料從液體酸到沸石分子篩的演變過程，將零散的酸催化劑概念、酸催化劑的類型、酸催化劑的表征方法，酸性質(酸強和酸密度)與反應性能的關系，沸石分子篩的擇形催化等基礎知識串聯起來，形成一個知識網絡結果。在教學過程中，以此案例建立的知識網絡，用于解析催化裂化制高辛烷值汽油、烷基化制高辛烷值組分、生物柴油生產等內容的介紹。

2.2天然氣重整催化反應機理和催化材料案例

針對金屬催化的內容，以天然氣重整反應過程中不同貴金屬的活性差異為切入點，結合結構敏感反應的概念，將金屬催化的能帶理論、價鍵理論、多位理論以及合金催化的概念聯系起來，讓學生對各個金屬催化理論的關聯性進行分析。同時，介紹工業催化劑的選擇與反應條件的討論，將催化劑組成(活性組分、助劑、載體)相關基本概論串聯起來，加深學生對基本概念理解。在教學過程中，以此案例建立的知識體系，向學生介紹石腦油催化重整、合成氣制油和化學品，生物質重整制燃料中間體和氫氣、燃料電池等相關內容。

2.3加氫脫硫反應機理和催化材料案例

針對金屬氧(硫)化物催化的內容，以簡單的光催化水分解制氫和噻吩加氫脫硫反應為模型，闡述半導體氧化物的催化劑作用機制和硫化物催化反應的氧化-還原機理，讓學生理解半導體催化理論。在教學過程中，以噻吩加氫脫硫的反應案例，將其引申到石油加氫和加氫處理、煤焦油加氫精制、生物質加氫脫氧等重要的能源化工領域。

3教學方式改革探討

在實際教學過程中，采用了三種教學邏輯順序的嘗試。(1)以教學案例講授催化基本概念和基本原理，通過具體能源化工反應的工藝、機理的講授為主線，在講授過程中補充基本概念和基本原理的講授(2014年教學)。(2)講授催化和催化劑的基本概念、各類催化劑催化的基本原理。在此基礎上，進行案例分析的講解，然后讓學生通過課外閱讀，結合本學科的新進展，自行完成讀書報告(2015年教學)。(3)講授催化和催化劑的基本概念、各類催化劑催化的基本原理，然后針對每個類型催化劑，只進行一個典型案例分析，讓學生參與到其他案例教學的討論過程中(2016和2017年教學)。Fig.1Scoredistributionofprincipleofcatalysisinenergyconversionduring2014~2017。可以看出，2014年的學生成績普遍較低，高分和良好這種的學生比例較低，充分說明了第一種教學方式對學生的思維能力要求較高，要求學生課前就對基本概念和基本知識進行必要的預習，但是從實際的教學效果看，除了10多名學習成績優秀的學生能夠主動預習之外，大多數學生都是在課堂上現學，因此教學效果并不理想，學生普遍反映課程較難。另一方方面，這門課程當時還未有合適的教材，推薦參考書數目較多，打擊了學生的積極性。從2015年開始，筆者完成講義的編寫并將其應用于課程教學，同時建立了網絡課程學習平臺，在教學的過程中，將課堂討論和作業在平臺上并于學生互動，能夠進一步增加學生學習的主動性。2015年嘗試學生完成讀書報告的方式，筆者發現作為選修課的效果并不理想，因為大多數學生把這部分內容當做負擔，流于形式。因此，從2016年開始，逐漸采用第三種教學方式，讓學生參與課堂討論的方法，可以在一定程度上鍛煉學生分析問題和思考問題的能力。

4教材編寫的思考

為了契合能源轉化催化原理的授課，筆者從2015年開始，在講義的基礎上，通過不斷的教學實踐的反饋，完成了教材的編寫工作。在完成編寫教材的過程中，筆者通過大量文獻的調研發現，能源轉化催化原理課程，本質應該是催化基本原理的靈活應用，如何闡述這方面的內容是關鍵。因此，為了便于與傳統的催化原理和工業催化課程相關教材的有效銜接，筆者并沒有改變傳統催化原理教科書的授課邏輯和順序，主要增加了典型案例的建設工作。雖然，現代的能源化工領域的熱點已經在逐步轉向新能源和可再生能源，但是，考慮到我國實際的能源化工形勢，筆者還是以傳統的能源化工領域的案例為重點闡述對象，側重從現有的工業應用反應中提取教學內容，讓學生在學習過程中對實際問題有更深入的分析。筆者曾經在2015年的授課過程中，嘗試以生物質能和光催化的案例的重點講解，試圖讓學生能夠更加深入地理解催化發展的新動向，但是從學生的反饋效果看，這種嘗試不算成功。主要是因為學生的分析和思考問題的能力并不均衡，學生的努力程度也存在差異，大多數學生在之前修讀的專業課程中主要圍繞傳統能源化工展開，對于新知識的接受能力有待于提高。

5結論與展望

通過近四年的課程教學過程中，通過課程講義、網絡課程、教材等的建設，逐步完善了能源轉化催化原理的課程建設。在教學實踐中，筆者認為對于能源化學工程專業學生的培養，主要還是應該與學校的辦學特色結合起來，圍繞學生的專業課程體系以及實習實踐、本科畢業論文等工作開展相關內容的建設，對于激發學生的學習興趣，培養學生的學習能力具有較好的引導作用。

參考文獻

[1]吳志杰，催化原理案例教學法及典型案例探討[J]，化工高等教育，2015，2：52-54.

[2]吳志杰．能源轉化催化原理[M]．山東：中國石油大學出版社，2018．

作者：吳志杰 單位：中國石油大學(北京)化學工程學院 重質油國家重點實驗室