電化學(xué)設(shè)備與工程設(shè)計課程建設(shè)與實(shí)踐

(湖南科技大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 化工與材料國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，湖南 湘潭 411201)

湖南科技大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)建立之初，就根據(jù)電化學(xué)行業(yè)對人才的需求，確定了以“應(yīng)用電化學(xué)”為本專業(yè)的發(fā)展方向和辦學(xué)特色，以培養(yǎng)電化學(xué)工程技術(shù)人才作為本專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)。為適應(yīng)新時代“新能源”“新能源汽車”和“新材料”等國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對電化學(xué)技術(shù)人才的需求，本專業(yè)進(jìn)一步明確以“應(yīng)用電化學(xué)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)突出能源電化學(xué)”為專業(yè)辦學(xué)特色。盡管在前期的辦學(xué)實(shí)踐中，本專業(yè)已基本形成了以應(yīng)用電化學(xué)為特色的專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程體系，但要適應(yīng)“新能源”“新能源汽車”和“新材料”等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對電化學(xué)工程技術(shù)人才要求，本專業(yè)尚需進(jìn)一步調(diào)整、優(yōu)化專業(yè)結(jié)構(gòu)和課程體系，突出能源電化學(xué)特色。在新修訂的人才培養(yǎng)方案和構(gòu)建的課程體系中，根據(jù)課程性質(zhì)及其在人才培養(yǎng)中的功能與作用，將整個課程歸類為政治思想類、公共基礎(chǔ)類、學(xué)科基礎(chǔ)、電化學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用、電化學(xué)工程及設(shè)計和工程實(shí)踐等6大課程群，其中電化學(xué)設(shè)備與工程設(shè)計課程是電化學(xué)工程及設(shè)計類課程群的核心課程，也是本專業(yè)的新開課程。該課程由于開設(shè)時間短，建設(shè)相對滯后。因此，建設(shè)好電化學(xué)設(shè)備與工程設(shè)計課程對于本專業(yè)的專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)具有重要意義。

1 課程在專業(yè)培養(yǎng)體系中的地位

我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要，德、智、體、美、勞全面發(fā)展，具有良好的科學(xué)、文化素養(yǎng)；能夠比較系統(tǒng)扎實(shí)地掌握應(yīng)用化學(xué)，特別是電化學(xué)基本理論、基本知識和相關(guān)工程技術(shù)基礎(chǔ)知識與技能；具備較強(qiáng)的創(chuàng)新意識和對電化學(xué)新產(chǎn)品、新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備進(jìn)行研究、開發(fā)和設(shè)計的基本能力；能在廠礦企業(yè)、學(xué)校、科研院所等部門從事生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品研發(fā)、教學(xué)和科研等工作的“基礎(chǔ)實(shí)、能力強(qiáng)、素質(zhì)高”的應(yīng)用型專門人才。

電化學(xué)設(shè)備與工程設(shè)計課程主要介紹現(xiàn)代電化學(xué)各分支生產(chǎn)所用的主要設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主要性能技術(shù)參數(shù)和應(yīng)用范圍，以及進(jìn)行電化學(xué)工程設(shè)計的基本程序、設(shè)計內(nèi)容與任務(wù)、設(shè)計方法及注意事項(xiàng)等內(nèi)容。在所構(gòu)建的課程體系中，該課程處于聯(lián)系該專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程群(如無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和物理化學(xué)等)、電化學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用課程群(如電化學(xué)原理、電化學(xué)合成、電化學(xué)測試技術(shù)、電解工程、電鍍工藝學(xué)等)與電化學(xué)工程及設(shè)計課程群(如電化學(xué)設(shè)備與工程設(shè)計、化學(xué)電源及設(shè)計等)的重要位置，是本專業(yè)新制訂的人才培養(yǎng)方案和課程群體系中的核心專業(yè)課程，也是該專業(yè)同學(xué)接觸所學(xué)電化學(xué)原理與方法是怎樣在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)以及進(jìn)行電化學(xué)工程設(shè)計所需遵循的基本原則、程序與方法的專門專業(yè)課程，承載著學(xué)生電化學(xué)工程設(shè)計能力的培養(yǎng)功能，其教學(xué)成效的好壞直接關(guān)系到教學(xué)目標(biāo)和高素質(zhì)電化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的達(dá)成度。因此，對本課程的教學(xué)各個環(huán)節(jié)進(jìn)行研究和建設(shè)顯得尤為重要。

2 課程教學(xué)內(nèi)容體系的建設(shè)

根據(jù)電化學(xué)設(shè)備與工程設(shè)計課程在專業(yè)培養(yǎng)體系中的重要作用，該課程的教學(xué)應(yīng)達(dá)到如下目的：通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生了解和掌握電化學(xué)工程各分支生產(chǎn)主要設(shè)備的種類、工作原理、結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)，以及進(jìn)行電化學(xué)工程設(shè)計應(yīng)遵循的基本原則與程序、設(shè)計任務(wù)與內(nèi)容和注意事項(xiàng)，初步建立起實(shí)際生產(chǎn)觀念；初步培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)化工特別是電化學(xué)基本原理與方法、工程設(shè)計原理與方法進(jìn)行電化學(xué)工程設(shè)計的基本能力，包括先進(jìn)、全面的工程技術(shù)觀點(diǎn)(技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)、過程優(yōu)化觀點(diǎn)、生產(chǎn)實(shí)際觀點(diǎn)和工程全局觀點(diǎn))和綜合應(yīng)用各方面知識和技術(shù)的能力(技術(shù)資料的查閱、分析整理和應(yīng)用能力、工程或工藝計算能力、設(shè)計的文字、圖表表達(dá)的能力和綜合運(yùn)用理論知識和技能的能力)[2]。為了實(shí)現(xiàn)這一教學(xué)目標(biāo)，筆者擬定的電化學(xué)設(shè)備與工程設(shè)計課程內(nèi)容如表1所示。

表1 《電化學(xué)設(shè)備與工程設(shè)計》課程內(nèi)容

對于電化學(xué)設(shè)備與工程設(shè)計的課程內(nèi)容，在教學(xué)實(shí)踐中首先從介紹電化學(xué)工業(yè)的概況入手，進(jìn)而介紹電化學(xué)工程設(shè)備的主要類型和電化學(xué)工程設(shè)計的特點(diǎn)；其次，介紹制造電化學(xué)工程設(shè)備的材料種類和性能，造成設(shè)備材料腐蝕的原因及防腐蝕措施，材料選擇的基本原則；再次，按電化學(xué)各分支分章介紹目前主要的電化學(xué)生產(chǎn)設(shè)備，包括電鍍工藝設(shè)備、表面陽極氧化處理設(shè)備、鉛酸電池制造專用設(shè)備、鋰離子電池制造專用設(shè)備和電解設(shè)備等，重點(diǎn)介紹設(shè)備的主要類型、工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)性能參數(shù)和適用范圍等；然后再系統(tǒng)地介紹進(jìn)行電化學(xué)工程設(shè)計所遵循的基本原則與程序、電化學(xué)工程設(shè)計的內(nèi)容與步驟，電化學(xué)工藝設(shè)計方法及設(shè)計計算方法、工藝設(shè)備的設(shè)計與選型，以及車間布置設(shè)計的一般原則與步驟，設(shè)計文件的編制原則與方法；最后以化學(xué)電源設(shè)計為例詳細(xì)說明電化學(xué)工程設(shè)計的過程和工程設(shè)計基本原則與方法在實(shí)際設(shè)計中的運(yùn)用。

教學(xué)過程中，必須樹立新工科的教育理念，把新工科的理念融入知識的介紹中，既強(qiáng)化基本概念、基本原理和基本知識的介紹，又要保證知識的系統(tǒng)性、新穎新和前沿性，以達(dá)到強(qiáng)化和深化專業(yè)基礎(chǔ)和培養(yǎng)專業(yè)興趣的教學(xué)目標(biāo)。從已實(shí)施的兩屆學(xué)生教學(xué)效果來看，教學(xué)效果良好，達(dá)到預(yù)計的教學(xué)目標(biāo)。

3 教學(xué)指導(dǎo)性文件與資源建設(shè)

教材是課程內(nèi)容的具體化，是供學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)資料。國內(nèi)在本專業(yè)于2018年3月組織編寫出版《電化學(xué)設(shè)備與工程設(shè)計》之前，沒有類似系統(tǒng)介紹電化學(xué)設(shè)備及電化學(xué)工程設(shè)計的教材。該教材已在本專業(yè)15級和16級學(xué)生中試用，取得了較好的效果。但由于本課程是一門新開課程，雖然教學(xué)內(nèi)容以及相關(guān)的教學(xué)指導(dǎo)性文件如教學(xué)大綱和考試大綱等已基本確定，也編寫了相應(yīng)的教案，并制作了多媒體教學(xué)課件，但尚有很多需要進(jìn)一步調(diào)整、改進(jìn)和優(yōu)化的地方。主要包括多媒體課件內(nèi)容需要進(jìn)一步簡化，增加反映學(xué)科和行業(yè)發(fā)展前沿動態(tài)的內(nèi)容，相關(guān)電化學(xué)設(shè)備的工作原理增加動畫效果，以利于學(xué)生的理解；缺乏與教材匹配的系統(tǒng)思考題和習(xí)題，需在教學(xué)過程中逐步編寫、完善相應(yīng)的思考題和習(xí)題，以幫助學(xué)生鞏固學(xué)習(xí)效果；尚未建立起試題(卷)庫，需在教學(xué)實(shí)踐中不斷豐富和完善，經(jīng)過幾年的實(shí)踐，建立較完整的試題(卷)庫；建設(shè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化教學(xué)資源，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和拓展學(xué)習(xí)。為保證教學(xué)內(nèi)容及時跟進(jìn)電化學(xué)學(xué)科和行業(yè)的發(fā)展，需建立教學(xué)內(nèi)容、教案、多媒體教學(xué)課件和教學(xué)指導(dǎo)性文件的持續(xù)更新機(jī)制，每學(xué)年需對這些教學(xué)材料進(jìn)行更新和優(yōu)化。

4 配套課程設(shè)計建設(shè)

為幫助學(xué)生加深對本課程知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本課程及化學(xué)化工、工程制圖等基礎(chǔ)知識解決電化學(xué)工程設(shè)計實(shí)際問題的能力，本課程設(shè)置了與之配套的課程設(shè)計“電化學(xué)設(shè)備與工程課程設(shè)計”，著力培養(yǎng)學(xué)生的資料查閱與分析、方案選擇(技術(shù)的先進(jìn)性與可行性、經(jīng)濟(jì)上的合理性)、工程計算能力、圖表與文字表達(dá)、工程制圖和計算機(jī)應(yīng)用能力。需編寫課程設(shè)計實(shí)踐教學(xué)大綱和課程設(shè)計指導(dǎo)書。另外，由于課程設(shè)計是一個專業(yè)綜合性實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目，需要大量的數(shù)據(jù)資料，特別是現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)資料[2]。因此，需多渠道與相關(guān)企業(yè)技術(shù)人員聯(lián)系和協(xié)作，收集典型電化學(xué)設(shè)備技術(shù)資料和設(shè)計圖紙，逐步建立該課程設(shè)計的案例庫，為進(jìn)一步提高本課程的教學(xué)效果和課程設(shè)計水平奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

5 建設(shè)效果

通過以上建設(shè)，現(xiàn)已建立起較完善的課程教學(xué)內(nèi)容體系，教學(xué)大綱和考試大綱等教學(xué)指導(dǎo)性文件在進(jìn)一步的優(yōu)化與完善，并在教學(xué)資源建設(shè)方面取得了較好進(jìn)展：編寫了較系統(tǒng)的與教學(xué)內(nèi)容相配套的思考題和習(xí)題，積累了部分試卷(題)，為逐步建立試卷(題)庫奠定基礎(chǔ)；多媒體教學(xué)課件和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化教學(xué)資源在進(jìn)一步完善和優(yōu)化中；配套課程設(shè)計的教學(xué)大綱、教學(xué)計劃和課程設(shè)計指導(dǎo)書已基本編寫齊全。這些建設(shè)工作有效地保障該門課程教學(xué)的正常開展和教學(xué)效果，加強(qiáng)了學(xué)生對理論知識的理解，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。

6 結(jié)語

電化學(xué)設(shè)備與工程設(shè)計作為一門新開課程面臨著繁重的建設(shè)任務(wù)，包括教材進(jìn)一步的修訂、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)指導(dǎo)性文件的調(diào)整、優(yōu)化和更新、數(shù)字信息化教學(xué)資源的建設(shè)以及配套課程設(shè)計教學(xué)資源的建設(shè)等，因此，本專業(yè)必須凝神聚力，建立教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)資源持續(xù)更新機(jī)制，調(diào)動一切資源，吸收電化學(xué)學(xué)科和行業(yè)的最新研究成果，并與相關(guān)電化學(xué)企業(yè)開展廣泛合作，及時更新和優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，努力把該課程建設(shè)成本專業(yè)的金課。