新工科背景下的電化學專業實驗課程體系建設

趙峰鳴 褚有群 朱英紅 徐穎華 陳趙揚

摘要：新工科背景下，與應用技術型人才培養相適應的實驗課程體系建設，已成為專業實驗室建設的重要環節。實驗課程教學與理論課程教學的銜接，實驗課程體系與專業學術前沿的銜接，實驗教學項目與社會研究熱點的銜接，是激勵大學生學習熱情與積極性的內在動力，是培養大學生工程能力和創新能力的強化手段。通過專業實驗項目的革新和實驗課程體系的建設，能夠達到更好的教學效果，提高教學質量。

關鍵詞：新工科;電化學;專業實驗;課程建設

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

實驗課程是實踐教學環節的主要組成部分，是培養大學生實踐能力和創新能力的必要環節，是訓練大學生工程能力的有效手段。在新工科背景下，對卓越電化學工程師的培養，強化大學生在專業課程學習中自主積極性的提升和創造力的展現，專業實驗項目的革新，是實現這一轉變的內在動力和強化手段。因此，我們構建的分層次創新性實驗課程體系，將主要面向電化學專業本科生，同時為所有相關專業方向及其他對電化學實驗、實踐環節感興趣的大學生開放與共享。

一、理論課程教學體系與實驗課程教學體系的融合

目前，電化學專業的理論課程是以電化學原理為核心、向基礎型和應用型衍生出的基礎測試方法一專業綜合課程一應用型擴展課程的建設體系。其中，電化學測試技術是專業基礎必修課，開設專業基礎實驗;綠色電化學合成是我校電化學專業的特色，馬淳安教授團隊實施多個大型有機電化學綠色合成與清潔生產技術的工業化項目，在電化學行業具有重要影響;能源電化學是電化學專業的重點方向，是化學電源技術在未來新能源戰略的關鍵點。這些綜合性課程對應開設專業綜合實驗。為了能與社會需求相適應，在選修課中開設電化學加工技術、環境電化學、材料電化學，分別對應社會生產中的電解加工、電子電鍍、表面工程、環境處理、金屬腐蝕與防護，拓展電化學的應用領域，使大學生具備實用的工程技術能力，對應開設專業大實驗，同時從時間上接軌畢業環節。電化學專業經過多年積累，體現理論課程與實驗課程的銜接關系，實現從基礎知識學習到實踐環節訓練的教學模式，輔以機械工程訓練、認知實習、生產實習和畢業環節，培養學生較強的動手能力，展示卓越電化學工程師的培養思路。但這種培養模式對培養學生的創造性、自主性和主動性還存在問題，主要是家長式的實驗項目設置與管理辦法，存在吸引力缺乏、興趣點弱化的問題。

事實上，電化學專業的最大特色是具有極強的學科交叉性。以電化學原理為基礎，以原電池和電解池理論為引線，電化學技術與方法可以穿插許多學科之中，融合為新興的研究熱點，如與有機化學的融合一有機電化學合成;與無機化學的融合一氯堿工程、熔鹽電解鋁、濕法冶金與電子電鍍;與物理化學的融合一電極過程動力學與電催化;與分析化學的融合一電分析與電化學傳感器;與能源體系的融合一化學電源技術與規模化儲能;與功能材料的融合一電致變色及光電功能器件;與生物化學的融合一生物燃料電池與生物酶分子傳感器;與海洋科學的融合一電解海水與海水淡化技術;與環境科學的融合一高級電化學氧化技術與環境治理……綜上所述，電化學技術可以實現與當前社會熱點的關聯，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，如果能實施這類實驗項目，將會從科學技術融合交叉中展現電化學技術的魅力，這將是最大的吸引力和興趣點。如果能自主開展這些實驗項目，將會積極主動地激發學生的學習興趣，在實驗過程中展現自發性和創造力。但是，如果將這些興趣點排入實驗教學，煩瑣無序，不利于學生創造性的發揮。因此，將必修與選修結合、主動與被動結合、自主與他項結合，對學生進行無差別限項，對實驗項目進行分層次開放，建立一個層次分明的實驗課程教學體系，是我們工作的重點。實施思路是以三門專業實驗+一門工程設計實踐環節的課程為中心，輔以相應課堂的理論教學，目的是將課堂教學的內容在專業實驗中運用。同時，專業實驗是檢驗課堂教學質量直接有效的手段，最終目的是實現無差別、有限制地開放本科教學實驗室，讓學生有地方探索、自主性探索、勇敢探索，積累創新意識，展現創造力。

二、實驗項目與工程，工藝設計項目的融合

我們針對現有的三門實驗課程：專業基礎實驗、專業綜合實驗和專業大實驗，結合電化學工程設計的實踐課程，對實驗內容、實驗項目形式和開展手段進行梳理，提出一套可操作性強、具有選擇性功能的實驗項目教學方法。具體內容分為三個方面。

1.實驗項目的篩選與梳理——實驗指導書的建設。（1）實驗項目匯總，根據開設的理論課程、社會熱點、學生興趣點情況，將可能開設的實驗項目進行整理和歸納;（2）對可能開設的實驗項目，按照對學生培養程度和實驗開展的難易程度，分成必選、限選和自選進行改編;（3）對改編的實驗指導書至少試行一學期，及時修正和完善。

2.實驗項目分層次方案與相應的課程規劃—基層教學團隊建設。電化學專業在第5學期進入專業課程學習，由理論課的任課教師帶相應的實驗項目，優點是更細致、更透徹地實施實驗課，缺點是不易激發學生進一步探索的動力和自主學習的興趣，缺乏實驗的主動性思考。因此，我們要繼承優點，改掉缺點。（1）根據理論課程性質和應用領域，以實驗項目為引線，重新組建課程群和實驗教學團隊;（2）引導青年教師參與實驗教學，培養其教學技能，引導和拓展創新性實驗;（3）優選研究生輔助實驗教學，樹立學長榜樣。

3.以實驗項目為基礎，提升工程設計課程的核心創造力——創新能力評價。實施的實驗教學層次為：基礎實驗技能一綜合實驗能力一大型實驗規劃。實驗技能的運用和發展，通過提升工程設計課程來實現。（1）讓實驗項目體現電化學工程設計的內容，實現從校內實驗到實際工廠的銜接;（2）強化工程設計實踐環節的重要地位，在設計過程中發揮學生的創造力和創新思維;（3）建立創新能力評價方法，從基礎實驗技能一綜合實驗能力一大型實驗規劃一工程設計展現四個方面的創新能力，分階段、分層次建立綜合評價機制。

三、突出實驗指導書的作用與實施方法

1.實驗指導書的重新修訂。首先，歸納和整理實驗項目，以實驗教材標準化修整指導書。與實驗講義的區別：（1）明確必修和選修;（2）在自選項目中，結合我校各類課外科技活動提交申請，提供實驗場地、儀器和藥品，分步驟、有限制地開放教學實驗室;（3）協調任課教師兼實驗指導，引導青年教師利用學術前沿強化課外科技活動的指導。（4）工程設計項目直接從專業實驗中遴選，不僅實現專業實驗的延續，更能促進學生對設計過程的思考。因此，實驗教學方法不僅在實驗內容和手段上創新，更能在一個系統培養過程中，積累創新意識，展現創造力。

2.專業實驗分層體系與實驗團隊的作用。在實驗指導書的修訂過程中，根據理論課程分類，建立實驗教學團隊，由教學團隊收集并整理實驗項目進行歸納和篩選;引導青年教師加入工程設計團隊，在任課教師的帶動下，提升青年教師的工程實踐經驗和教學能力。上述實驗項目修訂后，對相應的三門實驗課程和一門課程設計教學大綱做相應的修改與調整，促進實驗項目課程群的建立。

3.運行效果與實驗項目的反饋和評價。對創新能力培養的評價：（1）實施實驗項目后對實驗報告的量化評價;（2）工程設計文本質量的評價;（3）課堂答辯，綜合素質的評價。

實驗與實踐教學環節是工程教育中非常關鍵的內容。構建新工科背景下的電化學專業實驗課程體系，能充分發揮電化學專業的工程特色，既能有效地激發學生對創新性實驗項目的興趣，又能帶動學生創造力的培養，達到更好的實驗、實踐效果，提高教學質量。