研究生課程《電極過程動力學》混合教學模式的探索與實踐

黃成德 蔡建爽

摘要：本文從e-learning平臺與問題導向等多種教學模式相結合的視角出發，以應用化學學科的專業課程——《電極過程動力學》為例，對教學模式、e-learning平臺構建及考核評價進行探索與實踐，嘗試提出提高應用化學學科研究生創新能力的方法與策略，為研究生課程的建設和改革提供新的思路。

關鍵詞：教學模式；教學改革；研究生課程；e-learning平臺

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）16-0128-03

以云計算和人工智能為標志的第四次產業革命已經影響了很多領域，以互聯網、云計算、大數據及人工智能等為代表的信息技術也促使教育業務開始智能化、自動化和數字化。這就要求研究生的教育目標應該轉向以能力培養為主，更加注重培養學生的批判性思考能力、創新能力等。研究生課程教學是研究生培養的重要環節，其課程體系是創新教育的重要載體之一。如何在研究生課程中既能構建合理的知識體系促進創新教育，又能培養學生發現、分析和解決問題的能力，充分發揮課程教學在研究生創新教育中應有的作用，是一個值得探討的課題[1]。本文從e-learning平臺與案例教學及問題導向等多種教學模式相結合的視角，以應用化學學科的專業核心課程——《電極過程動力學》為例，嘗試提出提高應用化學學科研究生創新能力的方法與策略，為研究生課程的建設和改革提供新的思路。

一、《電極過程動力學》課程教學存在的問題

1.授課方式單一。在傳統的研究生課程建設及教學中，教師是創建課程內容、傳授知識的中心，學生習慣于被動地接受教師所講的知識，缺乏參與性、主動性及探索性，久而久之，思維懈怠，缺乏創新能力和研究能力。

2.知識體系較為固化，教學內容的前沿性不足。雖然在教學中能夠以研究生的培養目標和培養體系為基準點，構建課程內容，但在深層次的知識結構和學科前沿相結合方面仍有不足，教學內容缺乏“新”和“活”的特點。然而，學科前沿對于拓寬研究生的研究視野、啟發研究思路以及培養研究生的創新意識和創新能力至關重要。

3.考核方式單調。在傳統的教學模式下，研究生的課程考核主要采用試卷考試、總結報告或小論文的形式，這些考核形式忽略研究生創新思維能力的培養。

二、研究生課程教學的研究現狀

研究生教育是“本科后以研究為主要特征的高層次的專業教育”，高層次的專業教育和以研究為主要特征是研究生教育的本質規定性[1]。為實現這一目標，課程教學上，教師應多維度、多方位地有意識引導學生培養科技素養，強調研究生創新思維等能力的培養。近年來，我國在研究生課程教學改革方面做了很多工作。例如，邢榮蓮針對“新常態”經濟形勢下社會對研究生的需求及碩士生培養中存在的問題，提出“零課時”課程教學模式[2]。孫輝則提出要靈活應用“研討式”教學方法的各種形式，合理增加基礎型和提高型實踐環節等方面的課程建設和教學改革，探索出針對工程研究和創新能力培養的碩士研究生課程教學模式[3]。王永林針對林業院校開設“分子植物病理學”課程所遇到的主要問題，結合北京林業大學研究生優質核心課程建設的教學實踐，從課程教學目標、教學內容設置與優化、教學方法、考核方式等方面探討了“分子植物病理學”課程建設和改革的問題。它優化了課程體系和教學內容，采用啟發式、課題式、討論式的教學方法，改變單一的考核形式，初步建成具有林業院校特色的“分子植物病理學”課程體系，實現以應用分子植物病理學知識解決森林病理學實際問題的培養目標，促進學生主觀能動性的發揮，提高了教學質量[4]。

三、教學改革的措施及方法

1.教學內容的擴展和深化。教學內容的擴展和深化是教學改革中的重要環節。教學內容應該在本科教育知識的基礎上進行拓展并加深難度。為了讓研究生在學習這門課程之后，能夠將所學知識用于今后的研究及實踐工作，還應考慮到在教學過程中如何將理論知識體現到實際應用中，同時拓展學生眼界，適當引入一些優秀的國外學術著作[3]。教學內容基于教材，因此綜合比較國內現有電化學理論相關教材，我們選擇了查全性院士編著的《電極過程動力學導論》。該教材的前半部分從電極/溶液界面的熱力學性質開始，逐漸闡述濃度極化、電化學極化、表面化學轉化為速控步驟的動力學特性和基本方程。該部分內容偏重理論，有一定的深度和難度，適合于研究生教學。為拓展學生的學習內容，我們在課堂教學中加入約6學時的國內外其他經典教材、書籍或文獻的內容。例如，將美國工程院院士、國際電化學家Allen J.Bard編著的Electrochemical Methods中的部分內容作為選講內容，增加到教學中。該書關于“微電極的優點和應用”的內容，讓學生對前沿研究所使用的電化學器件有了更深刻的認識。在教授電化學極化的微觀機制時，將諾貝爾獲獎者Marcus的相關理論要點介紹給學生，引導他們學習科學家是怎樣發現問題、分析問題和解決問題的。除上述基礎知識之外，我們還加入約4學時的課堂教學，闡述動力學公式在研究中的應用案例。例如，在鋰離子電池中，運用電化學阻抗譜可以得到鋰離子的擴散系數，分析電位對鋰離子擴散的影響及SEI膜的形成機理。講述循環伏安的方法時，讓學生評價最新報道的文獻中石墨烯超級電容性能測量方法的優缺點。這不但使學生了解到某些前沿課題，又有助于學生科研能力的培養和形成。

2.e-learning平臺資源的構建。根據國內外e-learning平臺的研究和使用經驗，《電極過程動力學》e-learning平臺的資源構建分為三部分：（1）在線課程：主要內容有5個，即課程簡介、課程內容大綱、教學視頻、課程要求（習題）、參考書目；（2）補充資料，這部分是教師推薦給學生的、與本課程相關的中英文論著、課件及論文等；（3）國外相關網站的鏈接。e-learning平臺資源的構建主要基于：①推進教學內容的國際化程度。為此，在補充資料中給出麻省理工學院電分析化學的相關資料和國際電化學家、美國工程院院士Allen J.Bard編著的Electrochemical Dictionary以及美國凱斯西儲大學原化工系系主任朗道教授的授課課件。②運用在線教學方式提高教學效果。e-learning教學平臺上有眾多的電極過程動力學基礎理論課程的微視頻等資料。這樣既能較好地實現“以學生為主體”的教學理念，又可以在教學方法和模式上進行改革，運用多樣化的實體教學方式提高學生的學習興趣和教學效果。③強調教學內容的前沿性。實際教學中，我們將最新、最前沿的科研信息，如2017年美國能源部的報告、2017年全國電化學會議論文摘要及其他研究報道等及時添加到教學補充資料中，保證平臺教學內容處于“新鮮”狀態，使學生在潛移默化中把握與課程相關的學科最新動態，為下一步開展前沿性研究做好準備。

3.教學模式的改革。教學模式不再局限于傳統接受式教學，如何用教學創新激發學生的創新意識，是該課題改革的關鍵。因此，在教學活動中，我們有意識地利用e-learning平臺的優勢，使每位學生成為教學活動的積極參與者而不是旁觀者。《電極過程動力學》課程內容理論性強，內容多，課時少，如何讓學生在有限的時間內接觸和了解到更多的知識與研究案例，需要借助e-learning平臺，依靠互聯網思維。為此，我們將課程內容按照章節劃分了約170個三級知識點，根據知識點進行微課視頻錄制和編輯。表1為其中一部分的課程結構設計。將完成的微課視頻放在e-learning平臺上，并根據課程總體內容進行線上教學嘗試。在2016級學生的教學活動中，我們采用了與孫輝等人[3]研究的相類似的方法，將已經在本科教學中學習過的液相傳質和電化學極化動力學的內容進行比對和分析，確定研究生階段的任務是對已學內容進行深化和拓展。因此，本課題將這兩章的教學內容通過“閱讀自講式”的教學形式指定給學生，讓學生通過預習，在課堂上將自己學習某個章節知識的心得和體會與大家分享。學生講述完畢后，教師對每位同學所講地內容做出評價，特別是對錯誤的觀點給予糾正或講解，達到解惑的目的。這對培養學生的自主學習能力以及積極探索多種解決問題的方法，的確有效。在組織學生進行自主研討式學習的過程中，學生能夠有效感知和理解教學內容，自主構建知識體系。例如，在講述“循環伏安方法”的內容時，學生沒有局限于課本知識，而是參考其他相關知識，歸納了“完全可逆”、“準可逆”、“不可逆”三種情況的循環伏安圖譜。在2017級學生的教學活動中，我們認為突出課程的啟發性、以問題為導向，使研究生在發現和探索問題中主動建構知識體系，也是十分必要的[5]。因此，進一步深化線上教學模式，將“閱讀自修”和“問題導向”結合在一起。線上給學生提出問題，課堂上，學生將自己對問題的理解和解答分享給大家。為此，根據劃分的知識點，我們構建了“問題題庫”。例如，在液相傳質的內容中，提出“濃差極化動力學公式推導的思路是什么”、“采用循環伏安曲線能夠判斷出哪些速度控制步驟？其判定依據是什么”等。這既能夠夯實和拓寬本門課程的基礎，又可進一步提高研究生的思維能力，使課程教學在研究生創新能力的培養中更好地發揮作用。從學生的呼應程度和學習態度來看，后一種教學模式對提高學生的自主學習能力是有益的。

4.考核方式的改革。一套科學的考核體系應至少有兩個作用：一是體現出課程教學目標和教學要求，二是考核結果應能明確反映學生對課程的掌握程度[6]。以往的《電極過程動力學》課程考核方式為開卷考試。秦海英認為[7，8]，這種考核評價方式使大多數學生對知識與技術的學習走進誤區，認為只要記住書本中的相關知識點即可，從而忽略自身的獨立思考與深入理解，不利于認知結構的積極建構。通過教學內容及教學模式的改革，考核方式應體現出研究生課堂互動、回答問題及閱讀自講的能力和積極性。因此，在該課程中，我們對考核方式進行了多元化探索，由平時成績（20%）、口頭報告（20%）、開卷考試（60%）構成。其中，平時成績主要包括課堂出勤和課后問題的解答及心得報告；口頭報告是指學生的課堂講述評價，鍛煉學生自學知識時的歸納總結能力、制作PPT的課件制作能力以及課堂上的語言表達能力。因此，我們設計了打分表（見表2）。該部分為聽講的所有學生打分后的平均值。在口頭報告實踐中，學生的表達能力得到相應的鍛煉，為以后的學術報告和工作匯報奠定基礎。開卷考試分為三部分：e-learning平臺中的試題庫、課本知識點及課堂教師拓展的案例或知識點，改變了一張試卷定水平的傳統單一考核方式。

四、結語

針對《電極過程動力學》課程，結合研究生教育的特點，從教學內容、教學方式和考核方式上進行初步的教學改革探索。在探索中發現，通過混合式教學，能夠拓寬學生專業知識，了解學科前沿與所學知識的關聯，增強專業興趣。這種方式對培養學生的科研素質和科研思維非常有益。混合式教學也給授課教師的素質和水平提出更高的要求，譬如，如何更新教學模式的理念和策略，如何通過科研活動及師生互動提高自身的教學能力和教學水平等。另外，在講授過程中，筆者還發現需要加強案例課程建設，因為讓研究生對各種案例進行分析、比較，將理論知識與科研及生產實際中產生的各種實際問題聯系起來，更有效地提高學生對知識的使用度，培養研究生的獨立思考能力。

參考文獻：

[1]林海蘭，董丁戈.碩士研究生新課程體系的建構——以思想政治教育碩士研究生課程體系建設為例[J].現代教育科學，2012，（5）：36-39.

[2]邢榮蓮，姜愛莉，周革非.“新常態”下全日制專業學位研究生培養存在問題以及“零課時”課程教學模式初探[J].當代教育實踐與教學研究，2018，（1）：247-248

[3]孫輝，王家俊.針對較高層次的碩士研究生人才培養的《高聚物流變學》課程建設與教學改革研究[J].山東化工，2017，（3）：112-115.

[4]王永林，田呈明.高等林業院?！胺肿又参锊±韺W”研究生課程教學改革的探索[J].中國林業教育，2017，35（02）：43-45.

[5]李昌新.研究生課程教學的研究性及其強化策略[J].中國高教研究，2009，（4）：24-25.

[6]吳馨，牛紅亞，趙存良.地質類專業研究生專業外語課程教學改革探究[J].大學教育，2018，（4）：184-186.

[7]秦海英.研究生《能源材料》課程教學改革探索[J].教育現代化，2017，4（26）：46-47.

[8]秦海英.《材料電化學》課程教學探討與實踐[J].教育改革論壇，2017，3（10）：154-155.