應用型人才培養模式下電化學分析技術的教學研究

卜路霞，廉文靜，尹立輝，劉萍，萬佳艷

（天津農學院基礎科學學院應用化學系，天津 300392）

電化學分析方法是以溶液中物質的電化學性質為基礎的一類儀器分析方法，根據其測量方式的不同，可分為電導分析、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、儀器設備簡單、操作方便、價格便宜等眾多優點，已廣泛應用于化工、機械、航空航天、醫學、金屬腐蝕和防護等眾多領域［1-4］。電化學分析技術是現代儀器分析技術的重要組成部分，具有很強的實踐性和實用性，當前許多前沿課題如能源、環境、材料、生物、藥物等都與電化學分析技術以各種各樣的形式相關聯，電化學分析技術在應用型人才培養中已發揮著重要作用［5-7］。但當前電化學分析教學中存在一些問題［8-9］：1）學生電化學基礎知識掌握不夠牢固，在實驗教學中缺乏理論聯系實際的能力，導致學生學習積極性不夠強；2）現有教學計劃比較陳舊，缺乏和前沿課題的結合，實驗創新性不足；3）實踐課時較少，同時受實驗儀器設備限制，往往采用多人同組進行操作，個別學生缺乏主動性，動手操作能力薄弱；4）成績考核評價不夠完善，僅通過預習報告和實驗報告的成績無法反映出學生的實際操作能力。因此，加強對電化學分析技術的教學改革研究，探索體現應用型新工科人才培養特色的教學內容、教學方法和成績考核方式等，有助于提高教學質量，增強應用化學專業學生的綜合能力和就業競爭力。

1 電化學分析技術教學內容設計

電化學分析技術教學內容涉及的基本原理比較抽象，學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，而實踐教學在應用型人才培養中舉足輕重，因此在教學內容設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的比重，充分挖掘學生的動手操作能力、創新能力和分析解決問題的能力。電化學分析技術包含在儀器分析課程中，是儀器分析課程的重要組成部分，在教學過程中，從基礎性實驗逐步到綜合性設計實驗進行（實驗項目見表1）。首先開展的“HAc電離度和電離常數的測定”實驗，該實驗為基礎性實驗，要求學生熟練掌握pH酸度計的使用方法，了解電極的結構和工作原理，并學會采用pH酸度計測定HAc的電離度和電離常數，將教學過程與實際應用相結合，增強學生的學習興趣。后續開展的“循環伏安法測定葡萄糖含量”和“循環伏安法研究電極反應過程”為綜合設計性實驗，從電極預處理、鐵氰化鉀溶液的配制到掃描速度的選擇、掃描電位區間的選擇等實驗步驟，學生要通過實驗掌握如何通過循環伏安曲線的測定判斷電極反應過程的可逆性，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，以達到采用循環伏安曲線測定未知葡萄糖溶液含量的方法，并對實驗結果進行理論分析，將理論和實踐相結合，進一步加強對電化學知識的掌握和應用。通過上述實驗的開展，學生可結合專業特點，將電化學分析技術與其他學科知識進行深入融合，促進學生綜合能力的培養和邏輯思維能力的全面構建［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展以及人們對新能源和環保材料的日益重視，電化學人才培養的要求也逐步提升，不僅需要扎實的專業知識，也需要與學科發展前沿和研究熱點的結合［13］，以提高學生的綜合素質，增強其就業競爭力。此外，將學科前沿成果滲透到電化學教學過程中，可以提升學生的創新意識，這是進一步深化課程改革的必然趨勢和發展方向，同時也是應用型人才培養的有效途徑［14］。因此，在基礎性和綜合性實驗之外，還需要開設一些創新性、前沿性的教學內容，如電化學生物傳感器的制備、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，這些創新性實驗是電化學分析技術課程下一步改革的方向。學生可針對實驗目的，自行查閱文獻，設計實驗方案，與教師開展討論，在教師的針對性指導下完成實驗過程。通過自主創新實驗，可進一步提高學生對電化學分析技術的學習熱情，同時培養學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，學校可開展相關的學科前沿講座，進一步豐富學生的理論知識，拓寬學生的思維視野，這些都有助于學生綜合能力的提高，為應用型人才培養奠定基礎。

2 電化學分析技術教學方法探討

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

3 電化學分析技術考核方式研究

考核方式是課程教學的重要組成部分，成績評價一方面可以考察學生對課程基礎知識的理解和掌握情況，有助于教師針對性地進行教學改進，另一方面也是對學生學習情況的客觀公正的評價，促使學生努力學習并引導其學習方向，最終起到夯實基礎、強化能力的教學目的［19-20］。電化學分析技術成績考核既要重視最終筆試考試結果，也要權衡過程和階段性考核結果，這對于檢驗教學質量和促進人才培養都是非常必要的。應用型人才培養要求學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的需求。電化學分析技術的考核方式經過不斷的實踐研究，綜合成績由平時成績和期末筆試成績組成。根據學生實際情況，平時成績可由原有的30%逐步調整到60%，平時成績考核既包括出勤、作業、操作技能、預習報告、實驗報告等過程性考核指標，也包括章節測驗、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，力求將基礎知識和重點難點進行綜合考察，將課內和課外考核相結合、過程考核和最終考核相結合，使學生學習成績綜合評價更為科學合理，全面提升教學質量。

4 教學實施效果

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

5 結束語

充分發揮電化學分析技術在新工科應用型人才培養中的作用，探索人才培養新模式，培養適應新工科發展需要的應用型人才，以服務國家創新驅動發展和對技能人才的需求是非常必要的。電化學分析技術的教學改革，激發了學生的學習熱情，培養了其創新能力和對基礎知識扎實的掌握能力，增強了學生的就業競爭力，在提升應用型技術人才培養質量水平上發揮了重要作用。電化學分析技術的教學模式要與時俱進，以滿足日新月異的變化對不同層次人才的需求。