電化學原理課程拓展式教學探究

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[摘要]電化學學科發展迅速，在能源、材料、環境等熱點領域取得了巨大的成就。電化學原理課程是電化學學科的核心課程，概念繁多，內容豐富，邏輯性強，難度偏大。單一的教學方法不能囊括所有知識，亦會限制學生的思維與創新能力。本文構建的拓展式教學模式則有利于學生學習能力的提升、創新精神的升華和科研素養的培養。

[關鍵詞]電化學；拓展式教學；創新精神；科研素養

電化學是研究電子導體與離子導體形成的界面結構及效應的一門交叉學科，在能源、材料、環境及生物醫藥等相關方面取得了令人矚目的成就。根據電化學學科的應用領域，可將其劃分為界面電化學、材料電化學、腐蝕電化學、分析電化學、合成電化學、生物電化學、工業電化學等七個大類。電化學課程是電化學學科的核心課程，概念繁多，內容豐富，邏輯性強，應用面廣，難度偏大。國內許多高等院校均在化學化工類與材料類專業開設了電化學原理、應用電化學、電化學基礎、工程電化學等相關課程，本校材料化學專業與應用化學專業亦開設了電化學原理課程。關于電化學的教學，人們采用了各種各樣的方法，如探究性教學、發現式教學、激勵式教學、理論教學與實驗實踐相結合、教學活動與科研相結合等，我們在教學過程中，亦采用了同樣的教學方法，取得了較好的教學效果。然而，在這個知識爆炸式發展的時代，無限知識與有限時間的矛盾愈發突出，任何一種單一的教學方法都無法將所有知識囊括其中，且限制了學生的思維能力與創新能力。因此，在學校教研教改項目(電化學原理課程拓展式教學模式的創建(XJG15015))的支持下，我們對電化學原理課程的教學方法不斷進行了改革，構建了拓展式教學模式，在不同專業大三學生中取得了良好的教學效果。

1基本概念知識拓展教學

在電化學原理課程中，專業術語頗多，相似度高，如不加以展開延伸，極易混淆。比如，在學習“電化學位”這個概念時，需向物理化學中的“化學位”進行延伸。電化學位是指1摩爾帶電粒子移入一個孤立相內部所引起的全部能量，而化學位則是恒溫恒壓下1摩爾物質加入系統所引起的系統總自由能的變化。電極體系的界面張力與界面層物質組成有關，也與電極電位有關。進一步拓展至非電極體系與理想極化電極體系，則為：非電極體系的界面張力僅與界面層物質組成有關，理想極化電極體系的界面張力僅與電極電位有關。又如：原電池與電解池、平衡電位與穩定電位、內緊密層與外緊密層、氫標電位與零標電位、電極的可逆性與電極反應的可逆性、理想極化電極與理想不極化電極[1]，等等，這些基本概念知識之間的相互拓展教學。

2重點知識拓展教學

在教學重點之處拓展聯系緊密的知識，加強對教學重點的理解與掌握。比如，極化曲線在電化學原理課程中占有非常重要的地位，其定義是一條過電位或電極電位關于電流密度的變化曲線，簡單易懂。但是，其測量方法可依據時間因素分為穩態法和暫態法；依據自變量的不同可分為恒電流法與恒電位法。教材中提到“當電位與電流密度互為單值函數時，恒電流法與恒電位法測量的極化曲線大致相同；否則，兩種測量方法得出的結果可能相差很多”，在沒給出任何實例進行解釋的情況下，這種描述令學生非常費解。因此，必須將該內容進行拓展教學。圖1所示為鎳基合金718在70℃的飽和CO2、H2S/CO2溶液體系中的極化曲線[2]。對比兩條陽極極化曲線可知，CO2溶液體系中的曲線幾乎沒有活化-鈍化轉變區，而是直接進入鈍化區。H2S/CO2溶液體系中的陽極極化曲線則出現了多次活化-鈍化轉變現象，即在一定電流密度范圍內，一個電流密度值對應兩個或三個電位值，即為多值函數，所以，這類極化曲線不能采用恒電流法測量，只能采用恒電位法進行測量。反之，如果在一定的電位范圍內，一個電位值對應多個電流值，則這類極化曲線只能采用恒電流法進行測量。

3難點知識拓展教學

在教學難點之處導入聯系緊密的知識，加強對教學難點的消化與吸收。譬如，在學習到電極/溶液界面的結構與性質時，有一個難點內容——循環伏安法，該方法是一種在電化學學科各個應用領域通用的技術，但是，教材中僅有半頁紙的內容，學生不知教材所云，因此，必須進行拓展式教學。如教材內容所示，在研究氫、氧原子的吸附行為時，可根據循環伏安曲線的對稱性，判斷氫、氧原子吸脫附過程的可逆性。氫吸附區與脫附區關于電位軸幾乎對稱，故氫原子的吸脫附過程基本上是可逆的；而氧吸附區與脫附區的電位差較遠，故氧原子的吸脫附過程是不可逆的[3]。在材料電化學領域，可采用循環伏安曲線研究鋰離子電池材料脫嵌鋰離子的電位及其循環性能。圖2所示為多元摻雜磷酸鐵鋰/碳材料的循環伏安曲線[4]。由圖可知，該材料在3.55V發生了脫鋰反應，在3.31V發生了嵌鋰反應，循環50次后峰電流與峰電位變化甚小，表明材料具有優異的循環性能。在合成電化學領域，可采用循環伏安法研究體系中可能發生的反應、反應的最大速度及其反應產物的穩定性。

4結語

本文以電化學原理課程為例，結合課程特點，構建了拓展式教學模式。經過4年的試行，學生在課堂學習主動性、學習效果、創新精神與科研素養等方面取得了明顯的進步，但我們仍需繼續努力探索更佳的教學策略。

參考文獻

[1]劉萬民，肖鑫，黃先威，等．淺議《電化學原理》課程知識的對比教學[J]．科技展望，2015，25(25)：197．

[2]趙國仙，祝恒倩．鎳基合金718在H2S/CO2環境中的腐蝕行為研究[J]．腐蝕科學與防護技術，2019，31(3)：291-296．

[3]李荻．電化學原理(第三版)[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2008．

[4]WanminLiu，QilongLiu，MulanQin，etal．Inexpensiveandgreensynthesisofmulti-dopedLiFePO4/Ccompositesforlithium-ionbatteries[J]．ElectrochimicaActa，2017，257：82-88．

[5]劉萬民，胡國榮，肖鑫，等．直接電氧化合成乙基香蘭素[J]．中南大學學報，2012，43(3)：842-847．

作者:劉萬民 秦牡蘭 王偉剛 申斌 許律 單位:湖南工程學院