《電化學(xué)測(cè)量方法》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)體會(huì)

匡尹杰+周瓊花

摘 要 《電化學(xué)測(cè)量方法》是理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的一門課程，實(shí)驗(yàn)對(duì)提高理論學(xué)習(xí)效率有著很大的幫助。本文從及時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)講解、合理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、充分的課前預(yù)習(xí)等三個(gè)方面闡述了《電化學(xué)測(cè)量方法》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)體會(huì)。

關(guān)鍵詞 電化學(xué)測(cè)量方法 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn) 電化學(xué)工作站

電化學(xué)技術(shù)除了廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的電解工業(yè)、電池工業(yè)、工業(yè)及環(huán)境監(jiān)測(cè)，還在電分析、材料的表面處理以及新型納米材料和器件的制備和構(gòu)筑等新興領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，其應(yīng)用正日益受到人們的高度重視。因此，有必要了解和掌握基本的電化學(xué)測(cè)量方法原理和技術(shù)。然而，每一種電化學(xué)測(cè)量方法都涉及到不同的電化學(xué)理論和相應(yīng)的高等數(shù)學(xué)知識(shí)，學(xué)生普遍感到枯燥乏味、深?yuàn)W難學(xué)，學(xué)習(xí)的積極性也容易受到挫傷。本人從事《電化學(xué)測(cè)量方法》教學(xué)工作十余年，發(fā)現(xiàn)如果能夠結(jié)合課程實(shí)驗(yàn)，理論課的學(xué)習(xí)就會(huì)直觀生動(dòng)，學(xué)起來(lái)也就不那么難了。下面就電化學(xué)測(cè)量方法的實(shí)驗(yàn)教學(xué)談幾點(diǎn)體會(huì)：

1針對(duì)學(xué)生的疑惑，實(shí)驗(yàn)中及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)講解，有利于理論知識(shí)消化和融會(huì)貫通

交流阻抗法是一種非常重要的電化學(xué)測(cè)量方法，同時(shí)也是理論學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。在電化學(xué)阻抗譜測(cè)量過(guò)程中，儀器不時(shí)發(fā)出“嘀嗒”聲，開(kāi)始急促后來(lái)變得緩慢。同學(xué)們感到很奇怪，甚至有人以為儀器出了問(wèn)題。這時(shí)候，我告訴他們：每一個(gè)嘀嗒聲就是儀器在自動(dòng)生成一個(gè)頻率不同的正弦交流電信號(hào)（頻率由高到低變化），和設(shè)置好電位的直流電疊加在一起作用于電解池，系統(tǒng)隨即測(cè)量出該激勵(lì)信號(hào)下的電化學(xué)阻抗并以角頻率、阻抗模值和相位角的形式在顯示器左下角顯示出來(lái)。同學(xué)們聽(tīng)了，都在認(rèn)真觀察。果然，每一次嘀嗒聲后，就看到一個(gè)不同的頻率，然后就有了對(duì)應(yīng)的阻抗模值和相位角。不少人恍然大悟，原來(lái)阻抗和頻率有關(guān)。咦，老師上課不是講過(guò)嗎？

然后，我再提醒大家看測(cè)量時(shí)的阻抗圖，屏幕上有兩個(gè)圖，一個(gè)是阻抗的模與頻率的曲線，另一個(gè)是阻抗的相位角和頻率的曲線，二者合在一起構(gòu)成了我們理論課講的Bode圖，能夠完整描述阻抗的特征。測(cè)量完成后，大家保存好圖譜，重新打開(kāi)時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)測(cè)量時(shí)的Bode圖不見(jiàn)了，取而代之的是一個(gè)橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)單位都是歐姆的曲線。就在同學(xué)們感到困惑時(shí)，我告訴他們：這是系統(tǒng)將測(cè)量的阻抗數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成更直觀的復(fù)數(shù)平面圖，它是描述阻抗的另一種方式，由阻抗的實(shí)部和虛部構(gòu)成。將阻抗數(shù)據(jù)導(dǎo)出后，同學(xué)們驚奇地發(fā)現(xiàn)每個(gè)頻率下，測(cè)得的阻抗都有不同的模值、相位角、實(shí)部、虛部與之對(duì)應(yīng)。這就是我們上理論課時(shí)說(shuō)過(guò)的：阻抗既可以用極坐標(biāo)，又可以用復(fù)數(shù)平面圖來(lái)表示。通過(guò)這種現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)講解，抽象生澀的交流阻抗理論頓時(shí)變得直觀形象，同學(xué)們學(xué)習(xí)的積極性和效率明顯提高。

2實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)盡可能包括必要的驗(yàn)證性內(nèi)容，又適當(dāng)增加綜合創(chuàng)新性的內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在設(shè)置時(shí)，既要包括一些驗(yàn)證性內(nèi)容，以強(qiáng)化基礎(chǔ)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)基本電化學(xué)測(cè)量方法的理解；又要適量增加的綜合創(chuàng)新性內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和動(dòng)手能力[2]，為其以后解決實(shí)際問(wèn)題做好準(zhǔn)備。在循環(huán)伏安法實(shí)驗(yàn)中，我們不僅通過(guò)Pt電極在鐵氰化鉀/亞鐵氰化鉀體系中的循環(huán)伏安圖，驗(yàn)證了循環(huán)伏安法在研究可逆電極過(guò)程中的一些應(yīng)用；還增加了通過(guò)循環(huán)伏安法評(píng)價(jià)酸性條件下不同電極催化甲醇電氧化性能等綜合創(chuàng)新性內(nèi)容。大家很快學(xué)會(huì)了如何通過(guò)循環(huán)伏安圖判斷碳、金、鉑等材料是否對(duì)甲醇電氧化具有催化作用以及評(píng)價(jià)催化性能，紛紛感嘆電化學(xué)測(cè)量方法的簡(jiǎn)單實(shí)用！學(xué)習(xí)熱情高漲。還強(qiáng)烈希望在其他的電化學(xué)測(cè)試方法實(shí)驗(yàn)中也能夠增加一些創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

3強(qiáng)調(diào)課前預(yù)習(xí)的重要性

目前，電化學(xué)測(cè)試大多使用電化學(xué)工作站，我們實(shí)驗(yàn)中采用的是辰華CHI660D電化學(xué)工作站，它能提供多種電化學(xué)測(cè)試方法。只需選好測(cè)量方法，設(shè)好參數(shù)，測(cè)試完成后結(jié)果就通過(guò)電腦終端顯示出來(lái)。操作非常簡(jiǎn)單，所需時(shí)間往往較短。因此，實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真預(yù)習(xí)就特別重要。否則，就可能出現(xiàn)同學(xué)還沒(méi)有反應(yīng)過(guò)來(lái)，電化學(xué)測(cè)量就結(jié)束了的情況，很難起到應(yīng)有的作用。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我特別強(qiáng)調(diào)課前預(yù)習(xí)的重要性，要求學(xué)生一定要在實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)，弄懂所用電化學(xué)測(cè)量方法的原理。這樣做起實(shí)驗(yàn)來(lái)，才會(huì)心中有數(shù)。

總之，及時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)講解、合理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、充分的課前預(yù)習(xí)是電化學(xué)測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得良好效果的保證。

參考文獻(xiàn)

[1] 賈錚等.電化學(xué)測(cè)量方法[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006（01）.

[2] 張勇，馮輝，王力臻等.電化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].科技信息（學(xué)術(shù)研究），2007（36） ： 452.