催化科学与技术在石油炼制与化工、合成材料、医药、农药及环保、生物质转化等诸多传统及新兴行业中皆处于十分重要的地位。高等学校催化类专业课一直以来也是化学化工相关专业的主干课程之一^{[1, 2]}。随着人类对能源、环境、生态等问题的日益重视，“催化”作为提高化学反应原子经济性，开发新能源、新材料，及从源头消除污染的有效方式，其重要性也不断提升，成为实现“碳达峰”“碳中和”战略目标的重要科学基础和技术手段。高校催化类课程的教学也应与时俱进，密切关注不断涌现的新进展与新技术，兼顾催化科学的基础性、前沿性和交叉性。2016年底全国高校思想政治工作会议明确指出，高等学校要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人，全方位育人。课堂教学是思政教育的主渠道，包括专业课在内的各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应^[3–7]。青岛科技大学“催化化学”课程作为核心专业课，主要服务于国家级一流本科专业建设点应用化学专业，多年来在面向新经济发展需要、面向未来、面向世界、服务地方等理念指引下，支撑专业逐步凝练出“催化与绿色化学”特色培养方向。2017年教育部启动“新工科”建设，历经“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”的酝酿，于2018年开始进入实施阶段，其中既包括建设全新的工科专业，又包括对传统工科专业的理念、内容、标准、方法技术进行更新改造。应用化学专业也紧随其后，并秉承国际工程教育专业认证理念，以“催化化学”课程为试点，逐步推进落实“学生中心、成果导向、持续改进”，积极筹备专业认证。这就要求“催化化学”教学从OBE (Outcome Based Education)理念出发，在搭建理论与实践的桥梁同时^[8]，还要做好教书和育人结合，帮助学生树立正确的世界观、人生观和价值观，树立社会责任感和专业自豪感，不断提高新工科专业建设的教育教学质量^[9–11]。

然而目前国内催化类相关课程思政教学尚处于起步阶段，参考资料和文献十分有限。在教学中如何挖掘催化相关思政元素，设计思政案例并较好地融入课堂，文献中更是颇少涉及^[12–16]。笔者在多年执教“催化化学”等专业课的实践中，结合“新工科”理念及催化学科发展，不断查阅资料和收集相关行业真实案例，积极挖掘、梳理、提炼和完善思政元素，对催化化学“课程思政”进行了一些原创性的构思和设计，并在教学中进行了探索和实践。力求春风化雨、课以载道，启迪学生的辩证唯物主义思维方式、科学伦理意识和优秀文化传承意识，实现价值塑造、能力培养、知识传授三位一体的专业课育人成效，为新工科专业改造培养具有社会责任感、爱国主义情操、科学素养和专业自豪感的人才。

依据国际工程教育专业认证标准制定的“催化化学”的课程目标为：1) 能够将工业催化基础和催化化学基本知识用于催化剂的制备、表征及加工过程等复杂工程问题解决方案的设计、控制和改进；2) 能够基于催化科学与技术的基本原理和方法，识别和判断催化过程的重要意义，以及多相催化复杂工程问题中扩散、吸附及催化剂孔结构等关键环节和参数；3) 能够根据催化反应和工艺需求合理地识别各类工业催化剂作用机理，确定催化领域复杂工程问题的设计目标和约束条件。在课程目标的导向作用下，课程大纲的教学内容、教学模式和学习产出评价方式都应紧紧围绕国家、区域和学校发展需要，并结合学生学情特点进行持续改进，并将“课程思政”贯穿于教学活动全过程。

就教学内容而言，针对课程目标1，可由催化剂的定义和作用联想其与雷锋精神的相通之处；结合传统均相催化、多相催化和新兴的相转移催化引导学生打破思维局限、推陈出新；由固体多元催化剂的组成和各自作用挖掘集体主义和团队精神的内涵；由固体催化剂的结构特征及对性能的影响引出我国首创的单原子催化剂，激发学生的“四个自信”和家国情怀；由催化剂的设计和选择方向，引发对“碳中和”“碳达峰”目标下的催化使命的思考。针对课程目标2，可结合催化科学与技术简史，引导学生树立正确的科学伦理观和学术道德；结合催化循环强化马克思辩证唯物主义的世界观和方法论；结合物理吸附与化学吸附之间的关系理解相互依存、对立统一。针对课程目标3，可纵观酸碱理论的发展体会人类认知有局限，真理无止境；结合超强酸的发现说明科学发展进程中的偶然和必然，以及主观能动性的巨大作用；结合沸石分子筛的内容引出我国科学家艰苦奋斗，打破封锁的大国工匠精神；结合络合催化剂的固相化，再一次强化真理无止境和对立统一的唯物辩证法根本规律。

从教学模式上，充分发挥主讲教师的主导作用，通过不断学习、关注前沿热点，与时俱进地完善思政设计，有效调控传统教学手段与现代教育技术之间的关系，通过课堂互动、线上讨论、翻转课堂、课后谈心等渠道走下讲台，走到学生中，将思政元素润物细无声地融入授课内容；进一步明确学生的中心和主体地位，改变“教师讲、学生听、满堂灌”的教学方式，从即时热点和学生身边熟悉的事物为出发点，深入浅出、由点及面、由此及彼地融入思政元素，激发学生的兴趣和情感共鸣，提高参与度，从而达到学生主动学习、独立思考的教学效果，在传授知识、培养能力的同时加强品格塑造，有效达成课程价值目标；建立开放的课堂环境，在授课中穿插小提问、小幽默、小调查、小讨论、小测验，让课堂活起来。采用文献查阅、线上线下讨论、课程论文、翻转课堂等“高阶学习”教学组织手段使学生动起来，在课程思政的教学活动过程中获得主动权，学会用正确的世界观和方法论分析与催化相关的问题。

在学习产出评价方面，改变单一的卷面考核形式，持续改进课程质量评价机制，结合课程思政有针对性地设计和探索全过程学业评价。以“标准答案”形式组织期末考试、课后习题、章节测验等知识性内容的考核；以“非标准答案”形式组织思政案例解析、文献查阅、前沿跟踪等内容的考核。通过“翻转课堂”、课程论文、“学习通”讨论等检验学生对爱国主义情操、辩证唯物主义思维方式、社会责任感、法制意识、科学素养和专业自豪感等思政教育目标的达成。

催化剂具有加快反应速度、但不改变热力学平衡；本身在反应中不被明显消耗；对反应有选择性；具有一定寿命的典型特征。催化剂的本质是帮助反应原料克服活化能，使其顺利转变成产物，之后默默退出，并开始下一个循环的工作，这与雷锋“做好事不留名”的助人为乐精神有所契合；催化剂对平行及连串反应有选择性，正如雷锋“对待同志像春天般的温暖”，仅对主反应具有较好的加速作用；催化剂不断投身于催化循环，参与反应过程中难免发生中毒、烧结等情况导致失活，正是这种“把有限的生命投入到无限为人民服务之中”的特征，使催化剂为物质的综合利用、社会的可持续发展不断作出贡献。在授课过程中，时刻注意结合以上思政元素，激发学生忠于职守、敬业奉献的螺丝钉精神；引导学生明辨是非，坚韧不拔，树立共产主义远大理想，全心全意为人民服务。

在开展第二章教学内容之前，首先布置学生课下在Bilibili等网络平台上观看共青团中央发布的，来自北京化工大学特聘教授、英国皇家化学会北京分会主席，David G. Evans教授的演讲视频：“化学雷锋”(时长约30分钟)。引导学生理解催化剂无处不在，以充分高效地利用化学原料，使得我们的生活更加美好的“雷锋精神”，导入思政元素。引导学生体会忠于职守、敬业奉献、服务人民的素质目标。

在讲授催化剂现代定义的同时，完成知识目标：催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度，却不改变化学反应热力学平衡位置，本身在化学反应中不被明显地消耗的化学物质。引导学生思考：催化剂的本质就是帮助反应原料克服活化能垒，顺利转变成目标产物，而其自身又默默退出，并开始下一个催化循环。这与忠于职守、敬业奉献、服务人民、助人为乐的革命螺丝钉精神何其相似(图 1)！

在讲授催化剂的选择性特性时，使学生理解：催化剂并不是对热力学上允许的所有化学反应都能起催化作用，而是具有一定选择性。可以利用这种特性，设计出不同的催化剂，使其对不同的反应方向有所为而有所不为。结合合成气在不同的催化剂和反应条件下，可以根据需要有选择性地制备不同产品的实例(见表 1)，以及在绿色化学发展过程中，通过催化剂提高反应原子经济性、降低环境因子的典型案例，引发学生思索如何为目标反应找到恰当的“雷锋同志”，指向能力目标，培养明辨是非的科学思辨能力。

讲解催化剂的稳定性和寿命时，通过催化剂虽在理想状态下不应在反应中消耗或改变，但实际使用过程中，难免发生中毒、烧结、活性组分流失等等情况，导致失活、寿命有限的事实，类比“把有限的生命投入到无限的为人民服务之中”、牺牲自己、无私奉献的雷锋精神，使学生理解催化剂在实现物质综合利用、社会可持续发展的宏大目标中起到的重要作用。这也是引导学生树立共产主义远大理想、全心全意为人民服务价值追求的教育范例。

主讲教师在授课过程中，注意不断搜集多种可视化素材，不断挖掘思政元素，并在超星“学习通”等课程平台上建立相关讨论话题，与学生进行互动。通过引导、启发、类比，一方面夯实学生对催化理论知识的深入理解，及其对科学研究和工业生产的指导意义；另一方面，使学生从催化剂对反应循环的参与性、选择性、稳定性中，深刻体会“螺丝钉精神”“把有限的生命投入到无限的为人民服务之中”等雷锋精神的精髓；从绝大多数催化剂都不是单一组分，而往往是由活性组分、载体和助催化剂等多组分的共同协同作用才能实现最好的使用效果，使学生充分认识到“集体主义精神”和“团队意识”在各项工作中的重要性。这些思政载体把专业理想信念、爱国情怀、责任担当意识和科技强国使命感持续融入，使得立德树人教育春风化雨。有学生在平台互动讨论时说：“原来催化剂就是革命的一块砖，哪里需要就往哪里搬！”

在第一章绪论内容授课过程中，随着催化科学发展史的介绍，学生会发现科学家们研究开发出一种高效的催化剂或催化工艺，往往会引发工业性的变革，并为人类带来极大的经济利益和社会效益。同时还会发现，这些既往成就的取得及现有技术领先地位，大多属于发达国家的科学家及企业。在此背景下，向学生介绍我国科学家首创的催化科学技术成就，尤其是近年来的首创，例如：张涛院士、李亚栋院士等在国际上首次提出的“单原子催化”概念和大量开拓性的研究^[18–20]，及其在多相催化领域引领的研究热潮，无疑会立竿见影地激发学生的民族自信心和自豪感，也十分有益于促进学生见贤思齐，在未来的学习和工作中，埋头苦干、敢为人先、勇攀高峰。

在固体催化剂结构的相关章节，讲解化学组成相同的初级粒子，其物相、化合态、分散度等因素对催化剂的性能可能造成的巨大影响，以及负载型金属催化剂在高分散时金属的物理化学特性可能发生的变化。从而引导学生思考金属粒子高分散的极限是什么，理解为什么从理论上考虑，金属以独立的原子形式分散在载体表面将具有最大利用率。再者，进一步引导学生思索：为什么单原子催化剂被认为是架起多相催化与均相催化之间的桥梁？为什么与表面金属有机催化(surface organometallic catalysis，SOMCat)研究领域紧密相关^[21–23]？从而启发学生对科学发展过程中，唯物辩证法的对立统一进行深刻理解。

在讲授金属催化课程内容时，给学生讲解除了电子因素外，金属晶体的晶面结构、缺陷、在载体表面的分散度、与载体的相互作用等因素皆对催化反应效率有着十分关键的影响。金属晶粒越小、表面原子比例越大、平均配位数越低，越有利于其提高吸附反应分子的能力和催化活性，同时节约贵金属用量。因此，具有一定稳定性的高分散负载型金属纳米粒子长期以来一直是金属催化领域的重点研究对象。在授课过程中，引导学生思考单原子催化剂活性位点不受晶面等因素影响，相对单一，如何在具有高活性的同时，还能保证催化目标产物的选择性(图 2)。

在此基础上，鼓励学生课下查阅相关文献资料，一方面分析进一步开发单原子催化剂的重要科学意义，另一方面也要理解单原子催化剂并非放之四海而皆准，其使用范围和未来产业化的可行性受到目标反应类型和催化剂稳定性等诸多问题的局限。并充分了解催化科学对新材料、新技术的现实需求与发展方向，认识“催化”在“碳达峰”“碳中和”战略背景下，开发新能源、新材料过程中的关键作用和重要地位。在超星“学习通”等课程平台上建立话题，通过平台讨论、课程论文、翻转课堂报告等形式，与学生充分展开互动。通过这些引导和启发，学生在讨论平台上感慨道：“原来我们所学的还能和国际上的前沿科学技术接轨，这些知识不再是课本上冷冰冰的文字，变成了我们身边鲜活的例子，能够激发我们的学习兴趣。”

自从新型冠状病毒肺炎疫情肆虐全球以来，除了过硬的医疗防治手段以外，防护服、医用口罩等防护物资同样在全民抗疫过程中起到了至关重要的作用。倘若不是这场疫情，恐怕很多人都意识不到，这些防护用品与石油化工、催化科学技术之间有着密切关联。一次性防护服、医用口罩所采用的无纺布、熔喷布主要原料皆为聚丙烯(PP)，正是20世纪50年代问世的齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)催化剂的不断成熟和性能提升，才推动了聚烯烃工业的迅猛发展和生产规模扩大。于我们国家而言，中石化不仅是国内最大的油品商，还是年产近百万吨的最大医疗卫生用品材料供应商。疫情初期，我国口罩原料熔喷布紧缺，中石化硬核转产，其子公司燕山石化半个月建了一座工厂，保障了全国口罩产品供应。而这一切的关键，都与高效催化技术密切相关^[24]。

在授课过程中与当前疫情防控紧密结合，使学生认识到催化科学与技术在人类生活与发展过程中功不可没的贡献，能极大调动学生的学习兴趣和专业自豪感，促进其勇于担负历史重任，积极投身于振兴民族工业、建设科技强国的宏伟事业中。

一次性医用口罩为新冠肺炎疫情防控立下了汗马功劳，直到现在的后疫情时代，口罩仍是人们的生活必需品。在讲授络合催化一章之前，先布置学生课下查阅一次性口罩的生产过程中，主要用到哪些原料和处理工艺，并找出与催化最直接的关联。配合短视频等可视化教学资源，引导学生了解口罩生产中最重要的高度规整性聚丙烯原料的工业催化生产工艺，以及口罩出厂前熏蒸消毒过程中所采用的环氧乙烷工业催化生产工艺，再次加深学生对催化科学技术不可或缺地位和巨大贡献的认识，激发学生学习催化化学课程的兴趣，建立专业自信。

详细讲解Ziegler-Natta催化剂催化烯烃聚合反应的邻位插入机理，并介绍Ziegler-Natta催化剂经过五十余年的发展，从第一代到第四代在大规模提升PP产品等规度过程中起到的关键作用，以及新型茂金属催化剂和后过渡金属催化剂在丙烯聚合反应中的科研和工业进展。借此实际案例，启发学生理解科学发展永无止境，增强其职业责任感和使命感，鼓励大胆创新，永攀高峰。

同时，还必须让学生明白，催化科学与技术也是一把双刃剑。经催化剂加速制备出的等规聚合物固然具有十分优异的热性能和机械性能，但也正因为如此，塑料制品长久以来作为难以自然降解的“白色污染”对全球生态系统提出了严峻的挑战。在疫情的爆发和蔓延过程中，废弃的一次性口罩大大加剧了“白色污染”，对人类生存环境造成不可挽回的影响^[25]。目前可以采用机械共混、化学改性、物理加工和可控降解等途径对废弃口罩的主体聚丙烯材料进行回收。相比而言，通过催化的方法选择性地将其转化为种类比较单一的化学品、燃料或其他高附加值材料，是实现废弃口罩及其他高分子材料升级再造、变废为宝的最好解决方法。在授课过程中，向学生指出，目前几乎还没有找到将废弃PP直接催化转化为单一产物的集成方法。启发学生思索如何能从选择性地催化裂解脂肪族C―C键的角度，设计研发高效催化剂，探索口罩相关材料分解、重构和再次功能化的机制，为循环经济、社会绿色可持续发展做出贡献^[26]，虽任重道远，但机遇和挑战共存(图 3)。有学生在平台讨论中反馈说：“这些拓展内容改变了之前觉得化学行业进入夕阳期，前景渺茫的想法，对我们将来的事业规划很有启发。”

本文提出了在面向应用化学等化学化工类专业新工科改造建设的过程中，催化类专业课的课程思政教学思路和案例探索。“课程思政”作为一种新兴的教学观和教学模式，绝不能流于“表面化”和“硬融入”，更无法一蹴而就。需要广大专业课教师长期努力，把“课程思政”当做一门学问、一种信仰，与时俱进、把握时机，挖掘课程知识点中蕴含的思政素材，做到既教书又育人。以力求做好学生为学、为事、为人示范的“大先生”，做好课程思政这件大事、天大的事、伟大的事^[5]。