研究生課程《電極過程動力學(xué)》混合教學(xué)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(dǎo)向等多種教學(xué)模式相結(jié)合的視角出發(fā)，以應(yīng)用化學(xué)學(xué)科的專業(yè)課程——《電極過程動力學(xué)》為例，對教學(xué)模式、e-learning平臺構(gòu)建及考核評價進(jìn)行探索與實踐，嘗試提出提高應(yīng)用化學(xué)學(xué)科研究生創(chuàng)新能力的方法與策略，為研究生課程的建設(shè)和改革提供新的思路。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式；教學(xué)改革；研究生課程；e-learning平臺

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

以云計算和人工智能為標(biāo)志的第四次產(chǎn)業(yè)革命已經(jīng)影響了很多領(lǐng)域，以互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)及人工智能等為代表的信息技術(shù)也促使教育業(yè)務(wù)開始智能化、自動化和數(shù)字化。這就要求研究生的教育目標(biāo)應(yīng)該轉(zhuǎn)向以能力培養(yǎng)為主，更加注重培養(yǎng)學(xué)生的批判性思考能力、創(chuàng)新能力等。研究生課程教學(xué)是研究生培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，其課程體系是創(chuàng)新教育的重要載體之一。如何在研究生課程中既能構(gòu)建合理的知識體系促進(jìn)創(chuàng)新教育，又能培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力，充分發(fā)揮課程教學(xué)在研究生創(chuàng)新教育中應(yīng)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(xué)及問題導(dǎo)向等多種教學(xué)模式相結(jié)合的視角，以應(yīng)用化學(xué)學(xué)科的專業(yè)核心課程——《電極過程動力學(xué)》為例，嘗試提出提高應(yīng)用化學(xué)學(xué)科研究生創(chuàng)新能力的方法與策略，為研究生課程的建設(shè)和改革提供新的思路。

一、《電極過程動力學(xué)》課程教學(xué)存在的問題

1.授課方式單一。在傳統(tǒng)的研究生課程建設(shè)及教學(xué)中，教師是創(chuàng)建課程內(nèi)容、傳授知識的中心，學(xué)生習(xí)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(chuàng)新能力和研究能力。

2.知識體系較為固化，教學(xué)內(nèi)容的前沿性不足。雖然在教學(xué)中能夠以研究生的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)體系為基準(zhǔn)點，構(gòu)建課程內(nèi)容，但在深層次的知識結(jié)構(gòu)和學(xué)科前沿相結(jié)合方面仍有不足，教學(xué)內(nèi)容缺乏“新”和“活”的特點。然而，學(xué)科前沿對于拓寬研究生的研究視野、啟發(fā)研究思路以及培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力至關(guān)重要。

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

二、研究生課程教學(xué)的研究現(xiàn)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(yè)教育”，高層次的專業(yè)教育和以研究為主要特征是研究生教育的本質(zhì)規(guī)定性[1]。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，課程教學(xué)上，教師應(yīng)多維度、多方位地有意識引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)科技素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)研究生創(chuàng)新思維等能力的培養(yǎng)。近年來，我國在研究生課程教學(xué)改革方面做了很多工作。例如，邢榮蓮針對“新常態(tài)”經(jīng)濟(jì)形勢下社會對研究生的需求及碩士生培養(yǎng)中存在的問題，提出“零課時”課程教學(xué)模式[2]。孫輝則提出要靈活應(yīng)用“研討式”教學(xué)方法的各種形式，合理增加基礎(chǔ)型和提高型實踐環(huán)節(jié)等方面的課程建設(shè)和教學(xué)改革，探索出針對工程研究和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的碩士研究生課程教學(xué)模式[3]。王永林針對林業(yè)院校開設(shè)“分子植物病理學(xué)”課程所遇到的主要問題，結(jié)合北京林業(yè)大學(xué)研究生優(yōu)質(zhì)核心課程建設(shè)的教學(xué)實踐，從課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容設(shè)置與優(yōu)化、教學(xué)方法、考核方式等方面探討了“分子植物病理學(xué)”課程建設(shè)和改革的問題。它優(yōu)化了課程體系和教學(xué)內(nèi)容，采用啟發(fā)式、課題式、討論式的教學(xué)方法，改變單一的考核形式，初步建成具有林業(yè)院校特色的“分子植物病理學(xué)”課程體系，實現(xiàn)以應(yīng)用分子植物病理學(xué)知識解決森林病理學(xué)實際問題的培養(yǎng)目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生主觀能動性的發(fā)揮，提高了教學(xué)質(zhì)量[4]。

三、教學(xué)改革的措施及方法

1.教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)展和深化。教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)展和深化是教學(xué)改革中的重要環(huán)節(jié)。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該在本科教育知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展并加深難度。為了讓研究生在學(xué)習(xí)這門課程之后，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識用于今后的研究及實踐工作，還應(yīng)考慮到在教學(xué)過程中如何將理論知識體現(xiàn)到實際應(yīng)用中，同時拓展學(xué)生眼界，適當(dāng)引入一些優(yōu)秀的國外學(xué)術(shù)著作[3]。教學(xué)內(nèi)容基于教材，因此綜合比較國內(nèi)現(xiàn)有電化學(xué)理論相關(guān)教材，我們選擇了查全性院士編著的《電極過程動力學(xué)導(dǎo)論》。該教材的前半部分從電極/溶液界面的熱力學(xué)性質(zhì)開始，逐漸闡述濃度極化、電化學(xué)極化、表面化學(xué)轉(zhuǎn)化為速控步驟的動力學(xué)特性和基本方程。該部分內(nèi)容偏重理論，有一定的深度和難度，適合于研究生教學(xué)。為拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，我們在課堂教學(xué)中加入約6學(xué)時的國內(nèi)外其他經(jīng)典教材、書籍或文獻(xiàn)的內(nèi)容。例如，將美國工程院院士、國際電化學(xué)家Allen J.Bard編著的Electrochemical Methods中的部分內(nèi)容作為選講內(nèi)容，增加到教學(xué)中。該書關(guān)于“微電極的優(yōu)點和應(yīng)用”的內(nèi)容，讓學(xué)生對前沿研究所使用的電化學(xué)器件有了更深刻的認(rèn)識。在教授電化學(xué)極化的微觀機(jī)制時，將諾貝爾獲獎?wù)進(jìn)arcus的相關(guān)理論要點介紹給學(xué)生，引導(dǎo)他們學(xué)習(xí)科學(xué)家是怎樣發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的。除上述基礎(chǔ)知識之外，我們還加入約4學(xué)時的課堂教學(xué)，闡述動力學(xué)公式在研究中的應(yīng)用案例。例如，在鋰離子電池中，運用電化學(xué)阻抗譜可以得到鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)，分析電位對鋰離子擴(kuò)散的影響及SEI膜的形成機(jī)理。講述循環(huán)伏安的方法時，讓學(xué)生評價最新報道的文獻(xiàn)中石墨烯超級電容性能測量方法的優(yōu)缺點。這不但使學(xué)生了解到某些前沿課題，又有助于學(xué)生科研能力的培養(yǎng)和形成。

2.e-learning平臺資源的構(gòu)建。根據(jù)國內(nèi)外e-learning平臺的研究和使用經(jīng)驗，《電極過程動力學(xué)》e-learning平臺的資源構(gòu)建分為三部分：（1）在線課程：主要內(nèi)容有5個，即課程簡介、課程內(nèi)容大綱、教學(xué)視頻、課程要求（習(xí)題）、參考書目；（2）補(bǔ)充資料，這部分是教師推薦給學(xué)生的、與本課程相關(guān)的中英文論著、課件及論文等；（3）國外相關(guān)網(wǎng)站的鏈接。e-learning平臺資源的構(gòu)建主要基于：①推進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的國際化程度。為此，在補(bǔ)充資料中給出麻省理工學(xué)院電分析化學(xué)的相關(guān)資料和國際電化學(xué)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(xué)原化工系系主任朗道教授的授課課件。②運用在線教學(xué)方式提高教學(xué)效果。e-learning教學(xué)平臺上有眾多的電極過程動力學(xué)基礎(chǔ)理論課程的微視頻等資料。這樣既能較好地實現(xiàn)“以學(xué)生為主體”的教學(xué)理念，又可以在教學(xué)方法和模式上進(jìn)行改革，運用多樣化的實體教學(xué)方式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果。③強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容的前沿性。實際教學(xué)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(xué)會議論文摘要及其他研究報道等及時添加到教學(xué)補(bǔ)充資料中，保證平臺教學(xué)內(nèi)容處于“新鮮”狀態(tài)，使學(xué)生在潛移默化中把握與課程相關(guān)的學(xué)科最新動態(tài)，為下一步開展前沿性研究做好準(zhǔn)備。

3.教學(xué)模式的改革。教學(xué)模式不再局限于傳統(tǒng)接受式教學(xué)，如何用教學(xué)創(chuàng)新激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，是該課題改革的關(guān)鍵。因此，在教學(xué)活動中，我們有意識地利用e-learning平臺的優(yōu)勢，使每位學(xué)生成為教學(xué)活動的積極參與者而不是旁觀者。《電極過程動力學(xué)》課程內(nèi)容理論性強(qiáng)，內(nèi)容多，課時少，如何讓學(xué)生在有限的時間內(nèi)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(lián)網(wǎng)思維。為此，我們將課程內(nèi)容按照章節(jié)劃分了約170個三級知識點，根據(jù)知識點進(jìn)行微課視頻錄制和編輯。表1為其中一部分的課程結(jié)構(gòu)設(shè)計。將完成的微課視頻放在e-learning平臺上，并根據(jù)課程總體內(nèi)容進(jìn)行線上教學(xué)嘗試。在2016級學(xué)生的教學(xué)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(jīng)在本科教學(xué)中學(xué)習(xí)過的液相傳質(zhì)和電化學(xué)極化動力學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行比對和分析，確定研究生階段的任務(wù)是對已學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深化和拓展。因此，本課題將這兩章的教學(xué)內(nèi)容通過“閱讀自講式”的教學(xué)形式指定給學(xué)生，讓學(xué)生通過預(yù)習(xí)，在課堂上將自己學(xué)習(xí)某個章節(jié)知識的心得和體會與大家分享。學(xué)生講述完畢后，教師對每位同學(xué)所講地內(nèi)容做出評價，特別是對錯誤的觀點給予糾正或講解，達(dá)到解惑的目的。這對培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)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(xué)生進(jìn)行自主研討式學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生能夠有效感知和理解教學(xué)內(nèi)容，自主構(gòu)建知識體系。例如，在講述“循環(huán)伏安方法”的內(nèi)容時，學(xué)生沒有局限于課本知識，而是參考其他相關(guān)知識，歸納了“完全可逆”、“準(zhǔn)可逆”、“不可逆”三種情況的循環(huán)伏安圖譜。在2017級學(xué)生的教學(xué)活動中，我們認(rèn)為突出課程的啟發(fā)性、以問題為導(dǎo)向，使研究生在發(fā)現(xiàn)和探索問題中主動建構(gòu)知識體系，也是十分必要的[5]。因此，進(jìn)一步深化線上教學(xué)模式，將“閱讀自修”和“問題導(dǎo)向”結(jié)合在一起。線上給學(xué)生提出問題，課堂上，學(xué)生將自己對問題的理解和解答分享給大家。為此，根據(jù)劃分的知識點，我們構(gòu)建了“問題題庫”。例如，在液相傳質(zhì)的內(nèi)容中，提出“濃差極化動力學(xué)公式推導(dǎo)的思路是什么”、“采用循環(huán)伏安曲線能夠判斷出哪些速度控制步驟？其判定依據(jù)是什么”等。這既能夠夯實和拓寬本門課程的基礎(chǔ)，又可進(jìn)一步提高研究生的思維能力，使課程教學(xué)在研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)中更好地發(fā)揮作用。從學(xué)生的呼應(yīng)程度和學(xué)習(xí)態(tài)度來看，后一種教學(xué)模式對提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力是有益的。

4.考核方式的改革。一套科學(xué)的考核體系應(yīng)至少有兩個作用：一是體現(xiàn)出課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)要求，二是考核結(jié)果應(yīng)能明確反映學(xué)生對課程的掌握程度[6]。以往的《電極過程動力學(xué)》課程考核方式為開卷考試。秦海英認(rèn)為[7，8]，這種考核評價方式使大多數(shù)學(xué)生對知識與技術(shù)的學(xué)習(xí)走進(jìn)誤區(qū)，認(rèn)為只要記住書本中的相關(guān)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(rèn)知結(jié)構(gòu)的積極建構(gòu)。通過教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式的改革，考核方式應(yīng)體現(xiàn)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(jìn)行了多元化探索，由平時成績（20%）、口頭報告（20%）、開卷考試（60%）構(gòu)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(xué)生的課堂講述評價，鍛煉學(xué)生自學(xué)知識時的歸納總結(jié)能力、制作PPT的課件制作能力以及課堂上的語言表達(dá)能力。因此，我們設(shè)計了打分表（見表2）。該部分為聽講的所有學(xué)生打分后的平均值。在口頭報告實踐中，學(xué)生的表達(dá)能力得到相應(yīng)的鍛煉，為以后的學(xué)術(shù)報告和工作匯報奠定基礎(chǔ)。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(tǒng)單一考核方式。

四、結(jié)語

針對《電極過程動力學(xué)》課程，結(jié)合研究生教育的特點，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式上進(jìn)行初步的教學(xué)改革探索。在探索中發(fā)現(xiàn)，通過混合式教學(xué)，能夠拓寬學(xué)生專業(yè)知識，了解學(xué)科前沿與所學(xué)知識的關(guān)聯(lián)，增強(qiáng)專業(yè)興趣。這種方式對培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)和科研思維非常有益?；旌鲜浇虒W(xué)也給授課教師的素質(zhì)和水平提出更高的要求，譬如，如何更新教學(xué)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(xué)能力和教學(xué)水平等。另外，在講授過程中，筆者還發(fā)現(xiàn)需要加強(qiáng)案例課程建設(shè)，因為讓研究生對各種案例進(jìn)行分析、比較，將理論知識與科研及生產(chǎn)實際中產(chǎn)生的各種實際問題聯(lián)系起來，更有效地提高學(xué)生對知識的使用度，培養(yǎng)研究生的獨立思考能力。

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