新工科背景下的电化学专业实验课程体系建设

赵峰鸣 褚有群 朱英红 徐颖华 陈赵扬

摘要：新工科背景下，与应用技术型人才培养相适应的实验课程体系建设，已成为专业实验室建设的重要环节。实验课程教学与理论课程教学的衔接，实验课程体系与专业学术前沿的衔接，实验教学项目与社会研究热点的衔接，是激励大学生学习热情与积极性的内在动力，是培养大学生工程能力和创新能力的强化手段。通过专业实验项目的革新和实验课程体系的建设，能够达到更好的教学效果，提高教学质量。

关键词：新工科;电化学;专业实验;课程建设

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）36-0277-02

实验课程是实践教学环节的主要组成部分，是培养大学生实践能力和创新能力的必要环节，是训练大学生工程能力的有效手段。在新工科背景下，对卓越电化学工程师的培养，强化大学生在专业课程学习中自主积极性的提升和创造力的展现，专业实验项目的革新，是实现这一转变的内在动力和强化手段。因此，我们构建的分层次创新性实验课程体系，将主要面向电化学专业本科生，同时为所有相关专业方向及其他对电化学实验、实践环节感兴趣的大学生开放与共享。

一、理论课程教学体系与实验课程教学体系的融合

目前，电化学专业的理论课程是以电化学原理为核心、向基础型和应用型衍生出的基础测试方法一专业综合课程一应用型扩展课程的建设体系。其中，电化学测试技术是专业基础必修课，开设专业基础实验;绿色电化学合成是我校电化学专业的特色，马淳安教授团队实施多个大型有机电化学绿色合成与清洁生产技术的工业化项目，在电化学行业具有重要影响;能源电化学是电化学专业的重点方向，是化学电源技术在未来新能源战略的关键点。这些综合性课程对应开设专业综合实验。为了能与社会需求相适应，在选修课中开设电化学加工技术、环境电化学、材料电化学，分别对应社会生产中的电解加工、电子电镀、表面工程、环境处理、金属腐蚀与防护，拓展电化学的应用领域，使大学生具备实用的工程技术能力，对应开设专业大实验，同时从时间上接轨毕业环节。电化学专业经过多年积累，体现理论课程与实验课程的衔接关系，实现从基础知识学习到实践环节训练的教学模式，辅以机械工程训练、认知实习、生产实习和毕业环节，培养学生较强的动手能力，展示卓越电化学工程师的培养思路。但这种培养模式对培养学生的创造性、自主性和主动性还存在问题，主要是家长式的实验项目设置与管理办法，存在吸引力缺乏、兴趣点弱化的问题。

事实上，电化学专业的最大特色是具有极强的学科交叉性。以电化学原理为基础，以原电池和电解池理论为引线，电化学技术与方法可以穿插许多学科之中，融合为新兴的研究热点，如与有机化学的融合一有机电化学合成;与无机化学的融合一氯碱工程、熔盐电解铝、湿法冶金与电子电镀;与物理化学的融合一电极过程动力学与电催化;与分析化学的融合一电分析与电化学传感器;与能源体系的融合一化学电源技术与规模化储能;与功能材料的融合一电致变色及光电功能器件;与生物化学的融合一生物燃料电池与生物酶分子传感器;与海洋科学的融合一电解海水与海水淡化技术;与环境科学的融合一高级电化学氧化技术与环境治理……综上所述，电化学技术可以实现与当前社会热点的关联，如绿色化工、新能源、传感器、（生物）燃料电池、海水淡化、废水处理等，如果能实施这类实验项目，将会从科学技术融合交叉中展现电化学技术的魅力，这将是最大的吸引力和兴趣点。如果能自主开展这些实验项目，将会积极主动地激发学生的学习兴趣，在实验过程中展现自发性和创造力。但是，如果将这些兴趣点排入实验教学，烦琐无序，不利于学生创造性的发挥。因此，将必修与选修结合、主动与被动结合、自主与他项結合，对学生进行无差别限项，对实验项目进行分层次开放，建立一个层次分明的实验课程教学体系，是我们工作的重点。实施思路是以三门专业实验+一门工程设计实践环节的课程为中心，辅以相应课堂的理论教学，目的是将课堂教学的内容在专业实验中运用。同时，专业实验是检验课堂教学质量直接有效的手段，最终目的是实现无差别、有限制地开放本科教学实验室，让学生有地方探索、自主性探索、勇敢探索，积累创新意识，展现创造力。

二、实验项目与工程，工艺设计项目的融合

我们针对现有的三门实验课程：专业基础实验、专业综合实验和专业大实验，结合电化学工程设计的实践课程，对实验内容、实验项目形式和开展手段进行梳理，提出一套可操作性强、具有选择性功能的实验项目教学方法。具体内容分为三个方面。

1.实验项目的筛选与梳理——实验指导书的建设。（1）实验项目汇总，根据开设的理论课程、社会热点、学生兴趣点情况，将可能开设的实验项目进行整理和归纳;（2）对可能开设的实验项目，按照对学生培养程度和实验开展的难易程度，分成必选、限选和自选进行改编;（3）对改编的实验指导书至少试行一学期，及时修正和完善。

2.实验项目分层次方案与相应的课程规划—基层教学团队建设。电化学专业在第5学期进入专业课程学习，由理论课的任课教师带相应的实验项目，优点是更细致、更透彻地实施实验课，缺点是不易激发学生进一步探索的动力和自主学习的兴趣，缺乏实验的主动性思考。因此，我们要继承优点，改掉缺点。（1）根据理论课程性质和应用领域，以实验项目为引线，重新组建课程群和实验教学团队;（2）引导青年教师参与实验教学，培养其教学技能，引导和拓展创新性实验;（3）优选研究生辅助实验教学，树立学长榜样。

3.以实验项目为基础，提升工程设计课程的核心创造力——创新能力评价。实施的实验教学层次为：基础实验技能一综合实验能力一大型实验规划。实验技能的运用和发展，通过提升工程设计课程来实现。（1）让实验项目体现电化学工程设计的内容，实现从校内实验到实际工厂的衔接;（2）强化工程设计实践环节的重要地位，在设计过程中发挥学生的创造力和创新思维;（3）建立创新能力评价方法，从基础实验技能一综合实验能力一大型实验规划一工程设计展现四个方面的创新能力，分阶段、分层次建立综合评价机制。

三、突出实验指导书的作用与实施方法

1.实验指导书的重新修订。首先，归纳和整理实验项目，以实验教材标准化修整指导书。与实验讲义的区别：（1）明确必修和选修;（2）在自选项目中，结合我校各类课外科技活动提交申请，提供实验场地、仪器和药品，分步骤、有限制地开放教学实验室;（3）协调任课教师兼实验指导，引导青年教师利用学术前沿强化课外科技活动的指导。（4）工程设计项目直接从专业实验中遴选，不仅实现专业实验的延续，更能促进学生对设计过程的思考。因此，实验教学方法不仅在实验内容和手段上创新，更能在一个系统培养过程中，积累创新意识，展现创造力。

2.专业实验分层体系与实验团队的作用。在实验指导书的修订过程中，根据理论课程分类，建立实验教学团队，由教学团队收集并整理实验项目进行归纳和筛选;引导青年教师加入工程设计团队，在任课教师的带动下，提升青年教师的工程实践经验和教学能力。上述实验项目修订后，对相应的三门实验课程和一门课程设计教学大纲做相应的修改与调整，促进实验项目课程群的建立。

3.运行效果与实验项目的反馈和评价。对创新能力培养的评价：（1）实施实验项目后对实验报告的量化评价;（2）工程设计文本质量的评价;（3）课堂答辩，综合素质的评价。

实验与实践教学环节是工程教育中非常关键的内容。构建新工科背景下的电化学专业实验课程体系，能充分发挥电化学专业的工程特色，既能有效地激发学生对创新性实验项目的兴趣，又能带动学生创造力的培养，达到更好的实验、实践效果，提高教学质量。