應(yīng)用型人才培養(yǎng)下電化學(xué)分析技術(shù)

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摘要：電化學(xué)分析技術(shù)是儀器分析的重要組成部分，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中發(fā)揮著重要作用。本文針對(duì)電化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)現(xiàn)狀和存在問(wèn)題，以應(yīng)用化學(xué)專業(yè)為例，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式等方面對(duì)電化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行教學(xué)研究。通過(guò)教學(xué)改革，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和應(yīng)用，強(qiáng)化了應(yīng)用型新工科人才培養(yǎng)特色。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)分析技術(shù)；應(yīng)用型人才；教學(xué)研究；應(yīng)用化學(xué)

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(cè)量方式的不同，可分為電導(dǎo)分析、電位分析、庫(kù)倫分析、極譜分析、電解分析等，具有靈敏度高、測(cè)定準(zhǔn)確度高、儀器設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格便宜等眾多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)械、航空航天、醫(yī)學(xué)、金屬腐蝕和防護(hù)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(qiáng)的實(shí)踐性和實(shí)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(wèn)題［8-9］：1）學(xué)生電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)掌握不夠牢固，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中缺乏理論聯(lián)系實(shí)際的能力，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不夠強(qiáng)；2）現(xiàn)有教學(xué)計(jì)劃比較陳舊，缺乏和前沿課題的結(jié)合，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性不足；3）實(shí)踐課時(shí)較少，同時(shí)受實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備限制，往往采用多人同組進(jìn)行操作，個(gè)別學(xué)生缺乏主動(dòng)性，動(dòng)手操作能力薄弱；4）成績(jī)考核評(píng)價(jià)不夠完善，僅通過(guò)預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績(jī)無(wú)法反映出學(xué)生的實(shí)際操作能力。因此，加強(qiáng)對(duì)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(jī)考核方式等，有助于提高教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生的綜合能力和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

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

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(lái)有一定的困難，但同時(shí)該課程又具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，而實(shí)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(jì)上要遵循由淺到深、循序漸進(jìn)的原則，同時(shí)要加大實(shí)踐教學(xué)的比重，充分挖掘?qū)W生的動(dòng)手操作能力、創(chuàng)新能力和分析解決問(wèn)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(guò)程中，從基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)逐步到綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行（實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目見(jiàn)表1）。首先開(kāi)展的“HAc電離度和電離常數(shù)的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生熟練掌握pH酸度計(jì)的使用方法，了解電極的結(jié)構(gòu)和工作原理，并學(xué)會(huì)采用pH酸度計(jì)測(cè)定HAc的電離度和電離常數(shù)，將教學(xué)過(guò)程與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。后續(xù)開(kāi)展的“循環(huán)伏安法測(cè)定葡萄糖含量”和“循環(huán)伏安法研究電極反應(yīng)過(guò)程”為綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生要通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握如何通過(guò)循環(huán)伏安曲線的測(cè)定判斷電極反應(yīng)過(guò)程的可逆性，如何測(cè)定峰電流和峰電位，并掌握繪制葡萄糖濃度-電流標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法，以達(dá)到采用循環(huán)伏安曲線測(cè)定未知葡萄糖溶液含量的方法，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論分析，將理論和實(shí)踐相結(jié)合，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)電化學(xué)知識(shí)的掌握和應(yīng)用。通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，學(xué)生可結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，將電化學(xué)分析技術(shù)與其他學(xué)科知識(shí)進(jìn)行深入融合，促進(jìn)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］。隨著科技水平的飛速發(fā)展以及人們對(duì)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(shí)的專業(yè)知識(shí)，也需要與學(xué)科發(fā)展前沿和研究熱點(diǎn)的結(jié)合［13］，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，增強(qiáng)其就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。此外，將學(xué)科前沿成果滲透到電化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，可以提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，這是進(jìn)一步深化課程改革的必然趨勢(shì)和發(fā)展方向，同時(shí)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(shí)驗(yàn)之外，還需要開(kāi)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(cè)、電池材料的充放電實(shí)驗(yàn)、鎂合金的表面防腐處理等，這些創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)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(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，自行查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，與教師開(kāi)展討論，在教師的針對(duì)性指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程。通過(guò)自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，可進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)電化學(xué)分析技術(shù)的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力和實(shí)踐能力，增強(qiáng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，學(xué)?？砷_(kāi)展相關(guān)的學(xué)科前沿講座，進(jìn)一步豐富學(xué)生的理論知識(shí)，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(duì)電化學(xué)分析技術(shù)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，以應(yīng)用化學(xué)專業(yè)為例，進(jìn)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(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)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(jī)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(cè)試內(nèi)容為例，該實(shí)驗(yàn)依托CHI660E電化學(xué)工作站教學(xué)，受設(shè)備數(shù)量的限制，開(kāi)展分組教學(xué)，限制每組人數(shù)，更有利于調(diào)動(dòng)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(guò)登錄學(xué)習(xí)通自行預(yù)習(xí)相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在教師講授過(guò)程中帶著問(wèn)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(dá)到掌握知識(shí)點(diǎn)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(dòng)性，還能有效提高學(xué)習(xí)效率［17］。3）理論聯(lián)系實(shí)際，重視實(shí)踐教學(xué)，電化學(xué)分析技術(shù)具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性，在教學(xué)過(guò)程中不能只停留在對(duì)理論知識(shí)的講授，更要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增加實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)。加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，充分挖掘和發(fā)揮課程實(shí)驗(yàn)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(lì)學(xué)生參與到教師的相關(guān)課題研究中或鼓勵(lì)學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目。學(xué)生在參與科研活動(dòng)的過(guò)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(duì)于專業(yè)領(lǐng)域的理解和認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生深入鉆研學(xué)科知識(shí)和投身科研創(chuàng)新活動(dòng)的興趣［18］，活躍創(chuàng)新性思維；另一方面，學(xué)生在自主申報(bào)課題研究的過(guò)程中，從查閱文獻(xiàn)、搜集資料、申請(qǐng)書(shū)撰寫、項(xiàng)目申報(bào)答辯到完成課題、撰寫結(jié)題報(bào)告等過(guò)程中，了解并熟悉項(xiàng)目從立項(xiàng)到結(jié)題的整個(gè)周期，不僅鍛煉了學(xué)生的文獻(xiàn)查閱能力、實(shí)踐研究能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和科研能力，而且提高了學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的熱情，鞏固了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握，為將來(lái)進(jìn)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(jī)?cè)u(píng)價(jià)一方面可以考察學(xué)生對(duì)課程基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握情況，有助于教師針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)，另一方面也是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的客觀公正的評(píng)價(jià)，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(shí)基礎(chǔ)、強(qiáng)化能力的教學(xué)目的［19-20］。電化學(xué)分析技術(shù)成績(jī)考核既要重視最終筆試考試結(jié)果，也要權(quán)衡過(guò)程和階段性考核結(jié)果，這對(duì)于檢驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和促進(jìn)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(shí)的理論知識(shí)的同時(shí)具備較強(qiáng)的工程實(shí)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(guò)不斷的實(shí)踐研究，綜合成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末筆試成績(jī)組成。根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況，平時(shí)成績(jī)可由原有的30%逐步調(diào)整到60%，平時(shí)成績(jī)考核既包括出勤、作業(yè)、操作技能、預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等過(guò)程性考核指標(biāo)，也包括章節(jié)測(cè)驗(yàn)、小組討論等階段性考核。期末筆試試卷成績(jī)占比降低，出題類型也不斷多樣化，力求將基礎(chǔ)知識(shí)和重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行綜合考察，將課內(nèi)和課外考核相結(jié)合、過(guò)程考核和最終考核相結(jié)合，使學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)綜合評(píng)價(jià)更為科學(xué)合理，全面提升教學(xué)質(zhì)量。

4教學(xué)實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)電化學(xué)分析技術(shù)的教學(xué)改革，學(xué)生對(duì)電化學(xué)知識(shí)的掌握能力、學(xué)生的實(shí)踐操作能力和解決實(shí)際問(wèn)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(guò)程中，學(xué)生能夠利用電化學(xué)分析測(cè)試手段研究電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，為相關(guān)研究工作的進(jìn)行提供了有效的表征途徑。近年來(lái)，有很多學(xué)生參與到教師的科研項(xiàng)目研究中，也有部分學(xué)生申請(qǐng)了與電化學(xué)相關(guān)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)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(jìng)賽等比賽項(xiàng)目中獲得良好成績(jī)。

5結(jié)束語(yǔ)

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(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展和對(duì)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(duì)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)的掌握能力，增強(qiáng)了學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)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(shí)俱進(jìn)，以滿足日新月異的變化對(duì)不同層次人才的需求。

作者:卜路霞 廉文靜 尹立輝 劉萍 萬(wàn)佳艷 單位:天津農(nóng)學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系