應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下電化學(xué)分析技術(shù)的教學(xué)研究

卜路霞，廉文靜，尹立輝，劉萍，萬佳艷

（天津農(nóng)學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，天津 300392）

電化學(xué)分析方法是以溶液中物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的一類儀器分析方法，根據(jù)其測量方式的不同，可分為電導(dǎo)分析、電位分析、庫倫分析、極譜分析、電解分析等，具有靈敏度高、測定準確度高、儀器設(shè)備簡單、操作方便、價格便宜等眾多優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于化工、機械、航空航天、醫(yī)學(xué)、金屬腐蝕和防護等眾多領(lǐng)域［1-4］。電化學(xué)分析技術(shù)是現(xiàn)代儀器分析技術(shù)的重要組成部分，具有很強的實踐性和實用性，當(dāng)前許多前沿課題如能源、環(huán)境、材料、生物、藥物等都與電化學(xué)分析技術(shù)以各種各樣的形式相關(guān)聯(lián)，電化學(xué)分析技術(shù)在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中已發(fā)揮著重要作用［5-7］。但當(dāng)前電化學(xué)分析教學(xué)中存在一些問題［8-9］：1）學(xué)生電化學(xué)基礎(chǔ)知識掌握不夠牢固，在實驗教學(xué)中缺乏理論聯(lián)系實際的能力，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不夠強；2）現(xiàn)有教學(xué)計劃比較陳舊，缺乏和前沿課題的結(jié)合，實驗創(chuàng)新性不足；3）實踐課時較少，同時受實驗儀器設(shè)備限制，往往采用多人同組進行操作，個別學(xué)生缺乏主動性，動手操作能力薄弱；4）成績考核評價不夠完善，僅通過預(yù)習(xí)報告和實驗報告的成績無法反映出學(xué)生的實際操作能力。因此，加強對電化學(xué)分析技術(shù)的教學(xué)改革研究，探索體現(xiàn)應(yīng)用型新工科人才培養(yǎng)特色的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和成績考核方式等，有助于提高教學(xué)質(zhì)量，增強應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生的綜合能力和就業(yè)競爭力。

1 電化學(xué)分析技術(shù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

電化學(xué)分析技術(shù)教學(xué)內(nèi)容涉及的基本原理比較抽象，學(xué)生理解起來有一定的困難，但同時該課程又具有很強的實踐性，而實踐教學(xué)在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中舉足輕重，因此在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計上要遵循由淺到深、循序漸進的原則，同時要加大實踐教學(xué)的比重，充分挖掘?qū)W生的動手操作能力、創(chuàng)新能力和分析解決問題的能力。電化學(xué)分析技術(shù)包含在儀器分析課程中，是儀器分析課程的重要組成部分，在教學(xué)過程中，從基礎(chǔ)性實驗逐步到綜合性設(shè)計實驗進行（實驗項目見表1）。首先開展的“HAc電離度和電離常數(shù)的測定”實驗，該實驗為基礎(chǔ)性實驗，要求學(xué)生熟練掌握pH酸度計的使用方法，了解電極的結(jié)構(gòu)和工作原理，并學(xué)會采用pH酸度計測定HAc的電離度和電離常數(shù)，將教學(xué)過程與實際應(yīng)用相結(jié)合，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。后續(xù)開展的“循環(huán)伏安法測定葡萄糖含量”和“循環(huán)伏安法研究電極反應(yīng)過程”為綜合設(shè)計性實驗，從電極預(yù)處理、鐵氰化鉀溶液的配制到掃描速度的選擇、掃描電位區(qū)間的選擇等實驗步驟，學(xué)生要通過實驗掌握如何通過循環(huán)伏安曲線的測定判斷電極反應(yīng)過程的可逆性，如何測定峰電流和峰電位，并掌握繪制葡萄糖濃度-電流標準曲線的方法，以達到采用循環(huán)伏安曲線測定未知葡萄糖溶液含量的方法，并對實驗結(jié)果進行理論分析，將理論和實踐相結(jié)合，進一步加強對電化學(xué)知識的掌握和應(yīng)用。通過上述實驗的開展，學(xué)生可結(jié)合專業(yè)特點，將電化學(xué)分析技術(shù)與其他學(xué)科知識進行深入融合，促進學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)和邏輯思維能力的全面構(gòu)建［10-12］。

表1 實驗名稱和實驗類別Tab.1 The name and category of experiment

隨著科技水平的飛速發(fā)展以及人們對新能源和環(huán)保材料的日益重視，電化學(xué)人才培養(yǎng)的要求也逐步提升，不僅需要扎實的專業(yè)知識，也需要與學(xué)科發(fā)展前沿和研究熱點的結(jié)合［13］，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，增強其就業(yè)競爭力。此外，將學(xué)科前沿成果滲透到電化學(xué)教學(xué)過程中，可以提升學(xué)生的創(chuàng)新意識，這是進一步深化課程改革的必然趨勢和發(fā)展方向，同時也是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的有效途徑［14］。因此，在基礎(chǔ)性和綜合性實驗之外，還需要開設(shè)一些創(chuàng)新性、前沿性的教學(xué)內(nèi)容，如電化學(xué)生物傳感器的制備、廢水中重金屬離子的檢測、電池材料的充放電實驗、鎂合金的表面防腐處理等，這些創(chuàng)新性實驗是電化學(xué)分析技術(shù)課程下一步改革的方向。學(xué)生可針對實驗?zāi)康?，自行查閱文獻，設(shè)計實驗方案，與教師開展討論，在教師的針對性指導(dǎo)下完成實驗過程。通過自主創(chuàng)新實驗，可進一步提高學(xué)生對電化學(xué)分析技術(shù)的學(xué)習(xí)熱情，同時培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和實踐能力，增強解決實際問題的能力。同時，學(xué)?？砷_展相關(guān)的學(xué)科前沿講座，進一步豐富學(xué)生的理論知識，拓寬學(xué)生的思維視野，這些都有助于學(xué)生綜合能力的提高，為應(yīng)用型人才培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

2 電化學(xué)分析技術(shù)教學(xué)方法探討

針對電化學(xué)分析技術(shù)教學(xué)過程中存在的問題，以應(yīng)用化學(xué)專業(yè)為例，進行教學(xué)方法改革，探討以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生分析解決實際問題的專業(yè)能力，將電化學(xué)分析技術(shù)與其他學(xué)科有機融合，滿足新工科背景下人才培養(yǎng)的需求［15-16］。具體教學(xué)方法改革主要體現(xiàn)在：1）采用分組教學(xué)模式，以循環(huán)伏安曲線測試內(nèi)容為例，該實驗依托CHI660E電化學(xué)工作站教學(xué)，受設(shè)備數(shù)量的限制，開展分組教學(xué)，限制每組人數(shù)，更有利于調(diào)動學(xué)生的參與度。2）采用“先學(xué)后教再學(xué)”的教學(xué)模式，將教學(xué)PPT、視頻、教案、大綱等相關(guān)教學(xué)資料上傳超星學(xué)習(xí)通，學(xué)生可通過登錄學(xué)習(xí)通自行預(yù)習(xí)相關(guān)實驗內(nèi)容，在教師講授過程中帶著問題去學(xué)習(xí)，在上完課后仍然不明白的環(huán)節(jié)再去自行查閱學(xué)習(xí)或咨詢教師，以達到掌握知識點的目的。這種以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，不僅能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，還能有效提高學(xué)習(xí)效率［17］。3）理論聯(lián)系實際，重視實踐教學(xué)，電化學(xué)分析技術(shù)具有很強的工程實踐性，在教學(xué)過程中不能只停留在對理論知識的講授，更要加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增加實踐教學(xué)學(xué)時。加強實踐教學(xué)，充分挖掘和發(fā)揮課程實驗在創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的功能，也是教學(xué)方法改革的重要舉措。4）以科研課題促教學(xué)，將課程教學(xué)和科研課題相結(jié)合，鼓勵學(xué)生參與到教師的相關(guān)課題研究中或鼓勵學(xué)生組成團隊申報大學(xué)生創(chuàng)新項目。學(xué)生在參與科研活動的過程中，一方面接觸到學(xué)科前沿領(lǐng)域的研究，可以拓寬和加深學(xué)生對于專業(yè)領(lǐng)域的理解和認識，激發(fā)學(xué)生深入鉆研學(xué)科知識和投身科研創(chuàng)新活動的興趣［18］，活躍創(chuàng)新性思維；另一方面，學(xué)生在自主申報課題研究的過程中，從查閱文獻、搜集資料、申請書撰寫、項目申報答辯到完成課題、撰寫結(jié)題報告等過程中，了解并熟悉項目從立項到結(jié)題的整個周期，不僅鍛煉了學(xué)生的文獻查閱能力、實踐研究能力、團隊協(xié)作能力和科研能力，而且提高了學(xué)生對科學(xué)研究的熱情，鞏固了學(xué)生對理論知識的掌握，為將來進一步深造或就業(yè)打下基礎(chǔ)。

3 電化學(xué)分析技術(shù)考核方式研究

考核方式是課程教學(xué)的重要組成部分，成績評價一方面可以考察學(xué)生對課程基礎(chǔ)知識的理解和掌握情況，有助于教師針對性地進行教學(xué)改進，另一方面也是對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的客觀公正的評價，促使學(xué)生努力學(xué)習(xí)并引導(dǎo)其學(xué)習(xí)方向，最終起到夯實基礎(chǔ)、強化能力的教學(xué)目的［19-20］。電化學(xué)分析技術(shù)成績考核既要重視最終筆試考試結(jié)果，也要權(quán)衡過程和階段性考核結(jié)果，這對于檢驗教學(xué)質(zhì)量和促進人才培養(yǎng)都是非常必要的。應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求學(xué)生有扎實的理論知識的同時具備較強的工程實踐能力，傳統(tǒng)的以筆試為主的考核方式已不能滿足新工科背景下多元化人才培養(yǎng)的需求。電化學(xué)分析技術(shù)的考核方式經(jīng)過不斷的實踐研究，綜合成績由平時成績和期末筆試成績組成。根據(jù)學(xué)生實際情況，平時成績可由原有的30%逐步調(diào)整到60%，平時成績考核既包括出勤、作業(yè)、操作技能、預(yù)習(xí)報告、實驗報告等過程性考核指標，也包括章節(jié)測驗、小組討論等階段性考核。期末筆試試卷成績占比降低，出題類型也不斷多樣化，力求將基礎(chǔ)知識和重點難點進行綜合考察，將課內(nèi)和課外考核相結(jié)合、過程考核和最終考核相結(jié)合，使學(xué)生學(xué)習(xí)成績綜合評價更為科學(xué)合理，全面提升教學(xué)質(zhì)量。

4 教學(xué)實施效果

通過對電化學(xué)分析技術(shù)的教學(xué)改革，學(xué)生對電化學(xué)知識的掌握能力、學(xué)生的實踐操作能力和解決實際問題的能力均得到了提高。在電化學(xué)分析技術(shù)與其他學(xué)科交叉融合過程中，學(xué)生能夠利用電化學(xué)分析測試手段研究電化學(xué)反應(yīng)過程，為相關(guān)研究工作的進行提供了有效的表征途徑。近年來，有很多學(xué)生參與到教師的科研項目研究中，也有部分學(xué)生申請了與電化學(xué)相關(guān)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，并在“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和天津市大學(xué)生化學(xué)競賽等比賽項目中獲得良好成績。

5 結(jié)束語

充分發(fā)揮電化學(xué)分析技術(shù)在新工科應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的作用，探索人才培養(yǎng)新模式，培養(yǎng)適應(yīng)新工科發(fā)展需要的應(yīng)用型人才，以服務(wù)國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展和對技能人才的需求是非常必要的。電化學(xué)分析技術(shù)的教學(xué)改革，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)了其創(chuàng)新能力和對基礎(chǔ)知識扎實的掌握能力，增強了學(xué)生的就業(yè)競爭力，在提升應(yīng)用型技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量水平上發(fā)揮了重要作用。電化學(xué)分析技術(shù)的教學(xué)模式要與時俱進，以滿足日新月異的變化對不同層次人才的需求。