應(yīng)用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程多元化教學(xué)模式改革探索?

任 旺, 張 英, 黃生田, 司玉軍, 劉曉強(qiáng), 王 濤

(四川輕化工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 四川 自貢 643000)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是知識(shí)與能力、 理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)活動(dòng),也是學(xué)生全面掌握理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能、 鍛煉科學(xué)思維、 培養(yǎng)應(yīng)用能力和孕育創(chuàng)新意識(shí)的重要環(huán)節(jié)。 應(yīng)用電化學(xué)是一門學(xué)科交叉性和實(shí)踐性極強(qiáng)的學(xué)科, 在科學(xué)研究和實(shí)際生產(chǎn)(比如電鍍、 電解、 金屬腐蝕與防護(hù)、 電化學(xué)能源開發(fā)、 無機(jī)物/有機(jī)物電解合成、 電催化、 電化學(xué)傳感和環(huán)境處理等)中得到廣泛應(yīng)用。 學(xué)習(xí)應(yīng)用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是大學(xué)生走上相關(guān)工作崗位或開展科學(xué)研究前, 掌握電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的一個(gè)重要途徑。 應(yīng)用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系到化學(xué)、 應(yīng)用化學(xué)和材料化學(xué)等相關(guān)專業(yè)學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)技能的掌握以及解決實(shí)際問題和創(chuàng)新等綜合能力的培養(yǎng)。 如何提高教學(xué)質(zhì)量,使學(xué)生能夠更高效地掌握重點(diǎn)知識(shí)并培養(yǎng)其綜合能力, 專業(yè)課教師應(yīng)當(dāng)積極思考并實(shí)踐。 本文結(jié)合我校實(shí)際情況, 分析了應(yīng)用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀, 根據(jù)教學(xué)大綱和人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求, 對(duì)應(yīng)用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的改革提出了一些探討和思考, 期望同行批評(píng)指正。

1 應(yīng)用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的更新與多元化設(shè)計(jì)

基于我校 “培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展、 社會(huì)適應(yīng)性強(qiáng)、 基礎(chǔ)扎實(shí)、 具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才” 的教學(xué)理念, 為適應(yīng)社會(huì)和企業(yè)所需, 我校化學(xué)、 材料、 化工等相關(guān)專業(yè)都開設(shè)了應(yīng)用電化學(xué)課程, 目的是培養(yǎng)出可以直接服務(wù)于電化學(xué)相關(guān)行業(yè)的本科畢業(yè)生和研究生, 達(dá)到學(xué)有所用、 學(xué)以致用的教學(xué)效果。 近年來, 應(yīng)用電化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展迅速, 知識(shí)更新速度加快, 教學(xué)內(nèi)容必須與時(shí)俱進(jìn), 才能跟上時(shí)代的步伐。 應(yīng)用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容既要注重電化學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)生活中的實(shí)際應(yīng)用, 也要及時(shí)融入前沿科研成果、 新技術(shù)和新方法等到教學(xué)案例中。 根據(jù)國家提倡的環(huán)境保護(hù)、 潔凈生產(chǎn)、節(jié)能減排, 我們刪除了一些陳舊的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容, 選取 “濕法冶金與無氰電鍍”、 “有機(jī)電化學(xué)綠色合成”、 “固態(tài)鋰離子電池的制備及電化學(xué)性能測試”、 “不銹鋼電化學(xué)腐蝕行為研究及綠色緩釋劑的電化學(xué)防護(hù)”、 “微納米材料的電化學(xué)合成”、 “非貴金屬氧還原催化劑的制備及性能測試”、 “微納米材料電合成與電催化”、 “雜原子摻雜碳材料的制備及電催化析氫性能測試”、 “電致變色及光電功能器件”、 “生物燃料電池與生物酶分子傳感器”、 “電分析與電化學(xué)傳感器”、 “廢水中重金屬離子的電化學(xué)處理”、 “電解海水與海水淡化技術(shù)”、 “高級(jí)電化學(xué)氧化技術(shù)與環(huán)境治理”、 “氯堿工程” 等內(nèi)容[1]。 我們將實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、 綜合實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次; 每一層次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容均包含必修與選修內(nèi)容; 對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行分層次開放, 建立一個(gè)層次分明、 循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系。 對(duì)學(xué)生進(jìn)行無差別、 有限制地開放實(shí)驗(yàn)室, 為不同層次的學(xué)生提供寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)空間, 充分鍛煉學(xué)生的實(shí)踐操作能力, 激發(fā)學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)潛能, 展現(xiàn)創(chuàng)造力, 積累創(chuàng)新意識(shí), 突出個(gè)性發(fā)展, 真正做到優(yōu)生優(yōu)培。

2 多元化教學(xué)模式的探索與設(shè)計(jì)

鑒于授課時(shí)數(shù)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的限制, 我們采用 “線上大班/小班+線下小組” 的混合式教學(xué)模式, 這種方式避免教師分小組重復(fù)講解, 即可節(jié)約大量時(shí)間, 同時(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)參與程度, 以實(shí)現(xiàn)在有限的時(shí)間和空間里應(yīng)用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的高效教學(xué)[2-6]。

對(duì)于必修內(nèi)容, 我們采用線上大班教學(xué), 以 “直播+案例+操作視頻+虛擬仿真實(shí)驗(yàn)” 的方式進(jìn)行。 首先, 由教師借助第三方直播軟件(如騰訊課堂、 釘釘?shù)?在線課堂以PPT 直播課的形式為學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)原理, 依托線上慕課資源和相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作視頻, 分析實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題和注意事項(xiàng), 接著學(xué)生完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn), 并下載虛擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告1。 根據(jù)教師的要求, 還會(huì)補(bǔ)充一些實(shí)驗(yàn)小測或者文獻(xiàn)調(diào)研等任務(wù),以加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。 然后學(xué)生分小組到真實(shí)實(shí)驗(yàn)室, 進(jìn)入線下教學(xué), 教師巡回合理指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作, 并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告2。 這種方式讓學(xué)生能在預(yù)習(xí)階段直觀地感受實(shí)驗(yàn)全過程和操作注意事項(xiàng), 在線下實(shí)驗(yàn)階段更有目的性和針對(duì)性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和自主實(shí)驗(yàn)。

對(duì)于選修內(nèi)容, 我們采用 “線上小班+線下小組” 的教學(xué)模式, 線上小班教學(xué)以 “翻轉(zhuǎn)課堂+Seminer” 的方式進(jìn)行, 每次線上小班課程包含5 個(gè)小組。 課前, 學(xué)生根據(jù)選修內(nèi)容分成小組, 每個(gè)小組4 名同學(xué), 每位小組成員就相關(guān)專題自行查找文獻(xiàn)資料、 參考書和相關(guān)案例, 課前自制幻燈片, 為線上課堂的匯報(bào)和討論做好準(zhǔn)備。 規(guī)定每個(gè)小組線上課堂的時(shí)間為10 分鐘左右, 線上課堂, 學(xué)生簡要回顧選修內(nèi)容相關(guān)的理論知識(shí), 并介紹該內(nèi)容的前沿信息以及在相關(guān)科研和實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用, 并提出自己的看法和選修內(nèi)容詳細(xì)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃, 在報(bào)告最后附上主要的參考文獻(xiàn)。 學(xué)生匯報(bào)結(jié)束后, 教師進(jìn)行提問、 引導(dǎo)和建議。 其余同學(xué)可以圍繞教學(xué)內(nèi)容自由發(fā)表對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解并進(jìn)行疑問問、 批評(píng)、 建議等。 這一階段, 每個(gè)小組推薦1 人作為主要報(bào)告人, 同組人員進(jìn)行補(bǔ)充性發(fā)言。 最后, 教師對(duì) “翻轉(zhuǎn)課堂+Seminer” 的線上課堂內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)與總結(jié), 向?qū)W生提出開展線下小組實(shí)驗(yàn)的相關(guān)要求和注意事項(xiàng)。然后, 每組學(xué)生歸納整理并上交線下選修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的詳細(xì)計(jì)劃和方案。 教師根據(jù)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)方案準(zhǔn)備相關(guān)器材和場地,巡回合理指導(dǎo)學(xué)生完成線下小組選修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容, 學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

為實(shí)現(xiàn)從校內(nèi)實(shí)驗(yàn)到工廠實(shí)際生產(chǎn)的銜接, 鑒于電化學(xué)生產(chǎn)工藝課程實(shí)訓(xùn)條件(實(shí)訓(xùn)場地、 實(shí)訓(xùn)設(shè)備和實(shí)訓(xùn)安全)不足的現(xiàn)狀, 對(duì)于電鍍、 電池和氯堿生產(chǎn)工藝流程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容, 我們采用線上大班教學(xué)模式, 以 “直播+視頻資料+虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)” 的方式進(jìn)行, 讓學(xué)生直觀地了解實(shí)際電化學(xué)生產(chǎn)車間和生產(chǎn)工藝流程, 進(jìn)而鞏固專業(yè)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能, 提升大型實(shí)驗(yàn)規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)能力。 通過 “虛擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)” 開展工程實(shí)訓(xùn)教學(xué), 可以讓學(xué)生通過體驗(yàn)虛擬實(shí)訓(xùn)場景、 操作實(shí)訓(xùn)設(shè)備, 完成實(shí)訓(xùn)任務(wù), 更好地體驗(yàn)電化學(xué)生產(chǎn)工藝, 為以后在生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域工作奠定良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

3 結(jié) 語

這種 “線上+線下” 的多元化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式充分利用互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)質(zhì)共享資源, 豐富了教學(xué)內(nèi)容與形式, 開闊了學(xué)生視野,使實(shí)驗(yàn)課更生動(dòng)、 更有趣、 更豐富, 學(xué)習(xí)效果顯著提升。 多元化教學(xué)模式節(jié)省了線下小組實(shí)驗(yàn)的教學(xué)時(shí)間和教學(xué)資源, 降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本, 使實(shí)踐操作環(huán)節(jié)更準(zhǔn)確, 避免了實(shí)際操作的危險(xiǎn), 同時(shí)彌補(bǔ)了實(shí)際教學(xué)中難開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)短板。 另外, 線上教學(xué)無時(shí)間和空間的限制, 對(duì)于請(qǐng)假的學(xué)生或者沒有聽懂的知識(shí)點(diǎn), 可以通過視頻回放可靈活地查遺補(bǔ)缺, 又能強(qiáng)化知識(shí)內(nèi)容, 滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。 實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是工程教育中非常關(guān)鍵的內(nèi)容。 新工科和新時(shí)代背景下應(yīng)用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程通過多元化實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐教學(xué)模式, 激發(fā)了學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)興趣和熱情, 提高電化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)型人才和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)質(zhì)量, 達(dá)到了更好的實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐效果,提升了教學(xué)質(zhì)量。