＊趙力 左朋建 付傳凱

（哈爾濱工業(yè)大學(xué) 黑龍江 150001）

為了使工科教育適應(yīng)社會(huì)的高速發(fā)展，2017年，教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》，要求在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行新工科研究和實(shí)踐[1-2]，有關(guān)具體要求和安排等問(wèn)題在之后的《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》等文件中予以了明確。

新工科教育的提出是對(duì)長(zhǎng)期以來(lái)形成的傳統(tǒng)教學(xué)模式的巨大挑戰(zhàn)[3]。目前的工業(yè)企業(yè)對(duì)人的素質(zhì)提出了新的要求，社會(huì)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等逐漸成為企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)[4]。要進(jìn)行新工科教育就必須對(duì)傳統(tǒng)工科人才培養(yǎng)理念進(jìn)行改革，根據(jù)新工業(yè)界的特點(diǎn)建立新的人才培養(yǎng)模式[5-6]。同時(shí)，為配合這種新的人才培養(yǎng)模式，必須對(duì)傳統(tǒng)課程教學(xué)不斷進(jìn)行改革、完善。因此，課程建設(shè)是新工科教育的基礎(chǔ)，在新工科背景下變得越來(lái)越重要。

電化學(xué)原理是哈爾濱工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與工藝（電化學(xué)）專業(yè)的理論基礎(chǔ)課。它從電化學(xué)動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，深刻地揭示了電化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)在本質(zhì)和基本規(guī)律，全面闡述了電化學(xué)反應(yīng)速度與電極電位之間的關(guān)系，為后續(xù)的電化學(xué)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定理論基礎(chǔ)。新工科教育要求課程在保證其原有基礎(chǔ)性的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐性方面的培養(yǎng)。因此，在“新工科”背景下，電化學(xué)原理必須進(jìn)行教學(xué)思想、教學(xué)模式的改革，突出新工科特點(diǎn)，滿足新工科需求。

1.電化學(xué)原理課程目前存在的問(wèn)題

電化學(xué)原理課程作為專業(yè)理論基礎(chǔ)課具有以下特點(diǎn)：（1）課程所涉及基礎(chǔ)知識(shí)面比較寬，因此要求學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)；（2）新概念多，信息量大；（3）電化學(xué)與數(shù)學(xué)，物理學(xué)等科學(xué)相比，有些內(nèi)容看起來(lái)不如數(shù)學(xué)、物理那樣邏輯嚴(yán)密，常常進(jìn)行一些近似處理。正是由于以上特點(diǎn)，目前電化學(xué)原理課程教學(xué)重點(diǎn)仍放在基本概念和基本理論方面，對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)明顯不足?？傮w上看，該課程目前存在以下幾方面的問(wèn)題。

①傳統(tǒng)電化學(xué)原理課程的教學(xué)內(nèi)容注重理論部分。課程中化學(xué)電源和表面處理等實(shí)踐和應(yīng)用的內(nèi)容很少，這就使得學(xué)生學(xué)習(xí)到的一些基本理論無(wú)法與具體的實(shí)踐相結(jié)合。這種現(xiàn)狀一方面導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為電化學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)空洞無(wú)用，學(xué)習(xí)主動(dòng)性減弱；另一方面也沒(méi)有達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生利用電化學(xué)原理基礎(chǔ)理論知識(shí)分析、解決電池和電鍍等領(lǐng)域?qū)嶋H具體問(wèn)題能力的目的。顯然這不符合新工科教育的培養(yǎng)要求。

②電化學(xué)原理作為理論性很強(qiáng)的一門(mén)課程，內(nèi)容更新緩慢。一些電化學(xué)領(lǐng)域的一些前沿基礎(chǔ)知識(shí)如固態(tài)電化學(xué)、半導(dǎo)體電化學(xué)等并未納入現(xiàn)有課程內(nèi)容中，使學(xué)生無(wú)法了解到電化學(xué)前沿領(lǐng)域的現(xiàn)狀，達(dá)不到新工科教育的培養(yǎng)要求。

③課程考核方式過(guò)于傳統(tǒng)，考核內(nèi)容以客觀內(nèi)容為主，過(guò)程管理的作用不夠充分。目前電化學(xué)原理課程考核內(nèi)容主要為電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)的基本概念和基本理論，缺乏分析解決實(shí)際問(wèn)題能力的考核。同時(shí)由于缺乏相應(yīng)的過(guò)程管理環(huán)節(jié)，教師無(wú)法隨時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。顯然，現(xiàn)有考核體系無(wú)法滿足新工科教育的培養(yǎng)要求。

④教學(xué)方式單一，教學(xué)手段落后。目前電化學(xué)原理課程的課堂教學(xué)以老師講授為主，多為直白的陳述，雖然中間穿插一些設(shè)問(wèn)、提問(wèn)環(huán)節(jié)，但仍屬于知識(shí)灌輸類型。這種教學(xué)方式、教學(xué)手段無(wú)法滿足新工科教育的培養(yǎng)要求。

針對(duì)上述問(wèn)題，在新工科背景下我們對(duì)電化學(xué)原理課程進(jìn)行了教學(xué)改革實(shí)踐，以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。

2.新工科背景下電化學(xué)原理課程改革的探索

（1）課程教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容的升級(jí)。根據(jù)新工科教育的特點(diǎn)和需求，本課程升級(jí)了電化學(xué)原理課程目標(biāo)，從讓學(xué)生掌握電極過(guò)程的基本規(guī)律及其研究方法，提升為培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用界面模型及電荷交換、物質(zhì)傳遞和表面轉(zhuǎn)化步驟的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)分析和解決電池生產(chǎn)及表面處理過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題的能力。

針對(duì)教學(xué)目標(biāo)的改變，重新組織教學(xué)內(nèi)容：新工科背景下，要求課程基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐能力并重，創(chuàng)新能力也必須得到提高。在電化學(xué)原理課程內(nèi)容方面，在現(xiàn)有八章內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)理論方面整合成四個(gè)模塊，分別是電極/溶液界面模塊、電荷轉(zhuǎn)移模塊、液相傳質(zhì)模塊、表面轉(zhuǎn)化模塊；實(shí)際應(yīng)用方面建立兩個(gè)模塊，分別為氣體電極模塊和金屬電極過(guò)程模塊。結(jié)合專業(yè)學(xué)生的分類培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)模塊進(jìn)行相應(yīng)組合，做到既加強(qiáng)理論基礎(chǔ)，又拓寬專業(yè)相關(guān)知識(shí)面，以滿足新工科培養(yǎng)的要求。

為了緊跟時(shí)代步伐，對(duì)接產(chǎn)業(yè)技術(shù)更新，我們安排教師到天能集團(tuán)、雙登集團(tuán)和量能科技等化學(xué)電源生產(chǎn)的頭部企業(yè)學(xué)習(xí)調(diào)研。通過(guò)與企業(yè)技術(shù)人員的廣泛深入交流，將新能源領(lǐng)域的新方法、新技術(shù)總結(jié)歸納，消化吸收，分期分批更新到相關(guān)理論教學(xué)內(nèi)容中，通過(guò)高科技手段虛擬現(xiàn)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，使學(xué)生能夠及時(shí)接觸到電化學(xué)領(lǐng)域最新方法和技術(shù)。結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，將鋰離子電池設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題引入課堂教學(xué)，讓學(xué)生從電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)的基本理論出發(fā)，分析上述問(wèn)題，并提出相應(yīng)解決方案，從而培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和高階邏輯思維能力。

在進(jìn)行知識(shí)傳授的同時(shí)，我們還有意穿插一些時(shí)事，引入思政內(nèi)容。比如，在講到新能源汽車時(shí)，我們會(huì)呈現(xiàn)1992年錢(qián)學(xué)森寫(xiě)給鄒家華副總理關(guān)于新能源汽車的一封信，信中規(guī)劃了新能源汽車的發(fā)展路徑，提到了哈爾濱工業(yè)大學(xué)電化學(xué)專業(yè)在新能源領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊作用。這些內(nèi)容活躍課堂氣氛，激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，同時(shí)還增進(jìn)了學(xué)生對(duì)哈工大電化學(xué)專業(yè)的認(rèn)識(shí)和感情，提升了學(xué)生的個(gè)人品質(zhì)。

（2）教學(xué)手段的完善，過(guò)程管理的加強(qiáng)。多樣化的教學(xué)手段一方面可以提高知識(shí)信息的傳授效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升課堂教學(xué)效果；另一方面還有利于教師隨時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，強(qiáng)化教學(xué)過(guò)程管理。首先，我們對(duì)PPT的呈現(xiàn)方式進(jìn)行了提升，如采用動(dòng)畫(huà)效果呈現(xiàn)電極/溶液界面雙電層的形成過(guò)程和氫氣在電極表面的析出過(guò)程等內(nèi)容，采用視頻方式呈現(xiàn)電極極化曲線的測(cè)量過(guò)程和金屬鈍化過(guò)程等。其次，引入雨課堂作為輔助教學(xué)手段，通過(guò)雨課堂測(cè)試功能了解學(xué)生對(duì)斯特恩模型、塔菲爾公式、非穩(wěn)態(tài)測(cè)試技術(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握情況。同時(shí)我們還加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)授課過(guò)程的參與程度，把電池生產(chǎn)中遇到的一些實(shí)際問(wèn)題提前布置給學(xué)生，讓學(xué)生分別進(jìn)行文獻(xiàn)查閱，并分組進(jìn)行討論，提出相應(yīng)解決方案，最后，以答辯形式呈現(xiàn)給全班同學(xué)。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法也是我們新引入課程教學(xué)的一種教學(xué)方法。例如我們把高功率鋰離子電池項(xiàng)目引入到課程教學(xué)中，把其項(xiàng)目分解為固體電解質(zhì)膜、鋰離子固相擴(kuò)散、鋰離子液相傳質(zhì)、過(guò)渡金屬價(jià)態(tài)變化等幾部分內(nèi)容，然后把這些內(nèi)容發(fā)散到相應(yīng)章節(jié)中。這樣學(xué)生既學(xué)習(xí)到了相應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)還積累了一定的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

（3）教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)。新工科建設(shè)對(duì)課程主講教師產(chǎn)業(yè)背景、教學(xué)水平、知識(shí)面和綜合素質(zhì)等提出了更高的要求。我們通過(guò)公開(kāi)引進(jìn)和自己培養(yǎng)兩種方式優(yōu)化教學(xué)團(tuán)隊(duì)的人員結(jié)構(gòu)。利用哈爾濱工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)一流本科專業(yè)建設(shè)的契機(jī)，引進(jìn)了高水平的教師加入電化學(xué)原理課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)。另一方面，我們把本專業(yè)的優(yōu)秀博士畢業(yè)生留在教學(xué)團(tuán)隊(duì)。年輕教師剛剛走上教學(xué)崗位，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重不足。為了使年輕教師能夠盡快勝任教學(xué)工作，我們?yōu)槠渲付司哂胸S富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的老教師作為教學(xué)導(dǎo)師。首先年輕教師要為教學(xué)導(dǎo)師助課一年，第二年年輕教師要參加試講。試講合格后，年輕教師要承擔(dān)10～20學(xué)時(shí)氣體電極過(guò)程和金屬電極過(guò)程的教學(xué)工作，期間教學(xué)導(dǎo)師至少要聽(tīng)課3次，并將聽(tīng)課結(jié)果及時(shí)反饋給年輕教師。根據(jù)年輕教師的教學(xué)情況，安排其參加學(xué)校和院里的教學(xué)培訓(xùn)、教學(xué)競(jìng)賽，并酌情逐年增加其講授學(xué)時(shí)數(shù)，直至能夠獨(dú)立承擔(dān)該課程的教學(xué)工作。

工程經(jīng)歷對(duì)于新工科背景下的專業(yè)課教學(xué)十分重要。我們采取有效措施，指派具有博士以上學(xué)位的年輕授課教師到南都電源、駱駝集團(tuán)、豪鵬國(guó)際等的新能源電池頭部生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行為期一年的學(xué)習(xí)交流。專業(yè)還定期邀請(qǐng)光宇集團(tuán)、雙登集團(tuán)等電池企業(yè)的技術(shù)總監(jiān)和一線技術(shù)人員與任課教師進(jìn)行座談交流，讓教師了解行業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及目前存在的問(wèn)題，并將相關(guān)內(nèi)容融匯到課堂教學(xué)當(dāng)中，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)行業(yè)的認(rèn)識(shí)和理解。

為了增進(jìn)團(tuán)隊(duì)成員之間的默契和統(tǒng)一思想，團(tuán)隊(duì)內(nèi)部建立了定期交流機(jī)制。每?jī)芍苓M(jìn)行一次團(tuán)隊(duì)教師座談的制度已實(shí)行多年。座談的內(nèi)容包括上課心得、學(xué)生學(xué)習(xí)情況、教學(xué)文件的學(xué)習(xí)、教學(xué)項(xiàng)目的申報(bào)等，沒(méi)有具體的要求，大家可以隨機(jī)提出個(gè)主題展開(kāi)討論。通過(guò)座談?dòng)懻摚岣吡巳握n教師的業(yè)務(wù)水平，同時(shí)也使得課程內(nèi)容之間的銜接變得十分順暢自然，有利于教學(xué)效果的提高。

（4）考核方式的優(yōu)化。以往的考核內(nèi)容主要側(cè)重于基本概念和基本理論，對(duì)學(xué)生能力的考核不夠重視。根據(jù)新工科的要求，考核內(nèi)容從之前側(cè)重基礎(chǔ)知識(shí)逐漸過(guò)渡到側(cè)重學(xué)生專業(yè)素質(zhì)、綜合能力。期中、期末考試減少了客觀性題目的比例，增加了利用基元步驟分析、解決具體電化學(xué)工程問(wèn)題的能力；課程報(bào)告選取典型的鋰離子電池、鈉離子電池體系為研究對(duì)象，要求學(xué)生結(jié)合正負(fù)極材料和電解液的特點(diǎn)，分析其動(dòng)力學(xué)過(guò)程，提出提高電池倍率性能或循環(huán)性能的措施；雨課堂雖然考核的是基礎(chǔ)知識(shí)，但要求學(xué)生將基礎(chǔ)知識(shí)與自己的生活學(xué)習(xí)實(shí)際相結(jié)合。

在優(yōu)化考核內(nèi)容的同時(shí)，還對(duì)考核形式進(jìn)行了多元化改革。在之前只有閉卷考試的基礎(chǔ)上，增加了課程報(bào)告成績(jī)和雨課堂測(cè)驗(yàn)成績(jī)。課程報(bào)告在總成績(jī)中占30%，該部分考核主要針對(duì)的是學(xué)生利用理論基礎(chǔ)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。課程報(bào)告不設(shè)具體題目，而是讓學(xué)生根據(jù)自己的具體情況選擇某一電化學(xué)體系為研究對(duì)象，分析該體系目前存在的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，并提出相應(yīng)的解決方案。同時(shí)還采用教考分離的筆試形式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

通過(guò)上述四個(gè)方面的教學(xué)改革和實(shí)踐，教學(xué)效果有了明顯提高。圖1是教改前后學(xué)生的考核成績(jī)分布。很明顯，優(yōu)秀率和良好率大幅增加，消除了不及格現(xiàn)象。

圖1 教改前后學(xué)生考核成績(jī)分布圖

3.結(jié)束語(yǔ)

在新工科教育的背景下，傳統(tǒng)的專業(yè)理論課程面臨著全新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。我們應(yīng)以新工科建設(shè)的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量和新體系為指導(dǎo)，完成專業(yè)理論課的建設(shè)。本文在新工科教育的背景下，以“電化學(xué)原理”課程為例，分析了專業(yè)理論課目前存在的問(wèn)題，從課程目標(biāo)和內(nèi)容、教學(xué)手段、團(tuán)隊(duì)建設(shè)和考核方式四個(gè)方面提出了新工科專業(yè)理論課建設(shè)思路，并進(jìn)行了實(shí)踐探索。模塊化教學(xué)內(nèi)容的引入、實(shí)際案例的分析、線上和線下混合教學(xué)手段的運(yùn)用、過(guò)程性評(píng)價(jià)和結(jié)果性評(píng)價(jià)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了新工科背景對(duì)“電化學(xué)原理”課程的要求，可以為其他專業(yè)理論課的建設(shè)提供借鑒。