《材料電化學》課程教學探討與實踐

秦海英

摘要：《材料電化學》是本校功能材料專業(yè)本科生的專業(yè)選修課，本文從課程特點和教學現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合功能材料專業(yè)特點和電化學課程內(nèi)容，探討了《材料電化學》課程教學內(nèi)容、教學方法和考核方式的改革與實踐，提出了課程教學改革的切實可行的具體措施。

關(guān)鍵詞：《材料電化學》；教學改革；教學實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）10-0154-02

一、引言

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎，材料科學的發(fā)展與突破可促進時代的變遷，推動人類物質(zhì)文明和社會進步。隨著當今科學技術(shù)的蓬勃發(fā)展，材料學和電化學交叉領(lǐng)域的研究越來越受到科技工作者的關(guān)注，例如化學電源中電極材料的表面修飾與改性、新型納米結(jié)構(gòu)材料的電化學制備、電解質(zhì)材料的研發(fā)、傳感材料與信息轉(zhuǎn)換材料的發(fā)展等。而現(xiàn)代電化學與材料科學相互交叉、滲透，也逐漸形成了新的分支——材料電化學。鑒于材料電化學研究的廣度和深度呈現(xiàn)快速增長的趨勢，越來越多的高校在材料學相關(guān)專業(yè)開設了電化學原理課程，并將其作為專業(yè)的重要基礎選修課程之一。與材料專業(yè)其他選修課相比，《材料電化學》是一門綜合性、專業(yè)性和實踐性很強的課程，其內(nèi)容涉及電化學、材料、物理、化學等領(lǐng)域，具有涵蓋范圍廣、知識點復雜以及知識更新快的特點。要清楚地教授課程內(nèi)容并取得良好的教學效果存在一定的難度，迫切需要在課程教學自身進行創(chuàng)新和改革。本文通過分析《材料電化學》課程的教學現(xiàn)狀，初步探討了如何結(jié)合功能材料專業(yè)特點和電化學基礎課程內(nèi)容，對教學內(nèi)容、教學方法以及考核方式等方面的改革進行了探討，以期提高教學效果。

二、《材料電化學》課程的教學現(xiàn)狀

《材料電化學》課程的教學目標：（1）掌握電化學的基礎理論知識，包括電化學熱力學和電化學動力學兩大方面的基礎理論。（2）熟悉材料電化學的研究方向和熱點，包括材料電化學制備和化學電源。通過這兩大內(nèi)容的學習旨在使學生掌握一定的材料電化學的綜合知識，加深對應用于材料領(lǐng)域的電化學知識的理解，學會分析和解決材料電化學應用領(lǐng)域中的各種實際問題的能力，并著重培養(yǎng)學生多向思維能力，為后續(xù)金屬腐蝕與防護、電化學測試技術(shù)和能源材料等專業(yè)課程學習奠定基礎。

目前在課堂教學過程中存在以下問題：（1）教學內(nèi)容與教材的匹配。《材料電化學》是一門新興的綜合性學科，尚未見有與材料科學與基礎、材料力學性能和材料制備方法等基礎課所匹配的經(jīng)典教材。（2）課程教學以教師在課堂中教授為主，學生非主動接受枯燥和豐富的知識，沒有相關(guān)實驗輔助，對許多抽象內(nèi)容難以理解。（3）課程的考核方式以筆試為主，導致學生對于知識的綜合理解運用能力得不到鍛煉。以上3個典型問題導致學生學習積極性不夠、教學效果差，因此《材料電化學》課程在功能材料專業(yè)本科教學中進行改革是十分有必要的。

三、課程教學策略

1.教學內(nèi)容的構(gòu)建。我校的功能材料專業(yè)主要是培養(yǎng)具有金屬功能材料、磁性材料、儲能材料和發(fā)光材料等新型功能材料專業(yè)背景，滿足能在新型功能材料制備、加工和測試等領(lǐng)域教學和技術(shù)開發(fā)的綜合性科學研究與工程技術(shù)人才。因而在教學內(nèi)容實踐中要綜合考慮材料學與電化學兩門學科的特點，國內(nèi)目前還沒有教材可以完全綜合了電化學基礎和材料電化學應用兩方面的知識。考慮到本科生在前期學習中掌握的電化學方面的知識有限，本課程教學以基礎教學為主，因此選用普通高校“十一五”規(guī)劃教材——李荻編著的《電化學原理》作為本課程中電化學的基礎知識教材，兼顧參考趙輝譯著的《納米材料電化學》作為本課程中材料電化學制備知識教材。

最后，教學內(nèi)容分成基礎知識和實例應用兩大部分展開。（1）介紹概括性強的電化學基礎知識：①電化學熱力學知識，包括電解質(zhì)溶液、相間電位、可逆電極、不可逆電極和平衡電極電位；②電化學動力學知識，包括電極/溶液界面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、電極過程、液相傳遞步驟動力學和電子轉(zhuǎn)移步驟動力學。（2）按照電化學在材料科學的應用介紹實例部分：①電化學方法制備納米材料，以電沉積法制備半導體量子點薄膜為實例；②化學電源電極材料，以鋰離子電池為實例，闡述電池的工作原理及其電極材料的研發(fā)進展。通過實例介紹來引導學生將電化學基礎與材料學知識之間進行比較和整合，從而牢固地把握所學的材料電化學基礎知識，也為后繼其他專業(yè)課的教學打下堅實的基礎，形成良性循環(huán)。

2.教學方式的改革。目前，課堂教學中以多媒體教學為主，多媒體教學雖然可以節(jié)省教學板書時間，但是不容易讓學生把握教學重點和難點內(nèi)容，尤其是重點知識點的分析需要獨立思考，難點知識的闡釋需要互動探討，所以有必要安排不同的學習活動，引導學生從感性體驗走向理性分析，再開展批判性闡釋。在教學實踐中，講到一些重要知識點，例如關(guān)于平衡電極電位的計算，適當?shù)厥褂冒鍟鸩綄懗鲭姌O反應方程式，根據(jù)能斯特方程計算出電極電位，這種逐步講解的過程可以使學生有更多的思考時間，理解和消化講解內(nèi)容。

《材料電化學》是一門與實踐結(jié)合緊密的課程，單一的理論知識的講解容易導致學生對于知識點的理解不夠深入。由于該課程的教學課時十分緊張，沒有安排實驗與實踐環(huán)節(jié)，為了彌補實驗環(huán)節(jié)的缺失，可以充分利用多媒體教學的優(yōu)勢引入典型電化學實驗的視頻，例如銅鋅原電池的構(gòu)建。通過視覺感受加深學生對原電池的構(gòu)建，電極反應的現(xiàn)象和原電池電動勢的計算的理解和認識。

3.考核方式的設計。目前高校中，理論課程的考核方式仍以筆試為主，期末考試成績通常占總成績的70%以上，然而這種考核評價方式使得大多數(shù)學生對知識與技術(shù)的學習走進誤區(qū)，被動記住書本中相關(guān)知識點即可，從而忽略了自身的批判性獨立思考與深入理解，不利于認知結(jié)構(gòu)的積極建構(gòu)。在我們的課程中，期末考核采用開卷考試方式，最終成績由平時成績（20%）、課后作業(yè)（20%）及開卷考試成績（60%）構(gòu)成最終成績。其中，平時成績主要包括課堂出勤、問答互動和理論知識點隨堂測試等方面的考核；課后作業(yè)考察學生對知識點的理解和運用；開卷考試檢驗學生對教學內(nèi)容的掌握情況。采用這種考核機制，期望有效調(diào)動學生的學習主觀能動性，加深對基礎知識的理解和掌握。

四、結(jié)語

通過上述對《材料電化學》課程開設所采取的改革措施與實踐，明確了我校功能材料專業(yè)在該課程中的教學內(nèi)容、教學方式和考核方式，將抽象的電化學基礎知識與材料領(lǐng)域的實例應用緊密結(jié)合起來，有利于發(fā)揮學生的學習主動性，使學生掌握材料電化學的基本理論，為將來的學習和工作奠定基礎。

參考文獻：

[1]劉丹青,蘇軼坤,王雷.材料學專業(yè)《電化學原理》教學改革初探[J].廣東化工,2016,(43):122-124.

[2]王瑩,任玉榮,袁寧一.電化學基礎在新能源材料專業(yè)中的教學改革與實踐探索[J].教育教學論壇,2014,(37):160-161.

[3]陳麗江,洪小平.探討應用化學專業(yè)《電化學原理與應用》課程教學[J].教育教學論壇,2011,(29):43-45.

[4]李荻.電化學原理[M].北京航空航天大學出版社,2008.

[5]普利斯.材料電化學[M].北京:科學出版社,2008.

[6]張勇,王力臻,張林森,李曉峰,張愛勤,宋延華.加強素質(zhì)教育,深化電化學工程系列課程教學改革[J].河南化工,2010,(21):68-71.

[7]劉梅川,趙國華,吳梅芬,李明芳.分層次電化學實驗教學改革[J].大學化學,2009,(02):32-35,58.

[8]胡婕,黃浩.改革電化學實驗,培養(yǎng)高素質(zhì)人才[J].燕山大學學報(哲學社會科學版),2007,(S1):282-283.

[9]吳旭冉,賈志軍,馬洪運,廖斯達,王保國.電化學基礎(Ⅲ)——雙電層模型及其發(fā)展[J].儲能科學與技術(shù),2013,(02):78-82.

[10]邵艷群,彭開萍.加強課程改革提高專業(yè)碩士的職業(yè)性——以《電化學原理與測試技術(shù)》為例[J].高教學刊,2016,(02):63-64.

The Curriculum Teaching "Materials Electrochemistry" Study and Practice

QIN Hai-ying

(Hangzhou Dianzi University College of Materials& Environmental Engineering,Hangzhou,Zheijiang 310036,China)

Abstract:The "Materials Electrochemistry" is the functional materials professional undergraduate professional elective courses,this article embarks from the curriculum characteristics and teaching status quo,combining with the characteristics of functional materials professional and electrochemical course content,discusses the "Materials Electrochemistry" course teaching content,teaching method and examination mode reform and practice,put forward the feasible measures of the course teaching reform.

Key words:"Materials Electrochemistry";the teaching reform;teaching practice