《材料電化學(xué)》課程教學(xué)探討與實(shí)踐

秦海英

摘要：《材料電化學(xué)》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(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合功能材料專業(yè)特點(diǎn)和電化學(xué)課程內(nèi)容，探討了《材料電化學(xué)》課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式的改革與實(shí)踐，提出了課程教學(xué)改革的切實(shí)可行的具體措施。

關(guān)鍵詞：《材料電化學(xué)》；教學(xué)改革；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(chǔ)，材料科學(xué)的發(fā)展與突破可促進(jìn)時(shí)代的變遷，推動(dòng)人類物質(zhì)文明和社會(huì)進(jìn)步。隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，材料學(xué)和電化學(xué)交叉領(lǐng)域的研究越來(lái)越受到科技工作者的關(guān)注，例如化學(xué)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(xué)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(xué)與材料科學(xué)相互交叉、滲透，也逐漸形成了新的分支——材料電化學(xué)。鑒于材料電化學(xué)研究的廣度和深度呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，越來(lái)越多的高校在材料學(xué)相關(guān)專業(yè)開(kāi)設(shè)了電化學(xué)原理課程，并將其作為專業(yè)的重要基礎(chǔ)選修課程之一。與材料專業(yè)其他選修課相比，《材料電化學(xué)》是一門(mén)綜合性、專業(yè)性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，其內(nèi)容涉及電化學(xué)、材料、物理、化學(xué)等領(lǐng)域，具有涵蓋范圍廣、知識(shí)點(diǎn)復(fù)雜以及知識(shí)更新快的特點(diǎn)。要清楚地教授課程內(nèi)容并取得良好的教學(xué)效果存在一定的難度，迫切需要在課程教學(xué)自身進(jìn)行創(chuàng)新和改革。本文通過(guò)分析《材料電化學(xué)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀，初步探討了如何結(jié)合功能材料專業(yè)特點(diǎn)和電化學(xué)基礎(chǔ)課程內(nèi)容，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式等方面的改革進(jìn)行了探討，以期提高教學(xué)效果。

二、《材料電化學(xué)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀

《材料電化學(xué)》課程的教學(xué)目標(biāo)：（1）掌握電化學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，包括電化學(xué)熱力學(xué)和電化學(xué)動(dòng)力學(xué)兩大方面的基礎(chǔ)理論。（2）熟悉材料電化學(xué)的研究方向和熱點(diǎn)，包括材料電化學(xué)制備和化學(xué)電源。通過(guò)這兩大內(nèi)容的學(xué)習(xí)旨在使學(xué)生掌握一定的材料電化學(xué)的綜合知識(shí)，加深對(duì)應(yīng)用于材料領(lǐng)域的電化學(xué)知識(shí)的理解，學(xué)會(huì)分析和解決材料電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中的各種實(shí)際問(wèn)題的能力，并著重培養(yǎng)學(xué)生多向思維能力，為后續(xù)金屬腐蝕與防護(hù)、電化學(xué)測(cè)試技術(shù)和能源材料等專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

目前在課堂教學(xué)過(guò)程中存在以下問(wèn)題：（1）教學(xué)內(nèi)容與教材的匹配?！恫牧想娀瘜W(xué)》是一門(mén)新興的綜合性學(xué)科，尚未見(jiàn)有與材料科學(xué)與基礎(chǔ)、材料力學(xué)性能和材料制備方法等基礎(chǔ)課所匹配的經(jīng)典教材。（2）課程教學(xué)以教師在課堂中教授為主，學(xué)生非主動(dòng)接受枯燥和豐富的知識(shí)，沒(méi)有相關(guān)實(shí)驗(yàn)輔助，對(duì)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(dǎo)致學(xué)生對(duì)于知識(shí)的綜合理解運(yùn)用能力得不到鍛煉。以上3個(gè)典型問(wèn)題導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不夠、教學(xué)效果差，因此《材料電化學(xué)》課程在功能材料專業(yè)本科教學(xué)中進(jìn)行改革是十分有必要的。

三、課程教學(xué)策略

1.教學(xué)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(chǔ)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(cè)試等領(lǐng)域教學(xué)和技術(shù)開(kāi)發(fā)的綜合性科學(xué)研究與工程技術(shù)人才。因而在教學(xué)內(nèi)容實(shí)踐中要綜合考慮材料學(xué)與電化學(xué)兩門(mén)學(xué)科的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有教材可以完全綜合了電化學(xué)基礎(chǔ)和材料電化學(xué)應(yīng)用兩方面的知識(shí)?？紤]到本科生在前期學(xué)習(xí)中掌握的電化學(xué)方面的知識(shí)有限，本課程教學(xué)以基礎(chǔ)教學(xué)為主，因此選用普通高?！笆晃濉币?guī)劃教材——李荻編著的《電化學(xué)原理》作為本課程中電化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)教材，兼顧參考趙輝譯著的《納米材料電化學(xué)》作為本課程中材料電化學(xué)制備知識(shí)教材。

最后，教學(xué)內(nèi)容分成基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)例應(yīng)用兩大部分展開(kāi)。（1）介紹概括性強(qiáng)的電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)：①電化學(xué)熱力學(xué)知識(shí)，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(xué)動(dòng)力學(xué)知識(shí)，包括電極/溶液界面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、電極過(guò)程、液相傳遞步驟動(dòng)力學(xué)和電子轉(zhuǎn)移步驟動(dòng)力學(xué)。（2）按照電化學(xué)在材料科學(xué)的應(yīng)用介紹實(shí)例部分：①電化學(xué)方法制備納米材料，以電沉積法制備半導(dǎo)體量子點(diǎn)薄膜為實(shí)例；②化學(xué)電源電極材料，以鋰離子電池為實(shí)例，闡述電池的工作原理及其電極材料的研發(fā)進(jìn)展。通過(guò)實(shí)例介紹來(lái)引導(dǎo)學(xué)生將電化學(xué)基礎(chǔ)與材料學(xué)知識(shí)之間進(jìn)行比較和整合，從而牢固地把握所學(xué)的材料電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，也為后繼其他專業(yè)課的教學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，形成良性循環(huán)。

2.教學(xué)方式的改革。目前，課堂教學(xué)中以多媒體教學(xué)為主，多媒體教學(xué)雖然可以節(jié)省教學(xué)板書(shū)時(shí)間，但是不容易讓學(xué)生把握教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，尤其是重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)的分析需要獨(dú)立思考，難點(diǎn)知識(shí)的闡釋需要互動(dòng)探討，所以有必要安排不同的學(xué)習(xí)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生從感性體驗(yàn)走向理性分析，再開(kāi)展批判性闡釋。在教學(xué)實(shí)踐中，講到一些重要知識(shí)點(diǎn)，例如關(guān)于平衡電極電位的計(jì)算，適當(dāng)?shù)厥褂冒鍟?shū)，逐步寫(xiě)出電極反應(yīng)方程式，根據(jù)能斯特方程計(jì)算出電極電位，這種逐步講解的過(guò)程可以使學(xué)生有更多的思考時(shí)間，理解和消化講解內(nèi)容。

《材料電化學(xué)》是一門(mén)與實(shí)踐結(jié)合緊密的課程，單一的理論知識(shí)的講解容易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的理解不夠深入。由于該課程的教學(xué)課時(shí)十分緊張，沒(méi)有安排實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)節(jié)，為了彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的缺失，可以充分利用多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)引入典型電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的視頻，例如銅鋅原電池的構(gòu)建。通過(guò)視覺(jué)感受加深學(xué)生對(duì)原電池的構(gòu)建，電極反應(yīng)的現(xiàn)象和原電池電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算的理解和認(rèn)識(shí)。

3.考核方式的設(shè)計(jì)。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(jī)通常占總成績(jī)的70%以上，然而這種考核評(píng)價(jià)方式使得大多數(shù)學(xué)生對(duì)知識(shí)與技術(shù)的學(xué)習(xí)走進(jìn)誤區(qū)，被動(dòng)記住書(shū)本中相關(guān)知識(shí)點(diǎn)即可，從而忽略了自身的批判性獨(dú)立思考與深入理解，不利于認(rèn)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(kāi)卷考試方式，最終成績(jī)由平時(shí)成績(jī)（20%）、課后作業(yè)（20%）及開(kāi)卷考試成績(jī)（60%）構(gòu)成最終成績(jī)。其中，平時(shí)成績(jī)主要包括課堂出勤、問(wèn)答互動(dòng)和理論知識(shí)點(diǎn)隨堂測(cè)試等方面的考核；課后作業(yè)考察學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和運(yùn)用；開(kāi)卷考試檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的掌握情況。采用這種考核機(jī)制，期望有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)《材料電化學(xué)》課程開(kāi)設(shè)所采取的改革措施與實(shí)踐，明確了我校功能材料專業(yè)在該課程中的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式，將抽象的電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與材料領(lǐng)域的實(shí)例應(yīng)用緊密結(jié)合起來(lái)，有利于發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，使學(xué)生掌握材料電化學(xué)的基本理論，為將來(lái)的學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)。

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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