一、案例教学法的重要性
目前，催化原理的教学主要是采用“讲授知识—教师演示—学生模仿练习—教师总结”的方式。这种教学方式能够促进学生理解催化基本概念和原理，但是不利于培养学生发现问题—分析问题—解决问题的能力，更难以激发学生的自主性和创造性学习。当然，催化原理教学内容中的反应动力学部分要靠数学推导，因此适当采用传统的教学方式是必要的。但是，对于不同催化剂体系的理论，要有效地实现教学目标，案例教学法就显得非常重要。一些教学实践表明：通过案例教学法讲授催化基本概念和原理，学生能明显提高学习兴趣、自学能力、分析问题能力和实验设计能力；同时，理论考试成绩和文献阅读能力也能够得到提高。事实上，催化原理课程往往是在学生完成无机化学、有机化学、分析化学和物理化学等基础课程学习之后开设的。催化原理中涉及的基本概念和原理，都与这四大基础化学课程密切相关。但是，学生们在学习催化原理过程中往往忘记联系已学知识，对基本概念和原理死记硬背，教条地处理问题。而精心设计的案例，可以引导并帮助学生总结和归纳基础课程的知识，分析和发现已学知识与新知识的关联，让学生认识到催化原理是始于基础化学而又有别于基础化学的，这样就加深了他们对催化基本原理的理解，同时也培养了其分析问题和解决问题的能力。
二、案例教学法的问题
在实际教学中，由于教师对案例教学法了解不准确、案例库建设不足等原因，案例教学的实施常常存在下面一些问题。
（一）案例教学内涵理解存在误区
很多授课老师把案例教学法简单理解为举例子。实际上，两者是有本质区别的。案例教学中学生是主角，居于主要地位，由学习的客体转变为主体；而举例教学中授课教师是主动的，居于主导地位。案例教学是引导学生通过对案例本身的分析、交流、讨论，做出相应的判断及决策，提高分析问题和解决问题的能力，帮助学生较深刻地把握和理解基本概念和原理；而举例教学是在讲授完基本概念和方法的前提下，让学生通过例子理解和运用知识。值得指出的是，催化原理案例教学中的案例，必须具有典型性、完整性、启发性和真实性。
（二）案例库建设不足
催化原理的教学往往是通过实例的归纳总结来阐述基本概念和理论。选用实际的催化剂或催化反应例子为素材，能够增加教学的生动性和趣味性。但是，教师不能把案例教学简单地理解为对实际例子的归纳和总结，它应该是一种由教师提出问题并让学生去分析和解决问题的教学方法。国内的催化原理案例教学尚处于发展阶段，尽管关于催化剂和催化反应的相关实例非常多，但是能够通过合理的设计和提炼成为符合案例教学要求的案例数目仍很有限，特别是结合能源化工生产的案例。
（三）教学对象背景复杂
催化原理是多数化学工程学院开设的选修课程。由于选课学生的专业不同，而不同专业的课程设置有差别，导致选修该课程的学生理论基础差别较大。因此，教师一方面需要调整理论讲授内容，采用案例教学培养学生的学习兴趣和运用理论去分析、解决问题的能力；另一方面应该在引入案例教学时考虑学生的知识储备，特别是对化学相关基础知识的掌握情况。
三、单一典型案例教学
由上述问题可知，设计案例要结合教学目标和学生的实际情况。鉴于催化原理课程知识点多且零散的特点，笔者建议目前主要针对几大重要催化剂体系（酸催化体系、金属催化体系和氧化物催化体系）设计单一典型的案例，让学生能够通过一个典型案例将每个体系中涉及的基本概念和原理联系起来，掌握其中的逻辑关系和关键。采用互动式教学，通过设计案例有效地让学生在辩论、分析当中理解概念，培养总结和运用知识的能力，树立“催化是一门科学”的概念，从而增加对催化原理学习的信心和兴趣。下面举一案例以供讨论。案例目的：理解酸催化理论中，酸催化作用的基本原理———正碳离子机理和酸催化剂的基本性质。比如在学习酸催化剂的过程中，多数学生只知道典型的酸催化剂有液体酸、氧化物固体酸和分子筛，至于为什么存在这三种酸却不明就里。我们在教学过程中，设计了一个催化反应的案例，让学生理解酸催化剂的发展趋势是“液体酸→氧化物固体酸→分子筛”，这一趋势的产生主要基于酸催化的基本原理。案例内容：甲醇经过酸催化反应，可以生成二甲醚、多支链异构烷烃、汽油或低碳烯烃。研究发现，氧化铝（L酸）只能催化甲醇转化生成二甲醚；分子筛ZSM－5（B酸）催化既可以得到二甲醚，也可以得到汽油和低碳烯烃，但不能得到支链异构烷烃；分子筛Beta（B酸）和ZnCl2（L酸）除了可以催化甲醇反应制二甲醚外，还可以制备多支链异构烷烃。案例问题：1．为什么甲醇经过酸催化反应后，其产物分布非常多？2．为什么催化剂类型一样，甲醇反应得到的产物反而不同？3．是否存在一种普适的甲醇转化酸催化剂？案例解析：问题1主要让学生明确B酸和L酸的区别与联系，掌握如何依据酸催化的基本理论———正碳离子机理，根据正碳离子的稳定性去推导和判断叠合、烷基化、氢转移、β－裂解、异构化反应的可行性和产物的分布。问题2主要是让学生理解催化作用的概念，理解沸石分子筛择形催化的内涵。问题3则是让学生理解工业酸催化剂由“液体酸→氧化物固体酸→分子筛”逐步发展的历程，进而尝试分析酸催化剂设计和开发的趋势。通过对这个案例的充分讨论及师生互动，我们希望学生能够以正碳离子的稳定性为关键，将酸催化理论中的正碳离子反应类型和分子筛催化剂的择形性、工业酸催化剂的性能与要求有机地联系在一起。笔者的实践也证明了这一点。因此，单一典型的案例教学法有助于将催化原理教学中零散的知识点有序化。案例教学法本质是理论与实践相结合的互动式教学模式。它让学生在案例中学习理论知识，用理论知识去处理实际问题，培养学生分析问题和解决问题的能力。随着学科的发展和教育方法的革新，今后案例教学在催化原理教学中将得到更广泛的应用。
作者：吴志杰 单位：中国石油大学北京化学工程学院
