丁莉峰， 程雪松， 李松棟， 程 軍

(太原工業(yè)學(xué)院 化學(xué)與化工系， 太原 030008)

0 引 言

應(yīng)用型本科院校的教學(xué)需要以服務(wù)地方區(qū)域的行業(yè)的發(fā)展為重任，培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)強(qiáng)和綜合素質(zhì)高的創(chuàng)新性人才，而新型電化學(xué)人才在將來的發(fā)展中將占有重要的作用。為了培養(yǎng)和提高學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力，在電化學(xué)實驗中需要引入新的教學(xué)方式。開放性電化學(xué)實驗教學(xué)既指基礎(chǔ)的電化學(xué)實驗之間的相互綜合，也可以是指電化學(xué)實驗和其他學(xué)科的實驗綜合[1]。電催化、電合成、生物電化學(xué)和電化學(xué)分析等一些新興的交叉性學(xué)科，已不適用于舊的教學(xué)體制。開放性實驗教學(xué)方式的開展和改革才能保障上述學(xué)科的良好發(fā)展[2-3]。開放性電化學(xué)實驗的開展，不僅能極大地激發(fā)出學(xué)生對電化學(xué)實驗的學(xué)習(xí)興趣和激情，還可以加強(qiáng)理論知識，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生將理論知識用于生產(chǎn)實踐的科學(xué)問題中，為以后的繼續(xù)學(xué)習(xí)或者科研工作打下牢固的基礎(chǔ)。結(jié)合應(yīng)用型本科院校研究生缺乏的問題，設(shè)立與科研課題對接的創(chuàng)新性的開放實驗項目[4]，通過讓本科生積極參與，實現(xiàn)兩者互動，將是一種有益的教學(xué)探索[5]。這樣不但可以提高學(xué)生在解決實際工作中遇到的問題的動手能力，將理論知識學(xué)以致用，而且能夠促進(jìn)教師教學(xué)質(zhì)量的提高，提升院校試驗教學(xué)水平，培養(yǎng)應(yīng)用電化學(xué)方向創(chuàng)新人才[6-7]。

1 電化學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題

目前電化學(xué)實驗教學(xué)中，教師多采用傳統(tǒng)的基礎(chǔ)性、綜合性實驗教學(xué)方式，這極大地限制了學(xué)生獨(dú)立思考和自由發(fā)揮的創(chuàng)新思維[8]。因此，教師需要有與時俱進(jìn)的專業(yè)教學(xué)理念，較少陳舊的脫節(jié)實驗，增設(shè)熱點科研項目的開放性實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[9-10]。電化學(xué)實驗教學(xué)改革中存在諸多問題。

(1) 傳統(tǒng)的電化學(xué)實驗教學(xué)方式單一、內(nèi)容陳舊，缺乏實用性。傳統(tǒng)的電化學(xué)實驗教學(xué)過程都是教師講授、學(xué)生被動接受，甚至實驗結(jié)束后，學(xué)生都不一定能將理論知識和實驗聯(lián)系起來；電化學(xué)實驗主要考核實際動手操作能力，而傳統(tǒng)的教學(xué)實驗只考查學(xué)生的實驗準(zhǔn)確度。傳統(tǒng)實驗中學(xué)生可以根據(jù)明確的預(yù)期結(jié)果編造出實驗結(jié)果的現(xiàn)象，不利于激發(fā)學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造力；電化學(xué)實驗在應(yīng)用型本科院校中主要是開設(shè)給大三和大四的學(xué)生，這不利于培養(yǎng)低年級的學(xué)生的動手能力、綜合分析和解決問題的能力。

(2) 應(yīng)用電化學(xué)方向教學(xué)實驗設(shè)備材料要求高。比如電極的新鮮性，如銀-氯化銀電極材料、負(fù)載型鉑黑電極，電極不用易于氧化，難以保管，且電極氧化后超過一定時間段就不能使用，最終將導(dǎo)致電分析實驗的失敗；實驗首次投入費(fèi)用相對其他專業(yè)實驗高得多，比如購置昂貴的電化學(xué)工作站及其相關(guān)配套的鉑、飽和甘汞、氧化汞、金等電極。

(3) 電化學(xué)實驗涉及的大型儀器的安排有待改進(jìn)。這些大型的實驗設(shè)備比較昂貴，實驗室管理也嚴(yán)格。學(xué)生對實驗室沒有使用權(quán)限，只能在教師指定的實驗室中，在教師或者研究生全程指導(dǎo)下進(jìn)行實驗，不能獨(dú)自完成自己所感興趣的實驗，這就使學(xué)生失去了實驗的興趣，也失去了主動參與實驗的積極性。

(4) 教師能力要求高。開展開放性實驗，教師要有牢固的基礎(chǔ)理論，也需要不斷查閱外國書籍和最新的文獻(xiàn)，提升自身的教學(xué)水平。這是目前應(yīng)用電化學(xué)方向教學(xué)亟待解決的問題。

(5) 學(xué)生欠缺專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力。很多學(xué)生對基本的查閱文獻(xiàn)、設(shè)計方案、處理數(shù)據(jù)和排版文檔的能力都有所欠缺，大都還把簡單的數(shù)據(jù)展示應(yīng)用在撰寫論文或者計算整理中，沒有主觀的分析和深入的探討。此外，目前學(xué)生普遍存在工程實踐能力較差的問題，對基本概念缺乏直觀認(rèn)識，不能較快勝任工作崗位。同時，這也是行業(yè)發(fā)展的需要，學(xué)生參與應(yīng)用型的本科院校開展的科學(xué)研究，有利于為行業(yè)培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)高、科學(xué)素養(yǎng)好的人才。

應(yīng)用型本科院校研究生資源嚴(yán)重缺乏，必須通過改革以解決青年教師缺少學(xué)生參與科研項目的問題。因此，開放性電化學(xué)實驗項目旨在開發(fā)新的電化學(xué)教學(xué)體系課程，讓學(xué)生有更多機(jī)會與教師互動，為培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新型電化學(xué)人才提供一個平臺[11-12]。通過依托于實驗室的工程科研項目，帶動學(xué)生積極參與，一方面豐富實驗內(nèi)容，提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，增強(qiáng)培養(yǎng)工程科研項目的人才的能力；另一方面也可以優(yōu)化配置實驗室空間、人員和設(shè)備資源，進(jìn)一步提高實驗的先進(jìn)性，充分發(fā)揮實驗室的規(guī)模效應(yīng)，從而構(gòu)建科學(xué)有效的實驗教學(xué)管理體系。以此促進(jìn)院校應(yīng)用電化學(xué)學(xué)科的建設(shè)，提高本科生的創(chuàng)新能力和素質(zhì)，使之更好適應(yīng)市場競爭[13-14]。

2 電化學(xué)方向開放性實驗內(nèi)容的教學(xué)改革

2.1 電化學(xué)方向開放性實驗教學(xué)改革方法步驟

電化學(xué)實驗改革應(yīng)先從基礎(chǔ)的實驗滲入，逐步過渡到綜合性、設(shè)計性實驗，最后發(fā)展為開放性實驗[15]。從低年級的實驗課程中進(jìn)行改革，增加實驗的靈活性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；在高年級中，深入改革和探索專業(yè)實踐課程，提高學(xué)生自主創(chuàng)新能力。學(xué)校應(yīng)當(dāng)密切與行業(yè)有關(guān)的企業(yè)和政府部門等合作，凝練生產(chǎn)實踐中存在的科學(xué)問題，進(jìn)而將其改革為開放性的教學(xué)實驗內(nèi)容，不斷優(yōu)化教學(xué)試驗環(huán)節(jié)。相同研究方向的教師可以相互合作，聯(lián)合探索和改革開放性實驗教學(xué)內(nèi)容，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計的開展和科研課題的延伸提供基礎(chǔ)[16]。

而科學(xué)、有效、合理地引導(dǎo)學(xué)生開展開放性實驗是關(guān)鍵[17]，其具體步驟如下：

(1) 教師定題。指導(dǎo)教師結(jié)合自己的企業(yè)橫向項目和省部級課題，擬定實驗?zāi)康?，制定適合本科生特點的實驗內(nèi)容，提供實驗儀器、藥品和材料的范圍。

(2) 學(xué)生自己設(shè)計實驗方案。學(xué)生根據(jù)實驗題目和目的，分析實驗基本原理，查閱資料、歸納整體后提出解決方案和詳細(xì)的實驗步驟。

(3) 教師審查方案并進(jìn)行修訂。教師根據(jù)學(xué)生對實驗方案原理、目的和解決辦法的闡述，分類歸納并進(jìn)行引導(dǎo)。對于設(shè)計不完善或不當(dāng)?shù)沫h(huán)節(jié)，通過提問的方式引導(dǎo)學(xué)生思考其內(nèi)在原因，并引導(dǎo)他們提出可行的實施方案；對設(shè)計較為完善的方案，鼓勵并引導(dǎo)學(xué)生思考實驗中注意事項。經(jīng)過學(xué)生與教師反復(fù)討論后，制定的方案漸趨完整。

(4) 學(xué)生開展實驗。根據(jù)實驗方案、實驗時間和設(shè)備材料，在教師給予必要指導(dǎo)、啟發(fā)以及研究生全程輔導(dǎo)的前提下，搭建實驗裝置、制作材料、配置溶液、安裝調(diào)試儀器、開始實驗并進(jìn)行試驗原始數(shù)據(jù)和現(xiàn)象的記錄描述，充分發(fā)揮自主探索精神。

(5) 撰寫試驗報告。學(xué)生運(yùn)用理論知識分析在實驗中的測試數(shù)據(jù)、現(xiàn)象和結(jié)果，并撰寫一篇開放性實驗研究報告。

(6) 教師批閱匯總結(jié)果。在開放性實驗項目結(jié)束后，指導(dǎo)教師考察每位學(xué)生實驗過程中的優(yōu)缺點，整理并記錄好參與實驗的學(xué)生的成績，進(jìn)行對比研究，歸納實驗中遇到的問題和改進(jìn)方法?？偨Y(jié)本次實驗教學(xué)經(jīng)驗，為后期開展長期的科學(xué)研究做鋪墊。

(7) 完善教學(xué)體系。建立學(xué)時分配、答辯考核標(biāo)準(zhǔn)等實驗考核運(yùn)行機(jī)制以及逐步完善實驗指導(dǎo)教學(xué)體系。

2.2 開放性實驗方案的設(shè)計

開放性實驗設(shè)計方案包括的內(nèi)容較多[18]，主要如下：

(1) 實驗?zāi)康?。逐條列出實驗的任務(wù)目標(biāo)，可以視具體情況適當(dāng)調(diào)整。

(2) 實驗主要儀器設(shè)備及材料。學(xué)生可以根據(jù)實驗需要，列出所需的全部儀器設(shè)備(注明型號含配件數(shù)量)或材料(材料規(guī)格和數(shù)量)的表格，便于實驗老師提前充分準(zhǔn)備。

(3) 理論依據(jù)。簡明扼要?dú)w納整理文獻(xiàn)中提及的實驗方案的理論依據(jù)?？捎脤嶒炘砉?、建立的問題模型和圖例等方式，在實驗中各階段所主要涉及的原理和原理適用的條件。主要考察學(xué)生對理論知識的掌握能力，以及初步歸納整理文獻(xiàn)的能力。

(4) 實驗方法和步驟。先擬定基礎(chǔ)實驗方案，簡要寫出實驗方法和操作步驟。然后改進(jìn)方案內(nèi)容并分多個階段實施。如分為實驗階段1、實驗階段2等，各階段應(yīng)包括儀器設(shè)備的調(diào)試或樣品、溶液制備的具體步驟。如本階段的實施擬采用多種方法，則詳細(xì)寫出擬用方法及操作步驟。

(5) 參考文獻(xiàn)。逐一列舉實驗方案主要參考的與電化學(xué)研究相關(guān)聯(lián)的期刊論文、會議論文、學(xué)術(shù)論文、專著、報告、專利、國家或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，一般10篇左右即可。

(6) 指導(dǎo)教師對實驗方案的意見。指導(dǎo)教師應(yīng)當(dāng)評價學(xué)生所設(shè)計方案是否合理、可行以及風(fēng)險高低，并對是否同意該方案提出結(jié)論。如果該實驗方案合理可行，則同意按該實驗方案實施，并對操作細(xì)節(jié)、注意事項等實驗方案實施時應(yīng)注意的問題提出自己的建議；如果實驗的方案不合理可行，在存在不當(dāng)或者不完善需修改的地方，指導(dǎo)教師應(yīng)當(dāng)提出自己對實驗方案的“改進(jìn)后實施”的意見，并給出改進(jìn)建議；若實驗方案不合理或存在無法實施的情形，不同意該實驗方案，并說明不合理或者無法實施的原因。

2.3 開放性實驗的結(jié)果與分析

開放性實驗結(jié)果與分析部分的內(nèi)容主要有：

(1) 實驗操作過程。本部分主要由學(xué)生自己具體實施實驗的過程，如果具體實施步驟與原制定方案相同，則可以用流程圖等形式簡要概括實驗的方法和操作流程；如果不一致，則需詳細(xì)記錄改變后的步驟。

(2) 原始記錄。根據(jù)實驗的進(jìn)程，盡量以表格的形式呈現(xiàn)各階段實驗過程中出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象和收集到的實驗數(shù)據(jù)。應(yīng)根據(jù)不同階段實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)記錄要求設(shè)計出符合要求的規(guī)范化的表格。

(3) 結(jié)果討論?；趯嶒炘怼⒐?、建立的模型，并利用行業(yè)專業(yè)軟件等工具，結(jié)合計算、作圖等方法分析實驗數(shù)據(jù)的規(guī)律特點，推測實驗過程中出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因。完整地列出分析的方法和步驟，如果與實驗預(yù)期相符合，利用原有的理論知識進(jìn)行解釋；如果實驗現(xiàn)象與實驗預(yù)期不相符，結(jié)合實驗現(xiàn)象，應(yīng)分析哪些環(huán)節(jié)的操作不當(dāng)導(dǎo)致了此現(xiàn)象的發(fā)生，并給出改進(jìn)意見。在分析實驗現(xiàn)象時，應(yīng)做到充分、具體、合理三個要點。應(yīng)當(dāng)層次清楚、條理清晰地分析試驗數(shù)據(jù)。

(4) 實驗總結(jié)。實驗得出的結(jié)論是否達(dá)成實驗?zāi)繕?biāo)。如果實際操作符合預(yù)期實驗結(jié)果，則簡要說明實驗方案的合理性及優(yōu)缺點；如果不相符合，則分析實驗中出錯或者不合理的環(huán)節(jié)，并提出改進(jìn)的提議?？偨Y(jié)在實驗中的收獲和不足，以及改進(jìn)方法等。實驗總結(jié)應(yīng)科學(xué)合理，條理清楚，應(yīng)符合實際。

(5) 成績評定。教師應(yīng)當(dāng)對學(xué)生的報告進(jìn)行概括和評論其優(yōu)缺點，并用百分制的方式在實驗成績中記載。對于問題較少或無明顯錯誤的報告，教師應(yīng)到給予肯定，指出改進(jìn)意見；對于存在較多問題的報告，教師應(yīng)當(dāng)提出主要的問題和及其解決方法。

3 電化學(xué)方向開放性實驗改革的特色與目標(biāo)

(1) 提升學(xué)生綜合應(yīng)用創(chuàng)新能力。開放性實驗教學(xué)目的明確，但是實驗方案、實施參數(shù)和實驗材料都是在可操作的范圍內(nèi)由學(xué)生自己設(shè)定，這樣可以激發(fā)學(xué)生的思考能力；實驗由學(xué)生自己設(shè)計，實驗內(nèi)容豐富，既避免了千篇一律的抄襲現(xiàn)象又鼓勵學(xué)生積極創(chuàng)新；根據(jù)實驗?zāi)康牟灰粯樱瑒t采用的工藝過程也有區(qū)別性，提高學(xué)生分析判斷能力；在整個開放性實驗中，學(xué)生以小組為單位，成員各自分工，共同分析討論，這樣不僅提升學(xué)生分析和解決問題的能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作能力和良好的溝通能力。

(2) 開放性實驗的內(nèi)容豐富靈活。內(nèi)容主要涉及前期的物化、無機(jī)、有機(jī)、分析、文獻(xiàn)檢索等基礎(chǔ)課程，學(xué)生可將前期在電化學(xué)科學(xué)和電化學(xué)測量方法技術(shù)等課程中學(xué)到的知識，靈活地應(yīng)用到各實驗中，電化學(xué)知識以這樣的方式教授也更為全面。傳統(tǒng)實驗涉及幾十年前的研究內(nèi)容，開放性實驗結(jié)合近10年研究熱點趨勢開設(shè)。

(3) 教學(xué)和科研相結(jié)合。在科研方面，任課教師將科研課題中較成熟的子課題獨(dú)立出來，設(shè)置為開放性實驗內(nèi)容。探索教學(xué)與科研實驗密切結(jié)合的教學(xué)方式和管理模式，使得教學(xué)和科研相輔相成。教師的科研項目很多都是企業(yè)委托的研究課題，科研項目中部分研究內(nèi)容和實驗教學(xué)內(nèi)容結(jié)合密切。開展開放性實驗，不僅縮小了從理論到實踐的差距，還提升了本科生的工程意識和工程實踐能力。與學(xué)生溝通交流過程中，可以培養(yǎng)吸納優(yōu)秀本科生參與科研課題，建立配置合理和優(yōu)化的科研型電化學(xué)實驗團(tuán)隊。

總而言之，開放性實驗教學(xué)的開展，教授實驗的老師當(dāng)把教學(xué)任務(wù)和工程科研項目相結(jié)合，進(jìn)行實驗教學(xué)和科研實驗的互動實踐，經(jīng)過應(yīng)用電化學(xué)教學(xué)體系改革與探索，能夠有效地提高實驗教學(xué)的質(zhì)量，使學(xué)生將理論知識運(yùn)用到科研或者實際生產(chǎn)中，從而形成系統(tǒng)的有利的改革方案[19-20]。

4 結(jié) 語

在應(yīng)用型本科院校開展電化學(xué)方向的開放性實驗過程中，學(xué)生通過參與科研項目，加深對專業(yè)課程的理解，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考，培養(yǎng)學(xué)生敢于創(chuàng)新的求知精神，為學(xué)生將來深造參加科研項目或是參加工作鋪下牢固的基礎(chǔ)。實行科研課題的改革試驗教學(xué)，依托教學(xué)中的豐富內(nèi)容，總結(jié)實驗教學(xué)改革內(nèi)容的利弊之處，汲取有益的經(jīng)驗，去其糟粕，借此提高學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量。改革實驗教學(xué)方式，應(yīng)當(dāng)在傳統(tǒng)的專業(yè)實驗教學(xué)基礎(chǔ)上，因具體科研問題而設(shè)計開放性實驗教學(xué)方式，建立教師科研項目和教學(xué)內(nèi)容相互結(jié)合的培養(yǎng)體系。開放性實驗教學(xué)改革后，可在應(yīng)用型本科院校進(jìn)行推廣，也可作為其他應(yīng)用型本科專業(yè)的參考。

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