新工科背景下的電化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系建設(shè)

趙峰鳴 褚有群 朱英紅 徐穎華 陳趙揚(yáng)

摘要：新工科背景下，與應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程體系建設(shè)，已成為專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)與理論課程教學(xué)的銜接，實(shí)驗(yàn)課程體系與專業(yè)學(xué)術(shù)前沿的銜接，實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目與社會研究熱點(diǎn)的銜接，是激勵大學(xué)生學(xué)習(xí)熱情與積極性的內(nèi)在動力，是培養(yǎng)大學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力的強(qiáng)化手段。通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的革新和實(shí)驗(yàn)課程體系的建設(shè)，能夠達(dá)到更好的教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：新工科;電化學(xué);專業(yè)實(shí)驗(yàn);課程建設(shè)

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）36-0277-02

實(shí)驗(yàn)課程是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的主要組成部分，是培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的必要環(huán)節(jié)，是訓(xùn)練大學(xué)生工程能力的有效手段。在新工科背景下，對卓越電化學(xué)工程師的培養(yǎng)，強(qiáng)化大學(xué)生在專業(yè)課程學(xué)習(xí)中自主積極性的提升和創(chuàng)造力的展現(xiàn)，專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的革新，是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的內(nèi)在動力和強(qiáng)化手段。因此，我們構(gòu)建的分層次創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程體系，將主要面向電化學(xué)專業(yè)本科生，同時為所有相關(guān)專業(yè)方向及其他對電化學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)感興趣的大學(xué)生開放與共享。

一、理論課程教學(xué)體系與實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系的融合

目前，電化學(xué)專業(yè)的理論課程是以電化學(xué)原理為核心、向基礎(chǔ)型和應(yīng)用型衍生出的基礎(chǔ)測試方法一專業(yè)綜合課程一應(yīng)用型擴(kuò)展課程的建設(shè)體系。其中，電化學(xué)測試技術(shù)是專業(yè)基礎(chǔ)必修課，開設(shè)專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn);綠色電化學(xué)合成是我校電化學(xué)專業(yè)的特色，馬淳安教授團(tuán)隊(duì)實(shí)施多個大型有機(jī)電化學(xué)綠色合成與清潔生產(chǎn)技術(shù)的工業(yè)化項(xiàng)目，在電化學(xué)行業(yè)具有重要影響;能源電化學(xué)是電化學(xué)專業(yè)的重點(diǎn)方向，是化學(xué)電源技術(shù)在未來新能源戰(zhàn)略的關(guān)鍵點(diǎn)。這些綜合性課程對應(yīng)開設(shè)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)。為了能與社會需求相適應(yīng)，在選修課中開設(shè)電化學(xué)加工技術(shù)、環(huán)境電化學(xué)、材料電化學(xué)，分別對應(yīng)社會生產(chǎn)中的電解加工、電子電鍍、表面工程、環(huán)境處理、金屬腐蝕與防護(hù)，拓展電化學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域，使大學(xué)生具備實(shí)用的工程技術(shù)能力，對應(yīng)開設(shè)專業(yè)大實(shí)驗(yàn)，同時從時間上接軌畢業(yè)環(huán)節(jié)。電化學(xué)專業(yè)經(jīng)過多年積累，體現(xiàn)理論課程與實(shí)驗(yàn)課程的銜接關(guān)系，實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)到實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練的教學(xué)模式，輔以機(jī)械工程訓(xùn)練、認(rèn)知實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的動手能力，展示卓越電化學(xué)工程師的培養(yǎng)思路。但這種培養(yǎng)模式對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性、自主性和主動性還存在問題，主要是家長式的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置與管理辦法，存在吸引力缺乏、興趣點(diǎn)弱化的問題。

事實(shí)上，電化學(xué)專業(yè)的最大特色是具有極強(qiáng)的學(xué)科交叉性。以電化學(xué)原理為基礎(chǔ)，以原電池和電解池理論為引線，電化學(xué)技術(shù)與方法可以穿插許多學(xué)科之中，融合為新興的研究熱點(diǎn)，如與有機(jī)化學(xué)的融合一有機(jī)電化學(xué)合成;與無機(jī)化學(xué)的融合一氯堿工程、熔鹽電解鋁、濕法冶金與電子電鍍;與物理化學(xué)的融合一電極過程動力學(xué)與電催化;與分析化學(xué)的融合一電分析與電化學(xué)傳感器;與能源體系的融合一化學(xué)電源技術(shù)與規(guī)?；瘍δ?與功能材料的融合一電致變色及光電功能器件;與生物化學(xué)的融合一生物燃料電池與生物酶分子傳感器;與海洋科學(xué)的融合一電解海水與海水淡化技術(shù);與環(huán)境科學(xué)的融合一高級電化學(xué)氧化技術(shù)與環(huán)境治理……綜上所述，電化學(xué)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前社會熱點(diǎn)的關(guān)聯(lián)，如綠色化工、新能源、傳感器、（生物）燃料電池、海水淡化、廢水處理等，如果能實(shí)施這類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將會從科學(xué)技術(shù)融合交叉中展現(xiàn)電化學(xué)技術(shù)的魅力，這將是最大的吸引力和興趣點(diǎn)。如果能自主開展這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將會積極主動地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在實(shí)驗(yàn)過程中展現(xiàn)自發(fā)性和創(chuàng)造力。但是，如果將這些興趣點(diǎn)排入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，煩瑣無序，不利于學(xué)生創(chuàng)造性的發(fā)揮。因此，將必修與選修結(jié)合、主動與被動結(jié)合、自主與他項(xiàng)結(jié)合，對學(xué)生進(jìn)行無差別限項(xiàng)，對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行分層次開放，建立一個層次分明的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系，是我們工作的重點(diǎn)。實(shí)施思路是以三門專業(yè)實(shí)驗(yàn)+一門工程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的課程為中心，輔以相應(yīng)課堂的理論教學(xué)，目的是將課堂教學(xué)的內(nèi)容在專業(yè)實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用。同時，專業(yè)實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)課堂教學(xué)質(zhì)量直接有效的手段，最終目的是實(shí)現(xiàn)無差別、有限制地開放本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生有地方探索、自主性探索、勇敢探索，積累創(chuàng)新意識，展現(xiàn)創(chuàng)造力。

二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與工程，工藝設(shè)計(jì)項(xiàng)目的融合

我們針對現(xiàn)有的三門實(shí)驗(yàn)課程：專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)和專業(yè)大實(shí)驗(yàn)，結(jié)合電化學(xué)工程設(shè)計(jì)的實(shí)踐課程，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目形式和開展手段進(jìn)行梳理，提出一套可操作性強(qiáng)、具有選擇性功能的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)方法。具體內(nèi)容分為三個方面。

1.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的篩選與梳理——實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的建設(shè)。（1）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目匯總，根據(jù)開設(shè)的理論課程、社會熱點(diǎn)、學(xué)生興趣點(diǎn)情況，將可能開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行整理和歸納;（2）對可能開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，按照對學(xué)生培養(yǎng)程度和實(shí)驗(yàn)開展的難易程度，分成必選、限選和自選進(jìn)行改編;（3）對改編的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書至少試行一學(xué)期，及時修正和完善。

2.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分層次方案與相應(yīng)的課程規(guī)劃—基層教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)。電化學(xué)專業(yè)在第5學(xué)期進(jìn)入專業(yè)課程學(xué)習(xí)，由理論課的任課教師帶相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，優(yōu)點(diǎn)是更細(xì)致、更透徹地實(shí)施實(shí)驗(yàn)課，缺點(diǎn)是不易激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探索的動力和自主學(xué)習(xí)的興趣，缺乏實(shí)驗(yàn)的主動性思考。因此，我們要繼承優(yōu)點(diǎn)，改掉缺點(diǎn)。（1）根據(jù)理論課程性質(zhì)和應(yīng)用領(lǐng)域，以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為引線，重新組建課程群和實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì);（2）引導(dǎo)青年教師參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)其教學(xué)技能，引導(dǎo)和拓展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn);（3）優(yōu)選研究生輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，樹立學(xué)長榜樣。

3.以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，提升工程設(shè)計(jì)課程的核心創(chuàng)造力——創(chuàng)新能力評價。實(shí)施的實(shí)驗(yàn)教學(xué)層次為：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能一綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ淮笮蛯?shí)驗(yàn)規(guī)劃。實(shí)驗(yàn)技能的運(yùn)用和發(fā)展，通過提升工程設(shè)計(jì)課程來實(shí)現(xiàn)。（1）讓實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目體現(xiàn)電化學(xué)工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)從校內(nèi)實(shí)驗(yàn)到實(shí)際工廠的銜接;（2）強(qiáng)化工程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要地位，在設(shè)計(jì)過程中發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新思維;（3）建立創(chuàng)新能力評價方法，從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能一綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ淮笮蛯?shí)驗(yàn)規(guī)劃一工程設(shè)計(jì)展現(xiàn)四個方面的創(chuàng)新能力，分階段、分層次建立綜合評價機(jī)制。

三、突出實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的作用與實(shí)施方法

1.實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的重新修訂。首先，歸納和整理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以實(shí)驗(yàn)教材標(biāo)準(zhǔn)化修整指導(dǎo)書。與實(shí)驗(yàn)講義的區(qū)別：（1）明確必修和選修;（2）在自選項(xiàng)目中，結(jié)合我校各類課外科技活動提交申請，提供實(shí)驗(yàn)場地、儀器和藥品，分步驟、有限制地開放教學(xué)實(shí)驗(yàn)室;（3）協(xié)調(diào)任課教師兼實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，引導(dǎo)青年教師利用學(xué)術(shù)前沿強(qiáng)化課外科技活動的指導(dǎo)。（4）工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目直接從專業(yè)實(shí)驗(yàn)中遴選，不僅實(shí)現(xiàn)專業(yè)實(shí)驗(yàn)的延續(xù)，更能促進(jìn)學(xué)生對設(shè)計(jì)過程的思考。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法不僅在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和手段上創(chuàng)新，更能在一個系統(tǒng)培養(yǎng)過程中，積累創(chuàng)新意識，展現(xiàn)創(chuàng)造力。

2.專業(yè)實(shí)驗(yàn)分層體系與實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的作用。在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的修訂過程中，根據(jù)理論課程分類，建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，由教學(xué)團(tuán)隊(duì)收集并整理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行歸納和篩選;引導(dǎo)青年教師加入工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，在任課教師的帶動下，提升青年教師的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)能力。上述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目修訂后，對相應(yīng)的三門實(shí)驗(yàn)課程和一門課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱做相應(yīng)的修改與調(diào)整，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目課程群的建立。

3.運(yùn)行效果與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的反饋和評價。對創(chuàng)新能力培養(yǎng)的評價：（1）實(shí)施實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后對實(shí)驗(yàn)報告的量化評價;（2）工程設(shè)計(jì)文本質(zhì)量的評價;（3）課堂答辯，綜合素質(zhì)的評價。

實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是工程教育中非常關(guān)鍵的內(nèi)容。構(gòu)建新工科背景下的電化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系，能充分發(fā)揮電化學(xué)專業(yè)的工程特色，既能有效地激發(fā)學(xué)生對創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的興趣，又能帶動學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)，達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐效果，提高教學(xué)質(zhì)量。