鄒忠利，王北平，薛 同

(北方民族大學材料科學與工程學院，北方民族大學材料科學國家級實驗教學示范中心，寧夏 銀川 750021)

電化學是物理化學的重要分支，在化學教育中占有重要的地位。新能源材料、納米技術、光電材料等許多前沿學科的基礎就是電化學，其主要內(nèi)容是解決科學研究和生產(chǎn)實際中涉及電化學應用領域內(nèi)有關金屬腐蝕、金屬電沉積及化學電源等方面的實際問題，涉及到化學、材料、能源、環(huán)境、生物等諸多學科領域，具有綜合性、交叉性和實用性的特點[1-2]。問題教學法最早起源于20世紀50年代的醫(yī)學教育中，目前已成為國際上較流行的一種教學方法[3-4]。問題教學法關鍵要素包括：作為導向的問題、團隊合作與自主學習、教師指導、自我評價與小組評價。筆者從事電化學原理課程理論教學多年，將問題教學法具體應用到了電化學理論課程的教學實踐，從教學內(nèi)容、教學手段及評價體系三方面進行了探索。

1 課程現(xiàn)狀

《電化學原理》課程是面向我校材料學院新能源材料與器件專業(yè)第3學期開設的一門專業(yè)核心課，本課程旨在培養(yǎng)學生掌握電化學原理與應用相關理論，并為相關后續(xù)課程提供基礎。目前有許多高校開設了這門課，限于學科及學時限制等原因，電化學原理這一重要學科內(nèi)容的課程建設很薄弱，該課程以往的授課方式仍以傳統(tǒng)的灌輸式教學為主，學生對電化學的基礎知識缺乏深入地理解，對其廣泛的應用也是知之甚少，再加上該課程的學習起點高，概念抽象難懂。如何在有限的課堂上激發(fā)學生的學習興趣，使其能掌握電化學的理論和原理并能將之應用于實踐，是一個有意義的研究課題[5-6]。

2 教學內(nèi)容體系改革

《電化學原理》課程的主要內(nèi)容包括電化學熱力學、電化學動力學及應用等幾部分組成。由于在前序課程《物理化學》中對電化學熱力學的內(nèi)容已經(jīng)涵蓋，所以本課程的教學重點放在電化學動力學及應用方面。電化學動力學及應用包括電極/溶液界面的結構與性質、電極過程概論、液相傳質步驟動力學、電子轉移步驟動力學、氣體電極及金屬陰陽過程等部分組成。課程教材通過綜合考慮選擇北京航天航空大學李荻的《電化學原理》，該教材屬于經(jīng)典教材，對水溶液電化學的基本原理論述成熟全面，非常適合本課程學習使用。

首先在教學實踐中筆者對原有教學內(nèi)容進行了優(yōu)化，筆者確定重點講解電化學的基本原理，對實用部分有所舍棄，去除原有教學內(nèi)容中半導體電化學、光電化學和化學電源的內(nèi)容，緊緊圍繞電極過程的基本歷程展開，制定了課程的主線，電化學動力學的各個部分都由這條主線串聯(lián)在一起，前后聯(lián)系，密不可分。限于課時有限的原因，參考其他院校的經(jīng)驗[7-8]，避免推導復雜公式，著重講解公式中符號的意義和使用條件，降低學習課程的難度。另外根據(jù)課程要求起點高的特點，將課程涉及的高等數(shù)學和物理化學知識點進行有針對性的講解，查漏補缺，解決部分學生先修課程基礎不足的問題。問題教學法的核心在于問題的提出，在實際的教學實踐中，通過精心設計的問題為引導，可以使學生按照教師預設的情景發(fā)展，由此可見，問題體系的設計至關重要。提出的問題應難易適中，不超綱，同時貼近實踐應用。以下僅舉4個問題情境的例子。

(1)電化學的發(fā)展已有二百多年的歷史，作為一門交叉學科在眾多領域有著廣泛應用，那么電化學反應區(qū)別其他化學反應的優(yōu)點是什么？電解液性質和電極材料及表面狀態(tài)能不能影響電極反應速度？如果研究電極/溶液界面的結構，可以采用哪些研究方法？

(2)從小型電子裝置所需的微電池到大的電動車動力源，能源存儲已經(jīng)成為了21世紀能源關鍵技術。那么在新型電池的研究過程中總是出現(xiàn)極化現(xiàn)象，什么是極化現(xiàn)象？極化程度的表示方法有哪些？極化的原因有哪些？如何克服極化現(xiàn)象？

(3)電化學在工業(yè)生產(chǎn)占有重要地位，如氯堿工業(yè)、電解制氫、電冶金等，電化學電沉積的特點？基本歷程？金屬沉積可能性的熱力學和動力學條件是什么？

(4)電化學中關于電位的概念有很多，如內(nèi)電位、外電位、相間電位、相對電位、絕對電位、標準電位、平衡電位、不平衡電位、穩(wěn)定電位等，它們的定義和相互關系是什么？

由這些情境問題做引導，學生可以進行廣泛地查閱文獻資料，不僅僅局限于教材的內(nèi)容，分組討論，歸納總結，通過這個過程培養(yǎng)學生的學習興趣和學習主動性。

3 教學手段多樣化

以往電化學原理課程采用傳統(tǒng)的大班授課方式，學生的學習效果有限，根據(jù)問題教學法的實施原則，采取“大班教學、小組合作”的教學模式[9-11]，將學生分為10～15人的學習小組，先由教師協(xié)助選舉產(chǎn)生一個組長，再由組長進行具體學習任務的分配，如資料收集、整理、匯報等，每位學生都必須參與其中，不僅僅了解自己的任務，還應熟悉其他環(huán)節(jié)，在這個過程中增加學生的組織協(xié)調(diào)能力、團隊精神。充分發(fā)揮學生的主動性和能動性，以小組為單位進行討論，選代表發(fā)言，講解理論知識、遇到的疑問、解決的途徑與方法以及自己的收獲。最后老師和學生進行評定，評出一個表現(xiàn)最佳的小組，給該小組的每個成員加分，納入學習總成績。同時，教師積極地轉換自己的角色，從知識的教授者變成引導者。教學手段除了課堂的重點難點多媒體講解，還可以充分利用網(wǎng)絡媒體的優(yōu)勢，通過MOOC平臺將一些重點章節(jié)和視頻進行上傳，方便學生查詢和自學，充分利用學校的智慧校園系統(tǒng)進行學生的出勤，課堂小測驗的考評，課堂問題的搶答和抽查等教學環(huán)節(jié)。

4 課程評價的教學改革

傳統(tǒng)的終結性評價只能在相對比較長的一個階段結束之后進行，形成評價也是在一個學習階段結束后進行，是一種事后評價。過程性評價卻是與教學同時進行的共時性評價，提倡評價和教學相互交叉與融合，評價主體與客體間的互動，能及時地反映學生學習中的情況，及時地肯定學生的成績，引導學生的學習和發(fā)展方向，及時地發(fā)現(xiàn)存在的問題與不足，改錯糾偏。電化學原理課程積極開展以平時作業(yè)、綜合性大作業(yè)、階段性測驗、課堂專題討論、教學實踐活動等形式為主的過程性考核。開展探究式、啟發(fā)式、互動式、研討式教學方式改革，強化學生過程性學習方式變革，加強學生的思考力、判斷力、溝通力和思維方式的培養(yǎng)。

5 教學效果對比

筆者采用問題教學法在2017級新能源材料與器件專業(yè)進行了具體的教學實踐，對比沒有實施問題教學法的2016級新能源材料與器件專業(yè)，對兩個年級期末考試的試卷進行具體分析，采用直方圖和正態(tài)曲線對2016級新能源專業(yè)的卷面試卷進行分析，如圖1所示。

圖1 2016級新能源專業(yè)試卷總分分布直方圖及正態(tài)曲線分布圖

2016級新能源專業(yè)的卷面及格率為40%，其中90～100分占6.67%，70～79分占13.33%，60～69分占20.00%。大多數(shù)學生的分數(shù)集中在60分以下，由圖1可知，2016級學生的卷面成績分布基本符合正態(tài)分布規(guī)律，最高分90分，最低分13分，平均分49.27，標準差21.84。

2017級新能源專業(yè)試卷總分分布直方圖及正態(tài)曲線分布圖如圖2所示。

由圖2可知，采用了問題教學法培養(yǎng)的2017級學生卷面成績整體有明顯提高。2017級新能源專業(yè)的卷面及格率為74.19%，其中90～100分占3.23%，80～89分占16.13%，70～79分占19.35%，60～69分占35.48%。絕大多數(shù)同學的分數(shù)集中在60分以上，班級的平均成績?yōu)?5.11分。學生的卷面成績分布基本符合正態(tài)分布規(guī)律，最高分92分，最低分21分，平均分65.11，標準差16.67。可以看出2017級學生卷面成績的離散度相對2016級學生的更小，更集中。

圖2 2017級新能源專業(yè)試卷總分分布直方圖及正態(tài)曲線分布圖

6 結 語

問題教學法是一種系統(tǒng)的、具有創(chuàng)新力的現(xiàn)代教學方法，通過問題教學法在《電化學原理》課程的具體實踐，學生的學習主觀能動性得到了明顯加強，激發(fā)了學習興趣，學生的學習途徑增多了，課程的考核更加公正客觀，課程的滿意度得到了學生和同行的高度肯定。從實施問題教學法前后學生的期末卷面成績可以明顯看出教學改革的效果，在試卷難度相當?shù)那闆r下，2017級新能源專業(yè)學生的卷面成績相對于2016級新能源專業(yè)學生普遍較高，學生的卷面及格率有明顯提升，卷面平均成績有顯著提高，教學效果良好。