物理化学中极化曲线的测定实验改革

王丽莎，芦永红，姬泓巍，包木太，李 苓

(中国海洋大学 化学化工学院，山东 青岛 266100)

物理化学中极化曲线的测定实验改革

王丽莎，芦永红，姬泓巍，包木太，李 苓

(中国海洋大学 化学化工学院，山东 青岛 266100)

结合大学本科化学专业物理化学实验教学中 极化曲线的测定的 内容，将实验内容进一步扩充，从横向和纵向两个方面努力探索如何将理论教学和实验教学紧密结合，理论指导实践，两者共同提高。此外，文中结合电化学专业知识，将实验过程中的认识结合海洋金属材料防腐和海洋能源开发进行特色教学相结合，引导学生深入思考，将实验教学提升到具体科研实践和技术开发过程，不断提高学生的学习兴趣，培养学生的创新能力。

物理化学实验；极化曲线；海洋特色；科研实践

随着我国经济社会的快速发展和改革开放的进一步深入，高等教育的规模快速发展，办学条件从硬件和软件两方面也得到改善。中国海洋大学物理化学教学团队在物理化学实验课程多年的教学工作中也经历了几次本科课程教学计划和配套教材的改革。在动态发展过程中，我们深深体会到信息化时代知识容量扩充惊人的速度，同时实验课教学也与时俱进，越来越向多元化和全面化、综合化方向发展。我们结合从事本科教学工作的认识和感悟，举一反三，理论联系实际，帮助学生不断拓宽知识面，从而达到学生在实验中深刻理解物理化学理论课教学内容的目的。另一方面，认识到作为实验课的教师，我们也需不断提高自己的业务能力和水平，通过不断学习和加深理解，坚持纵向深化，力争扩大教学内容的深度，引导学生独立思考，培养学生创新能力[1-3]。本文以中国海洋大学主编的新版实验教材“极化曲线的测定”为例[4-5]，结合我们在物理化学实验课程教学实际工作中遇到的问题，浅谈一些实验教学方法的改进。

1 极化曲线实验的概念

极化曲线实验是物理化学电化学领域一种重要基础数据的测定实验，通过人为控制外加电流(或电位)来打破研究电极的平衡态，从而获取电位(或电流)响应的测试方法。极化曲线包括阴极和阳极极化曲线，实验教学内容是采用阳极极化测定，测试阳极金属镍电极在硫酸中的溶解过程，同时讨论氯离子对阳极氧化膜的破坏作用。针对此实验，我们教学团队采用如下教学方式。

2 极化曲线实验教学改革

2.1 与理论课教学内容横向结合，补充和拓宽教学内容

虽然理论课教材中已对电极电位以氢电极(SHE)和饱和甘汞电极(SCE)为基准的规定有比较详细的描述，然而学生对此尚缺乏直观的认识，导致在物理化学实验教学中用到饱和甘汞电极时，学生还是比较茫然。对此，教师在实验讲授时，针对饱和甘汞参比电极的用途及使用注意事项进行合理地引导，使实验课的教学内容更加具体生动。

另外，我们还将教学内容扩展到酸性体系中其他金属的阳极极化曲线以及对应的阴极极化曲线。通过对比阳极极化曲线，使学生理解不同pH值下(或不同电解液体系中)的阴极极化曲线特点及与阳极极化曲线的耦合作用，及其对金属溶解和保护状态的共同作用。

2.2 结合专业特色和科研成果，理论联系实际，力争培养学生的创新性思维

培养具有创新意识和创新能力的人才是高等教育高层次培养的内涵和首要任务[6-9]，因此我们在教学过程中，还结合专业特色和科研成果，使教学内容具有海洋特色。例如：在极化曲线测定的实验教学中，我们把酸性溶液中金属镍的阳极溶解过程拓展到海洋领域，将海洋中金属材料的腐蚀溶解过程和阳极极化曲线紧密结合，并通过比较海水中金属腐蚀的特点，解释主要影响因素等。“桃李不言，下自成蹊”，通过这种教学方式，加强了理论知识的实用化，引发学生的学习兴趣。具体来讲：

1)要掌握阳极极化曲线测定的原理，把极化电流和极化电位这一对参数紧密结合。我们以讲解前次实验“弱电解质溶液的电离常数的测定”复习思考题中“醋酸的电导测定中为何使用大面积铂黑电极”为切入点，解释增加电极面积是为了减小极化的影响，尽量降低外界因素造成的干扰，从而把极化的概念顺利引入到本次教学内容中来。

2)结合在实际应用来讨论获得极化曲线参数的目的和意义，做到学以致用[10]。在教学过程中，我们将临界电流、临界电位和维钝电流这些抽象的参数与金属保护中极其重要的一种电化学方法—阳极极化过程(使金属表面钝化或氧化从而避免金属的进一步蚀耗)中的钝化电化学参数对应起来；将过钝化电位与金属表面的过保护(因施加过大阳极极化而导致金属的进一步溶解，从而使金属缺乏保护)中的电化学参数对应起来。通过这种教学方法，从而将枯燥难懂的参数和实际应用结合起来，有助于学生的理解并提高其学习兴趣，到达非常好的教学效果。

3)我们还根据金属铜在硫酸溶液中的阳极溶解机理和氧阴极还原反应机理、海水中金属铜丝的阳极溶解尺寸效应和海洋工程中氧阴极还原反应极限扩散电流的预测工作经验，结合本实验镍电极在酸中的溶解特点，将实验内容拓展到海洋中常用金属材料(如不锈钢、铜)，讨论其腐蚀特点、海水中的大量氯离子对金属表面保护性钝化膜的破坏作用以及海水中溶解氧阴极还原反应起的辅助作用，从而明确海洋防腐的重要性和任务的艰巨性。引导学生不断思考，举一反三，将生活、工业中的实际问题与所学内容近距离结合，取得较好的教学效果。

2.3 进一步的改革思路

在实验教学改革过程中，关于极化曲线测定的实验教学，我们还有许多工作和教学方法需要探索和实践。例如：如何采用比较法依据恒电位法和恒电流法的各自特点和金属的活化—钝化—过钝化特征来选择合适的实验方法；如何引导学生根据实验结果实事求是地确定合适的扫描速度，并思考极化曲线快速扫描和慢速扫描各自的优、缺点；如何结合实验条件控制充分除氧效果及思考除氧不充分可能引发的后果；如何打磨电极至镜面来控制有效反应面积；引导学生深入思考极化曲线的重现性和可比性及影响因素；解释扫描初始电位和终止电位的选择原则和初始等待时间的选取依据；如何利用Origin、Excel等软件和天津兰立科测试系统自带软件处理极化数据等。总之，实验教学不仅涉及精密的实验设计、精细的实验操作以及对细节的把握，还涉及对知识的拓展和深入思考和探索，通过实验教学使学生不仅知其然，更要知其所以然。实验教学传授的不仅是单纯的专业知识，更多的是多角度、全方位的综合信息，在此也可使大学教育的理念得到进一步的实现和提升。

赠人玫瑰，手有余香。本科物理化学实验教学就是一个不断投入和孜孜进取的过程。作为教师，不仅要传道、授业，更要解惑，要做到尽可能帮助学生从多个方面、多角度地全面掌握教学内容、学习方法，使其做到学以致用，不断创新。在此我们教学团队将教学工作中的一点体会与大家一起学习交流，希望能促进本科化学实验课程教学的改革和发展。

3 结束语

本文本着“学以致用”的原则，将专业特色融入物理化学实验教学中，不仅扩充了实验内容，而且极大地激发了学生的学习兴趣，在培养学生的创新思维方面卓有成效，也为以后的实验教学提供借鉴和参考。

[1]李健. 名师的标准 执教的范式[J]. 中国大学教学， 2003(9)：20.

[2]尹鸿钧. 知识经济时代特征与我国高教改革发展战略[J].教育与现代化， 1999(2)：3-11.

[3]冯丽娟. 改革中的大学化学——浅谈非化学专业大学化学中元素化学的教学[J]. 中国海洋大学高教研究， 2001(3) ：11-14.

[4] 张洪林， 杜敏， 魏西莲主编. 物理化学实验[M]. 青岛: 中国海洋大学出版社， 2009：99-93.

[5] 顾月姝. 基础化学实验(III)——物理化学实验[M]. 北京: 化学工业出版社， 2004：146-151.

[6] 彭方雁，刘慧琴.创新性人才培养的探索与实践[J].高等教育工程研究，2001(1)：27-30.

[7] 胡建华.大学教学改革与创新性人才培养[J].中国高等教育，2009(9):43-44.

[8] 顾建民.大学教育改革的创新实践及基本走向[J].北京科技大学学报：社会科学版，1999(15)：79-83.

[9] 杜朝晖，邱隽.基于知识经济时代大学教学的改革与创新[J].黑龙江高教研究，2005(4):99-100.

[10] 马万华，俞岳青.目前大学教学改革中的一些实际问题[J].中国大学教学，2000(2)36-39.

Experiment Reform of Determination of Polarization Curve in Physical Chemistry Experiment

WANG Lisha, LU Yonghong, JI Hongwei, BAO Mutai, LI Ling

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100,China)

Taking “Determination of polarization curve” in Physical Chemistry Experiment textbook as an example, the improvement measurements are done. Firstly, more contents are added, theory teaching and experiment teaching are combined together and help each other. Secondly, some marine anti-corrosion technique for metal materials and ocean energy exploitation items are introduced into experiment teaching.It does not only accelerate the characteristic teaching, but also raise the ordinary experiment teaching up to practical scientific research and development process. Both can greatly increase the interest of undergraduates.

physical chemistry experiment; polarization curve; marine characteristic; practice of scientific research

2014-12-12；修改日期: 2015-01-08

中国海洋大学实验室研究基金资助项目(841351012)。

王丽莎(1981-)，女，硕士，实验师，主要从事物理化学和海洋环境化学研究工作。

芦永红(1973-)，女，博士，副教授，主要从事电化学方面的研究工作。

G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.032