材料电化学课程教学改革探索

曾宪祥，吴雄伟，张 薇，周春姣，周文新

(湖南农业大学 化学与材料科学学院，湖南 长沙 410128)

《材料电化学》是材料学和电化学两门课程交叉形成的新型学科，这得益于电化学在新材料、新能源和生命科学等高新技术领域的应用日益广泛。电化学是从离子和电子之间的界面处来研究和探讨材料体系结构与性能之间的关系和相互影响的一门学科，借助电化学的方法制备新型材料和研究性能，推动相关领域的发展，从而广受科研工作者和企事业单位人员的关注。高校作为研究型人员的重要培养基地，开设此课程十分必要，在我校材料电化学是材料化学专业选修课程之一。同时也不难发现，《材料电化学》是一门集材料化学、物理、电化学等领域于一体的综合性课程[1]。其所涉及的知识点和范围复杂且广，同时具有很强的前沿性等特点。本课程的教师在清楚掌握课程基础和前沿的前提下，要充分完成好知识传授和提升学生创新、动手能力等方面仍存在很大的挑战。因此，结合学校材料化学专业学生的实际情况，对《材料电化学》课程的教学内容、方法和考核方式进行改革势在必行。

1 《材料电化学》课程教学现状分析

如前所述，《材料电化学》涵盖宽的知识范围，要求学生在掌握材料化学和物理的专业知识的基础上进一步学习相关的电化学理论知识，包括从电化学的角度理解和掌握热力学和动力学基础理论，掌握相关的电化学分析和材料制备技术，能够运用掌握的理论知识来解释材料结构与性质之间的关系，强化学生利用电化学知识解决材料制备和分析过程中问题的能力，训练学生独立思考和创新的意识，为后续其他材料和电化学等课程的学习奠定基础[2]。然而，在已有的材料学相关知识学习过程中注重运用而忽视了与电化学相关理论的结合，且电化学理论基础学习中存在大量不易理解的定义和理论推导过程，需要学生具备扎实的数学和物理理论功底，而此方面对于工科学生是薄弱环节。因此，必须从《材料电化学》的知识点着手、选择合适的教学方法，并结合系统的考核方式进行教学改革。

2 教学改革探索

2.1 构建教学内容

受限于学校教学学时的安排(24学时)，教师需对理论知识和实际运用部分进行合理取舍。对于已有的专业知识进行重新梳理，重点强调新的知识点，并结合已有实际运用场景进行讲授，尽量避免繁琐的理论推导过程，节省出的时间用于重点公式和符号的物理意义和应用介绍，引导学生将材料化学与电化学相关知识点进行串联与理解。例如在双电层结构讲解时，要让学生注意区分双电层理论的发展历程，更好地帮助学生对双电层理论知识进行理解以及相关知识在材料双电层研究中的应用[3]。再比如在讲解能斯特方程时可以对能斯特本人的生平做一个简短的介绍，让学生了解能斯特的老师和学生都是诺贝尔奖得主，让学生在课程学习过程中张弛有度，也为学生树立榜样，使学生有更高的学习兴趣。此外，在课程中增加相关知识的科学前沿动态，让学生在理论学习过程中对专业特点和学术前沿有所了解，明白自身就业和深造方向。例如，对当前热门的太阳能电池、锂电池、固态电池等场景中用到的材料等相关电化学知识进行讲解，补充专业知识的同时开阔学生的视野，培养学生的科研素养。

2.2 教学方法改革

在课程教学开始，布置相关实验设计问题，让学生带着问题投入到《材料电化学》课程的学习当中。如前所述，本课程学习中会遇到许多公式和理论推导，纯粹地依靠板书进行演示十分费时，可以借助ppt、视频等多媒体课件和网络资源进行多方面、动态的展示。通过使抽象的内容具象化以及理论联系实际，便于学生理解和掌握[4]。课后注重复习，在每次课结束后要布置适当的课后作业巩固课堂中学习到的知识，提供思维导图的知识点记忆方式帮助学生形成系统的知识框架。例如在讲解电极反应控制过程时，涉及的影响因素多，包括双电层结构、电荷转移控制、传质控制、表面转化控制等，而这几个概念在后期材料的电化学概念和性能研究中具有重要意义，因此需要制表进行对比学习，以此帮助学生加深对相关概念的理解。

多采取互动教学方式，多以学生为主体进行教学。例如，采用师生角色互换教学的方式，建立学习小组，准备课程教学材料，让学生积极参与到课程教学的过程中，提高课堂参与度，培养团队意识，在教与学的过程训练解决实际问题的能力[5]，让学生有更多获得感。在此过程，教师也能更加准确地发现学习过程中有困难的学生和让学生难以理解的知识点，帮助教师更加及时地引导学生解决问题，提升教学效果。

2.3 考核方式设计

《材料电化学》是我校材料化学专业学生的限选课程，因此在课程考核方式上要体现专业性，其结果对教师教学效果有着直接的指导作用。本课程常规的考核方式是考试成绩加平时成绩，占比一般为70%和30%。显然，以考试成绩为主的考核方式对于检查一个学生独立思考和动手解决问题的能力方面是不足的，尤其是对于《材料电化学》这样一门应用基础科学，不利于学生知识体系的构建，需要改变学生为考试而学习的观念[6-7]。因此，本课程教学考核采用平时成绩60%加40%期末成绩的占比方式，平时成绩包括出勤(10%)、课堂参与度(15%)、课后作业(15%)以及实验成绩(20%)。期末成绩由考查的方式进行，主要考查学生对基本的知识点掌握情况，以及学生运用所学知识解决实际问题，如电池快速充放电过程中金属负极均匀沉积、剥离材料选择和结构设计等。通过细化考核方式和考核内容，使学生无论是在平时教学过程还是考试时都能积极开动脑筋，运用学到的《材料电化学》知识解决碰到的实际问题，保证在课程学习过程中对学生进行全方面的考核。

3 结语

通过仔细分析我校材料化学专业学生的实际情况，对《材料电化学》课程教学过程中的内容选择优化和突出重点，借助多媒体手段和网络资源进行互动和分组实践教学，提高了学生学习兴趣，让学生在教学过程有更多的参与度和获得感，细化考核方式和内容，在教学全过程综合考查学生对专业知识的掌握，突出学生运用知识动手解决实际问题的能力，提升了教学效果。