國(guó)家級(jí)線下一流本科課程電化學(xué)原理建設(shè)探索與實(shí)踐

左朋建　趙力　程新群　馬玉林　尹鴿平

摘? 要：電化學(xué)原理課程是電化學(xué)專業(yè)的核心理論課，對(duì)學(xué)生電化學(xué)實(shí)踐能力、科學(xué)與工程素養(yǎng)的培養(yǎng)具有基礎(chǔ)性地位和作用。該文介紹哈爾濱工業(yè)大學(xué)首批國(guó)家級(jí)線下一流本科課程電化學(xué)原理的建設(shè)和實(shí)施過程。從課程教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容體系、教學(xué)模式、課程思政、考核方式和教學(xué)效果等方面闡述課程的建設(shè)歷程，為“雙萬計(jì)劃”背景下的一流課程建設(shè)提供重要參考和應(yīng)用實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)原理；教學(xué)改革；課程思政；一流課程建設(shè)；電化學(xué)專業(yè)

中圖分類號(hào)：G640? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2024）14-0031-04

Abstract： Principles of Electrochemistry is the core theoretical course of electrochemistry science， which has a basic status and role in the cultivation of students' electrochemical practical ability and scientific and engineering literacy. This paper introduces the construction and implementation process of the first batch of national offline undergraduate course， Principles of Electrochemistry， in Harbin Institute of Technology. The course construction process is expounded from the aspects of course teaching objectives， content system， teaching mode， ideological and political education in courses， assessment methods and teaching effects， which provides an important reference and application practice for the construction of first-class courses under the background of the "Double Ten Thousand Plan".

Keywords： Principles of Electrochemistry; teaching reform; ideological and political education in courses; first-class course construction; electrochemistry major

黨的十二大報(bào)告強(qiáng)調(diào)，人才是第一資源，培養(yǎng)造就大批德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)人才，是國(guó)家和民族長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展大計(jì)。完善人才培養(yǎng)機(jī)制，做好人才自主培養(yǎng)之路，高校特別是“雙一流”大學(xué)要發(fā)揮人才培養(yǎng)主力軍作用。教育部發(fā)布的《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》（教高〔2019〕8號(hào)）指出，課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量。為貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記關(guān)于教育的重要論述和全國(guó)教育大會(huì)精神，落實(shí)新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議要求，必須深化教育教學(xué)改革，必須把教學(xué)改革成果落實(shí)到課程建設(shè)上。樹立課程建設(shè)新理念，推進(jìn)課程改革創(chuàng)新，實(shí)施科學(xué)課程評(píng)價(jià)，嚴(yán)格課程管理，完善以質(zhì)量為導(dǎo)向的課程建設(shè)激勵(lì)機(jī)制，形成多類型、多樣化的教學(xué)內(nèi)容與課程體系，是高等學(xué)校一流本科課程建設(shè)的必然要求。

電化學(xué)原理是理工科院校電化學(xué)方向的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，一直受到學(xué)生的高度重視。該課程的核心目的是為化學(xué)工程與工藝（電化學(xué)）、能源化學(xué)、電化學(xué)等相關(guān)專業(yè)學(xué)生的能力培養(yǎng)提供認(rèn)識(shí)、分析和解決電化學(xué)問題的理論體系與方法體系。近年來，哈爾濱工業(yè)大學(xué)圍繞“電化學(xué)理論與電化學(xué)實(shí)踐相結(jié)合、教學(xué)模式改革、精細(xì)化過程評(píng)價(jià)、突出能力培養(yǎng)、塑造專業(yè)人才優(yōu)秀品格”的課程改革總體思路，立足電化學(xué)理論前沿，與電化學(xué)實(shí)踐深度融合，推動(dòng)電化學(xué)原理課程建設(shè)不斷取得新突破，電化學(xué)原理課程先后獲得 “校級(jí)優(yōu)秀教學(xué)設(shè)計(jì)課程”“校級(jí)優(yōu)秀課程”“校級(jí)一流本科課程”以及國(guó)家級(jí)一流本科課程，有效支撐了電化學(xué)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。

一? 課程簡(jiǎn)介與目標(biāo)

1956年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)積極響應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略需求開始籌建電化學(xué)專業(yè)。1960年，哈工大正式成立電化學(xué)工學(xué)專業(yè)并開始招生，自此，電化學(xué)原理（又稱理論電化學(xué)）一直為化學(xué)工程與工藝（電化學(xué)）專業(yè)的核心基礎(chǔ)課。該課程是在無機(jī)化學(xué)與物理化學(xué)中有關(guān)電化學(xué)熱力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，從電化學(xué)動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，深刻揭示電化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)在本質(zhì)和基本規(guī)律，全面闡述電化學(xué)反應(yīng)速率與電極電勢(shì)之間的關(guān)系。通過對(duì)課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生能夠分析電極/溶液界面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，能夠解析電化學(xué)反應(yīng)中各個(gè)基元步驟的動(dòng)力學(xué)基本規(guī)律，以及一些典型的電極過程基本動(dòng)力學(xué)特征。使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)的電化學(xué)理論知識(shí)和科學(xué)方法，識(shí)別和判斷電化學(xué)工程問題的特征參數(shù)和影響因素，并能夠給出電化學(xué)控制步驟和反應(yīng)機(jī)理的研究方案和判定方法，能夠運(yùn)用現(xiàn)代電化學(xué)科學(xué)研究的理念和方法，為電化學(xué)專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和從事電化學(xué)研究與生產(chǎn)實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。通過將德育元素融入課程教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)大學(xué)生責(zé)任心和使命感。通過將學(xué)術(shù)研究、科技發(fā)展前沿成果引入課程內(nèi)容，結(jié)合多元化考核評(píng)價(jià)，提高學(xué)生的深度學(xué)習(xí)能力、科研創(chuàng)新能力以及綜合素質(zhì)。

二? 課程內(nèi)容體系

本課程的教學(xué)內(nèi)容如圖1所示，包括緒論、雙層結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、電子轉(zhuǎn)移步驟動(dòng)力學(xué)、液相傳質(zhì)及混合控制動(dòng)力學(xué)、表面轉(zhuǎn)化步驟動(dòng)力學(xué)，以及三個(gè)具體電極過程（氣體電極過程、金屬陰極過程和金屬陽極過程）動(dòng)力學(xué)幾個(gè)章節(jié)。作為電化學(xué)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，按照“兩性一度”金課建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，以學(xué)生為中心，建立電化學(xué)基本知識(shí)框架，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在潛力與學(xué)習(xí)動(dòng)力，全面掌握電化學(xué)重要知識(shí)點(diǎn)，包括電化學(xué)基本概念、電極/溶液界面雙層的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、基元步驟動(dòng)力學(xué)、機(jī)理判定方法及典型電極過程的動(dòng)力學(xué)理論等，建立從基本概念、基本原理到具體電極過程的知識(shí)脈絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，使學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合學(xué)術(shù)前沿進(jìn)展與實(shí)踐不斷融會(huì)貫通，能準(zhǔn)確剖析工程問題核心所在，并能提出科學(xué)的解決方法和實(shí)施途徑。

三? 課程教學(xué)改革與實(shí)施情況

本課程理論性極強(qiáng)，公式和機(jī)理的推導(dǎo)過程較多，授課內(nèi)容要與電化學(xué)相關(guān)前沿進(jìn)展緊密結(jié)合，最大限度激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的內(nèi)源性動(dòng)力，這也是本課程教學(xué)改革要解決的重點(diǎn)問題。本課程通過構(gòu)建以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式，在保證課堂教學(xué)質(zhì)量的前提下，結(jié)合課下作業(yè)和具體實(shí)踐精心設(shè)計(jì)課堂問題，將學(xué)生引導(dǎo)到科創(chuàng)實(shí)驗(yàn)第二課堂，通過課前提問測(cè)試和課下文獻(xiàn)學(xué)習(xí)與實(shí)踐，提高學(xué)生對(duì)于課程內(nèi)容的認(rèn)識(shí)和理解，強(qiáng)化學(xué)生的素質(zhì)教育和綜合能力培養(yǎng)；通過PPT展示和板書相結(jié)合，利用師生微信群等交流平臺(tái)，增加師生課程互動(dòng)性，推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與課程教學(xué)的深度融合，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式與個(gè)性化學(xué)習(xí)；教學(xué)過程中，精心進(jìn)行課前準(zhǔn)備，合理設(shè)計(jì)課堂內(nèi)容，注重搜集整理專業(yè)教師及國(guó)內(nèi)外學(xué)者在電催化、化學(xué)電源及金屬腐蝕等電化學(xué)領(lǐng)域的最新學(xué)術(shù)研究和技術(shù)開發(fā)成果，將科研成果及時(shí)向教學(xué)素材轉(zhuǎn)化，通過課程的持續(xù)改進(jìn)，不斷增強(qiáng)課程前沿性和時(shí)代性。

課程思政建設(shè)方面，以專業(yè)課程教學(xué)改革為契機(jī)探索當(dāng)前高校思想政治工作的新理念新模式，深入挖掘蘊(yùn)含在專業(yè)課程中的思政教育資源，把專業(yè)課程教學(xué)目標(biāo)和課程德育目標(biāo)相結(jié)合，將思政教育融入理工科專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)過程中，在專業(yè)知識(shí)傳授中融入價(jià)值引領(lǐng)，達(dá)到“以文化人、以文育人”的隱性課程思政目的，從而實(shí)現(xiàn)高校教育的價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識(shí)傳授三位一體的教學(xué)目標(biāo)。充分挖掘典型的隱性教育案例，例如在第一章中介紹電化學(xué)發(fā)展歷史的部分，增加了國(guó)內(nèi)電化學(xué)學(xué)科的發(fā)展情況，穿插了電化學(xué)專業(yè)老一輩科學(xué)家和教育家（例如查全性院士、盧國(guó)琦教授等）的勵(lì)志小故事，增強(qiáng)了課程的趣味性和思政教育功能。通過電化學(xué)原理課程中思政元素的加入，力爭(zhēng)傳播好、講述好中國(guó)故事、國(guó)內(nèi)電化學(xué)專業(yè)故事、哈工大八百壯士故事；豐富課程思政的課程體系，踐行將高校思想政治教育融入課程教學(xué)和改革的各環(huán)節(jié)、各方面的要求，實(shí)現(xiàn)立德樹人潤(rùn)物無聲，尋求各科教學(xué)中專業(yè)知識(shí)與思想政治教育內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性，并在課程開展的過程中，將思想政治教育的相關(guān)內(nèi)容融入教學(xué)當(dāng)中，通過學(xué)科滲透的方式達(dá)到思想政治教育的目的。注重促進(jìn)課程教學(xué)與愛國(guó)主義教育相結(jié)合，以專業(yè)和電化學(xué)學(xué)科的發(fā)展歷史為例，講述電化學(xué)專業(yè)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，特別是在19世紀(jì)和20世紀(jì)初，國(guó)外電化學(xué)學(xué)科發(fā)展迅速，而我國(guó)在這一時(shí)段由于歷史原因發(fā)展遲緩，結(jié)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)電化學(xué)專業(yè)在20世紀(jì)80年代研發(fā)的國(guó)內(nèi)第一塊發(fā)泡鎳基的鎘鎳電池、國(guó)家最早的無氰電鍍技術(shù)等，弘揚(yáng)愛國(guó)奮斗精神和愛國(guó)主義元素，激勵(lì)學(xué)生珍惜當(dāng)前的大好時(shí)期，培養(yǎng)大學(xué)生對(duì)于國(guó)家、學(xué)校與家庭的責(zé)任心和使命感。

課程各環(huán)節(jié)不斷豐富和更新，結(jié)合最新科研進(jìn)展，豐富課程習(xí)題庫；結(jié)合最新的國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)和科研成果，完善了課程多媒體課件建設(shè)，在基礎(chǔ)理論與最新學(xué)術(shù)進(jìn)展的高度融合方面完善多媒體教學(xué)課件，并做到科研成果及時(shí)向教學(xué)素材的轉(zhuǎn)化，有效提升了課程的時(shí)代性和互動(dòng)性。如在氣體電極過程的“電催化”一節(jié)，增加了電催化領(lǐng)域的最新進(jìn)展，同時(shí)加入了電催化研究領(lǐng)域待解決的關(guān)鍵問題，結(jié)合2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科學(xué)家故事，激發(fā)了同學(xué)們?cè)陔娀瘜W(xué)領(lǐng)域的科研興趣（如圖2所示）；結(jié)合電化學(xué)理論前沿進(jìn)展不斷完善課程內(nèi)容，如第二章中對(duì)雙電層模型的最新發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)和歸納，特別結(jié)合最新的科研成果對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，通過引入最新科學(xué)進(jìn)展使大家對(duì)該雙層理論部分有更深入的理解；針對(duì)極譜法這種傳統(tǒng)電化學(xué)研究方法的使用逐漸減少，課程對(duì)此部分內(nèi)容在注重基本原理的講解同時(shí)進(jìn)行了刪減，同時(shí)考慮到旋轉(zhuǎn)圓盤電極、旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極現(xiàn)代電化學(xué)方法的廣泛應(yīng)用，通過文獻(xiàn)查閱整理和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，補(bǔ)充了關(guān)于新型電化學(xué)方法基本原理及應(yīng)用情況；針對(duì)鋰離子電池嵌入反應(yīng)基本原理，在“電化學(xué)控制與擴(kuò)散控制的電極行為”部分增加了鋰離子在固相中的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)內(nèi)容，并結(jié)合電極和溶液中電子能級(jí)的匹配深入理解電化學(xué)極化過程，基于基元步驟動(dòng)力學(xué)分析詳細(xì)闡述當(dāng)前堿金屬二次電池材料的嵌入反應(yīng)、轉(zhuǎn)化反應(yīng)及合金化反應(yīng)等新型電化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律。

在課程考核方面，以激發(fā)學(xué)生對(duì)電化學(xué)理論的學(xué)習(xí)動(dòng)力和電化學(xué)專業(yè)的志趣為著力點(diǎn)，完善過程評(píng)價(jià)制度，通過成績(jī)分析和課堂表現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，建立全過程全方位多樣化考核機(jī)制。課程考核方式主要包括期末考試、期中測(cè)評(píng)和課程論文三個(gè)部分。另外，課下作業(yè)和課堂問題作為課程考核的輔助部分不計(jì)入成績(jī)，但作為教師課程持續(xù)改進(jìn)的主要依據(jù)。課程論文部分要求學(xué)生針對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行理論分析，并通過查閱經(jīng)典和前沿文獻(xiàn)，以課程論文的形式完成報(bào)告的撰寫，引導(dǎo)學(xué)生到創(chuàng)新實(shí)踐第二課堂，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生課堂內(nèi)外學(xué)習(xí)的綜合評(píng)價(jià)，強(qiáng)化電化學(xué)理論最新進(jìn)展的文獻(xiàn)閱讀量和閱讀能力考查，提升課程學(xué)習(xí)的廣度。通過學(xué)生分組討論，加強(qiáng)研究型、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，完善課程論文式、探索答辯式課程論文評(píng)價(jià)方法，提升了課程學(xué)習(xí)的深度和挑戰(zhàn)性。

四? 教學(xué)改革創(chuàng)新及成效

經(jīng)過不斷的教學(xué)探索和改革，課程團(tuán)隊(duì)形成教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)全面、教學(xué)方法靈活多樣、評(píng)價(jià)方式突出學(xué)生個(gè)性化評(píng)估的教學(xué)特色。注重充分挖掘蘊(yùn)含在電化學(xué)理論知識(shí)中的德育元素，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)課與德育教育的有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)了大學(xué)生的責(zé)任心和使命擔(dān)當(dāng)。通過對(duì)我國(guó)科學(xué)家電化學(xué)理論和應(yīng)用成果的介紹增強(qiáng)了學(xué)生個(gè)人自信和專業(yè)自信；及時(shí)將電化學(xué)研究領(lǐng)域的最新學(xué)術(shù)研究和科技發(fā)展前沿成果引入課程，增強(qiáng)了課程前沿性和時(shí)代性，突破了學(xué)生的習(xí)慣性認(rèn)知模式，培養(yǎng)了學(xué)生深度分析、大膽質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的精神和能力；創(chuàng)新教學(xué)模式，構(gòu)建以問題為導(dǎo)向的教學(xué)新方法，通過精心設(shè)計(jì)問題與課下作業(yè)學(xué)習(xí)相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課下學(xué)術(shù)文獻(xiàn)的深度學(xué)習(xí)，增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)效果；利用師生微信群等多種方式，增加師生課程互動(dòng)性，大力推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)深度融合，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式與個(gè)性化學(xué)習(xí)；注重學(xué)生知識(shí)的全面性和綜合能力的培養(yǎng)，在保證課堂教學(xué)質(zhì)量的前提下，通過第二課堂強(qiáng)化學(xué)生的素質(zhì)教育和綜合能力培養(yǎng)，秉承“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的教學(xué)理念，建立了課程持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。

該課程深受專業(yè)學(xué)生喜愛，教學(xué)效果均在A以上。通過本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生具有了極其扎實(shí)的理論功底，提升了學(xué)生深度分析和勇于創(chuàng)新的精神和能力，課程建設(shè)強(qiáng)有力支撐了專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)，本專業(yè)也被教育部認(rèn)定為高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)和卓越工程師計(jì)劃建設(shè)點(diǎn)。課程融入電化學(xué)相關(guān)的人物和科學(xué)故事，將基礎(chǔ)理論與國(guó)內(nèi)外及哈爾濱工業(yè)大學(xué)電化學(xué)專業(yè)和行業(yè)的發(fā)展歷程緊密結(jié)合，并做到了科研成果及時(shí)向教學(xué)素材的轉(zhuǎn)化，增強(qiáng)了課程的趣味性及育人作用，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)全員全程全方位育人，為培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)電化學(xué)專業(yè)人才奠定了基礎(chǔ)。

五? 結(jié)束語

哈爾濱工業(yè)大學(xué)電化學(xué)專業(yè)經(jīng)過60多年不斷改革、發(fā)展和實(shí)踐的辦學(xué)過程，形成了工科特色鮮明的突出優(yōu)勢(shì)，電化學(xué)原理課程作為專業(yè)核心課在人才培養(yǎng)和專業(yè)建設(shè)中發(fā)揮了奠基性作用。電化學(xué)原理課程團(tuán)隊(duì)成員根據(jù) “兩性一度”一流課程建設(shè)要求，以“立德樹人”為根本任務(wù)，以“以學(xué)生為中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”為教學(xué)理念，注重融入課程思政教育理念，將科研成果向教學(xué)素材及時(shí)轉(zhuǎn)化，建設(shè)豐富的理論和實(shí)踐教學(xué)資源，進(jìn)一步通過考核方式多樣化調(diào)動(dòng)學(xué)生參與研究、討論和分析工程技術(shù)問題的積極性，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，全面提升課程教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，培養(yǎng)電化學(xué)專業(yè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、研究性思維、實(shí)踐能力與工程素養(yǎng)。

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基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)線下一流本科課程“電化學(xué)原理”建設(shè)項(xiàng)目（教高函〔2020〕8號(hào)）；哈爾濱工業(yè)大學(xué)教學(xué)發(fā)展基金項(xiàng)目“電化學(xué)原理課程思政研究”（XSZ2019023）；哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究生教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“產(chǎn)教融合背景下基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的研究生理論課程改革探索——以電化學(xué)專業(yè)為例”（23MS022）

第一作者簡(jiǎn)介：左朋建（1980-），男，漢族，河南開封人，博士，教授。研究方向?yàn)殡娀瘜W(xué)。