國家級線下一流本科課程電化學原理建設探索與實踐

左朋建　趙力　程新群　馬玉林　尹鴿平

摘? 要：電化學原理課程是電化學專業(yè)的核心理論課，對學生電化學實踐能力、科學與工程素養(yǎng)的培養(yǎng)具有基礎性地位和作用。該文介紹哈爾濱工業(yè)大學首批國家級線下一流本科課程電化學原理的建設和實施過程。從課程教學目標、內(nèi)容體系、教學模式、課程思政、考核方式和教學效果等方面闡述課程的建設歷程，為“雙萬計劃”背景下的一流課程建設提供重要參考和應用實踐。

關鍵詞：電化學原理；教學改革；課程思政；一流課程建設；電化學專業(yè)

中圖分類號：G640? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）14-0031-04

Abstract： Principles of Electrochemistry is the core theoretical course of electrochemistry science， which has a basic status and role in the cultivation of students' electrochemical practical ability and scientific and engineering literacy. This paper introduces the construction and implementation process of the first batch of national offline undergraduate course， Principles of Electrochemistry， in Harbin Institute of Technology. The course construction process is expounded from the aspects of course teaching objectives， content system， teaching mode， ideological and political education in courses， assessment methods and teaching effects， which provides an important reference and application practice for the construction of first-class courses under the background of the "Double Ten Thousand Plan".

Keywords： Principles of Electrochemistry; teaching reform; ideological and political education in courses; first-class course construction; electrochemistry major

黨的十二大報告強調(diào)，人才是第一資源，培養(yǎng)造就大批德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)人才，是國家和民族長遠發(fā)展大計。完善人才培養(yǎng)機制，做好人才自主培養(yǎng)之路，高校特別是“雙一流”大學要發(fā)揮人才培養(yǎng)主力軍作用。教育部發(fā)布的《關于一流本科課程建設的實施意見》（教高〔2019〕8號）指出，課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量。為貫徹落實習近平總書記關于教育的重要論述和全國教育大會精神，落實新時代全國高等學校本科教育工作會議要求，必須深化教育教學改革，必須把教學改革成果落實到課程建設上。樹立課程建設新理念，推進課程改革創(chuàng)新，實施科學課程評價，嚴格課程管理，完善以質(zhì)量為導向的課程建設激勵機制，形成多類型、多樣化的教學內(nèi)容與課程體系，是高等學校一流本科課程建設的必然要求。

電化學原理是理工科院校電化學方向的一門專業(yè)基礎課程，一直受到學生的高度重視。該課程的核心目的是為化學工程與工藝（電化學）、能源化學、電化學等相關專業(yè)學生的能力培養(yǎng)提供認識、分析和解決電化學問題的理論體系與方法體系。近年來，哈爾濱工業(yè)大學圍繞“電化學理論與電化學實踐相結(jié)合、教學模式改革、精細化過程評價、突出能力培養(yǎng)、塑造專業(yè)人才優(yōu)秀品格”的課程改革總體思路，立足電化學理論前沿，與電化學實踐深度融合，推動電化學原理課程建設不斷取得新突破，電化學原理課程先后獲得 “校級優(yōu)秀教學設計課程”“校級優(yōu)秀課程”“校級一流本科課程”以及國家級一流本科課程，有效支撐了電化學專業(yè)培養(yǎng)目標的達成。

一? 課程簡介與目標

1956年，哈爾濱工業(yè)大學積極響應國家戰(zhàn)略需求開始籌建電化學專業(yè)。1960年，哈工大正式成立電化學工學專業(yè)并開始招生，自此，電化學原理（又稱理論電化學）一直為化學工程與工藝（電化學）專業(yè)的核心基礎課。該課程是在無機化學與物理化學中有關電化學熱力學理論的基礎上，從電化學動力學觀點出發(fā)，深刻揭示電化學反應的內(nèi)在本質(zhì)和基本規(guī)律，全面闡述電化學反應速率與電極電勢之間的關系。通過對課程的學習使學生能夠分析電極/溶液界面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，能夠解析電化學反應中各個基元步驟的動力學基本規(guī)律，以及一些典型的電極過程基本動力學特征。使學生能夠運用所學的電化學理論知識和科學方法，識別和判斷電化學工程問題的特征參數(shù)和影響因素，并能夠給出電化學控制步驟和反應機理的研究方案和判定方法，能夠運用現(xiàn)代電化學科學研究的理念和方法，為電化學專業(yè)后續(xù)課程的學習和從事電化學研究與生產(chǎn)實踐打下堅實的理論基礎。通過將德育元素融入課程教學內(nèi)容，培養(yǎng)大學生責任心和使命感。通過將學術(shù)研究、科技發(fā)展前沿成果引入課程內(nèi)容，結(jié)合多元化考核評價，提高學生的深度學習能力、科研創(chuàng)新能力以及綜合素質(zhì)。

二? 課程內(nèi)容體系

本課程的教學內(nèi)容如圖1所示，包括緒論、雙層結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、電子轉(zhuǎn)移步驟動力學、液相傳質(zhì)及混合控制動力學、表面轉(zhuǎn)化步驟動力學，以及三個具體電極過程（氣體電極過程、金屬陰極過程和金屬陽極過程）動力學幾個章節(jié)。作為電化學專業(yè)的核心基礎課程，按照“兩性一度”金課建設標準，以學生為中心，建立電化學基本知識框架，激發(fā)學生內(nèi)在潛力與學習動力，全面掌握電化學重要知識點，包括電化學基本概念、電極/溶液界面雙層的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、基元步驟動力學、機理判定方法及典型電極過程的動力學理論等，建立從基本概念、基本原理到具體電極過程的知識脈絡。在此基礎上，使學生能夠應用所學知識點構(gòu)建知識網(wǎng)絡，結(jié)合學術(shù)前沿進展與實踐不斷融會貫通，能準確剖析工程問題核心所在，并能提出科學的解決方法和實施途徑。

三? 課程教學改革與實施情況

本課程理論性極強，公式和機理的推導過程較多，授課內(nèi)容要與電化學相關前沿進展緊密結(jié)合，最大限度激發(fā)學生學習本課程的內(nèi)源性動力，這也是本課程教學改革要解決的重點問題。本課程通過構(gòu)建以問題為導向的教學模式，在保證課堂教學質(zhì)量的前提下，結(jié)合課下作業(yè)和具體實踐精心設計課堂問題，將學生引導到科創(chuàng)實驗第二課堂，通過課前提問測試和課下文獻學習與實踐，提高學生對于課程內(nèi)容的認識和理解，強化學生的素質(zhì)教育和綜合能力培養(yǎng)；通過PPT展示和板書相結(jié)合，利用師生微信群等交流平臺，增加師生課程互動性，推進現(xiàn)代信息技術(shù)與課程教學的深度融合，積極引導學生進行探究式與個性化學習；教學過程中，精心進行課前準備，合理設計課堂內(nèi)容，注重搜集整理專業(yè)教師及國內(nèi)外學者在電催化、化學電源及金屬腐蝕等電化學領域的最新學術(shù)研究和技術(shù)開發(fā)成果，將科研成果及時向教學素材轉(zhuǎn)化，通過課程的持續(xù)改進，不斷增強課程前沿性和時代性。

課程思政建設方面，以專業(yè)課程教學改革為契機探索當前高校思想政治工作的新理念新模式，深入挖掘蘊含在專業(yè)課程中的思政教育資源，把專業(yè)課程教學目標和課程德育目標相結(jié)合，將思政教育融入理工科專業(yè)基礎課程的教學過程中，在專業(yè)知識傳授中融入價值引領，達到“以文化人、以文育人”的隱性課程思政目的，從而實現(xiàn)高校教育的價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授三位一體的教學目標。充分挖掘典型的隱性教育案例，例如在第一章中介紹電化學發(fā)展歷史的部分，增加了國內(nèi)電化學學科的發(fā)展情況，穿插了電化學專業(yè)老一輩科學家和教育家（例如查全性院士、盧國琦教授等）的勵志小故事，增強了課程的趣味性和思政教育功能。通過電化學原理課程中思政元素的加入，力爭傳播好、講述好中國故事、國內(nèi)電化學專業(yè)故事、哈工大八百壯士故事；豐富課程思政的課程體系，踐行將高校思想政治教育融入課程教學和改革的各環(huán)節(jié)、各方面的要求，實現(xiàn)立德樹人潤物無聲，尋求各科教學中專業(yè)知識與思想政治教育內(nèi)容之間的關聯(lián)性，并在課程開展的過程中，將思想政治教育的相關內(nèi)容融入教學當中，通過學科滲透的方式達到思想政治教育的目的。注重促進課程教學與愛國主義教育相結(jié)合，以專業(yè)和電化學學科的發(fā)展歷史為例，講述電化學專業(yè)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，特別是在19世紀和20世紀初，國外電化學學科發(fā)展迅速，而我國在這一時段由于歷史原因發(fā)展遲緩，結(jié)合哈爾濱工業(yè)大學電化學專業(yè)在20世紀80年代研發(fā)的國內(nèi)第一塊發(fā)泡鎳基的鎘鎳電池、國家最早的無氰電鍍技術(shù)等，弘揚愛國奮斗精神和愛國主義元素，激勵學生珍惜當前的大好時期，培養(yǎng)大學生對于國家、學校與家庭的責任心和使命感。

課程各環(huán)節(jié)不斷豐富和更新，結(jié)合最新科研進展，豐富課程習題庫；結(jié)合最新的國內(nèi)外學術(shù)和科研成果，完善了課程多媒體課件建設，在基礎理論與最新學術(shù)進展的高度融合方面完善多媒體教學課件，并做到科研成果及時向教學素材的轉(zhuǎn)化，有效提升了課程的時代性和互動性。如在氣體電極過程的“電催化”一節(jié)，增加了電催化領域的最新進展，同時加入了電催化研究領域待解決的關鍵問題，結(jié)合2019年諾貝爾化學獎的科學發(fā)現(xiàn)和科學家故事，激發(fā)了同學們在電化學領域的科研興趣（如圖2所示）；結(jié)合電化學理論前沿進展不斷完善課程內(nèi)容，如第二章中對雙電層模型的最新發(fā)展進行了總結(jié)和歸納，特別結(jié)合最新的科研成果對課程內(nèi)容進行了調(diào)整，通過引入最新科學進展使大家對該雙層理論部分有更深入的理解；針對極譜法這種傳統(tǒng)電化學研究方法的使用逐漸減少，課程對此部分內(nèi)容在注重基本原理的講解同時進行了刪減，同時考慮到旋轉(zhuǎn)圓盤電極、旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極現(xiàn)代電化學方法的廣泛應用，通過文獻查閱整理和實驗驗證，補充了關于新型電化學方法基本原理及應用情況；針對鋰離子電池嵌入反應基本原理，在“電化學控制與擴散控制的電極行為”部分增加了鋰離子在固相中的擴散動力學內(nèi)容，并結(jié)合電極和溶液中電子能級的匹配深入理解電化學極化過程，基于基元步驟動力學分析詳細闡述當前堿金屬二次電池材料的嵌入反應、轉(zhuǎn)化反應及合金化反應等新型電化學反應的動力學規(guī)律。

在課程考核方面，以激發(fā)學生對電化學理論的學習動力和電化學專業(yè)的志趣為著力點，完善過程評價制度，通過成績分析和課堂表現(xiàn)持續(xù)改進教學內(nèi)容和教學方法，建立全過程全方位多樣化考核機制。課程考核方式主要包括期末考試、期中測評和課程論文三個部分。另外，課下作業(yè)和課堂問題作為課程考核的輔助部分不計入成績，但作為教師課程持續(xù)改進的主要依據(jù)。課程論文部分要求學生針對某一知識點進行理論分析，并通過查閱經(jīng)典和前沿文獻，以課程論文的形式完成報告的撰寫，引導學生到創(chuàng)新實踐第二課堂，加強對學生課堂內(nèi)外學習的綜合評價，強化電化學理論最新進展的文獻閱讀量和閱讀能力考查，提升課程學習的廣度。通過學生分組討論，加強研究型、項目式學習，完善課程論文式、探索答辯式課程論文評價方法，提升了課程學習的深度和挑戰(zhàn)性。

四? 教學改革創(chuàng)新及成效

經(jīng)過不斷的教學探索和改革，課程團隊形成教學內(nèi)容系統(tǒng)全面、教學方法靈活多樣、評價方式突出學生個性化評估的教學特色。注重充分挖掘蘊含在電化學理論知識中的德育元素，實現(xiàn)了專業(yè)課與德育教育的有機結(jié)合，培養(yǎng)了大學生的責任心和使命擔當。通過對我國科學家電化學理論和應用成果的介紹增強了學生個人自信和專業(yè)自信；及時將電化學研究領域的最新學術(shù)研究和科技發(fā)展前沿成果引入課程，增強了課程前沿性和時代性，突破了學生的習慣性認知模式，培養(yǎng)了學生深度分析、大膽質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的精神和能力；創(chuàng)新教學模式，構(gòu)建以問題為導向的教學新方法，通過精心設計問題與課下作業(yè)學習相結(jié)合，引導學生進行課下學術(shù)文獻的深度學習，增強教學內(nèi)容的學習效果；利用師生微信群等多種方式，增加師生課程互動性，大力推進現(xiàn)代信息技術(shù)與教學深度融合，引導學生進行探究式與個性化學習；注重學生知識的全面性和綜合能力的培養(yǎng)，在保證課堂教學質(zhì)量的前提下，通過第二課堂強化學生的素質(zhì)教育和綜合能力培養(yǎng)，秉承“學生中心、產(chǎn)出導向、持續(xù)改進”的教學理念，建立了課程持續(xù)改進機制。

該課程深受專業(yè)學生喜愛，教學效果均在A以上。通過本課程學習，學生具有了極其扎實的理論功底，提升了學生深度分析和勇于創(chuàng)新的精神和能力，課程建設強有力支撐了專業(yè)建設和人才培養(yǎng)，本專業(yè)也被教育部認定為高等學校特色專業(yè)建設點和卓越工程師計劃建設點。課程融入電化學相關的人物和科學故事，將基礎理論與國內(nèi)外及哈爾濱工業(yè)大學電化學專業(yè)和行業(yè)的發(fā)展歷程緊密結(jié)合，并做到了科研成果及時向教學素材的轉(zhuǎn)化，增強了課程的趣味性及育人作用，推動實現(xiàn)全員全程全方位育人，為培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)電化學專業(yè)人才奠定了基礎。

五? 結(jié)束語

哈爾濱工業(yè)大學電化學專業(yè)經(jīng)過60多年不斷改革、發(fā)展和實踐的辦學過程，形成了工科特色鮮明的突出優(yōu)勢，電化學原理課程作為專業(yè)核心課在人才培養(yǎng)和專業(yè)建設中發(fā)揮了奠基性作用。電化學原理課程團隊成員根據(jù) “兩性一度”一流課程建設要求，以“立德樹人”為根本任務，以“以學生為中心、產(chǎn)出導向、持續(xù)改進”為教學理念，注重融入課程思政教育理念，將科研成果向教學素材及時轉(zhuǎn)化，建設豐富的理論和實踐教學資源，進一步通過考核方式多樣化調(diào)動學生參與研究、討論和分析工程技術(shù)問題的積極性，提高學生分析和解決實際問題的能力，激發(fā)學生學習的興趣，全面提升課程教學質(zhì)量和教學效果，培養(yǎng)電化學專業(yè)學生的科學素養(yǎng)、研究性思維、實踐能力與工程素養(yǎng)。

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基金項目：國家級線下一流本科課程“電化學原理”建設項目（教高函〔2020〕8號）；哈爾濱工業(yè)大學教學發(fā)展基金項目“電化學原理課程思政研究”（XSZ2019023）；哈爾濱工業(yè)大學研究生教育教學改革研究項目“產(chǎn)教融合背景下基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的研究生理論課程改革探索——以電化學專業(yè)為例”（23MS022）

第一作者簡介：左朋建（1980-），男，漢族，河南開封人，博士，教授。研究方向為電化學。