工程教育背景下构建课程实验实践教学体系——以“电化学原理与测试技术”为例*

邵艳群　彭开萍　李湘祁

(福州大学　材料学院，福建　福州　350108)



工程教育背景下构建课程实验实践教学体系
——以“电化学原理与测试技术”为例*

邵艳群彭开萍李湘祁

(福州大学材料学院，福建福州350108)

工程教育背景下实验实践教学环节受到普遍重视，然而对具体课程仍普遍存在以授课为主而少考虑教学过程中增强实验实践能力的现象，专硕生课程阶段更是如此。文章详细分析了课程缺乏实验实践内容的根本原因，并以“电化学原理与测试技术”课程为例，结合笔者的纵横向课题，在教学内容、教学方法、师资实践能力等方面进行课程综合改革，构建了课内课外、校内校外全方位的课程实验实践教学体系，加强了师生的工程实践能力。

实验实践教学体系；教学改革；工程教育

福州大学办学特色之一是主动服务区域经济社会发展，为海西经济发展和国家经济建设提供高素质的工程技术人才。为了实现人才培养目标，作为理工结合的材料科学与工程学院提出了本科生“3+1”卓越工程师的人才培养模式改革，对专硕生提出了“1+1.5”理论与实践相结合的创新型人才模式改革。综观福建省内各个高校和福州大学的其他院系，对实践教学更多的是关注校内的实验实训、校外的认识实习、毕业实习、生产实习、社会实践以及校内外结合的毕业论文等实践教学环节，而对于某门课程，一般以授课为主，很少去考虑教学过程中如何提高实验实践能力，在研究生阶段更是如此[1][2]72。“电化学原理与测试技术”课程是材料学院为硕士生开设的专业选修课。随着工程教育特别是专硕生教育的发展，如何增加实验实践教学，强化工程应用能力成为当下的重要内容。探寻实践教学体系的整体构建对策，切实提高教学质量是专硕生教育的改革方向[3]。因此大家都注重学生参与科研项目，到生产基地进行生产实习实训，提高分析复杂工程问题和解决复杂工程问题的能力。然而在上某门具体课程过程中培养学生的工程实验实践应用能力研究较少。本文结合自己的纵横向课题，探讨在电化学原理与测试技术课程中加强实验实践能力的方法。

一、具体课程缺乏实验实践教学内容的根本原因

实验实践教学是培养专业人才的基本环节，在全面实施素质教育，培养学生的实践能力和创新能力等方面具有十分重要的作用[2]72。但是目前实验实践教学基本上都依据专业教学计划来组织教学工作，对某具体课程缺乏实验实践教学的要求。

(一)课程本身缺乏实验教学内容，实验教学模式单一，难以满足专硕生培养质量要求

在研究生阶段，因为后期都要在实验室中进行，在制定某门具体课程的教学计划时几乎不会涉及实验。单一化、灌输性教学方式仍然是专硕生的主要教学方式，师生之间很少交流。培养模式单一，管理过死，条条太多，严重影响了学生的积极性、主动性和创新性的发挥。因为有限定教材，不少本科阶段已经学过的教学内容还要再学一遍，有些陈旧的知识仍然在我们教材中占有一定的比例，而某些正在转化为新的知识体系的科学前沿的知识，却仍被我们置于教学大门之外。另一方面，实验教学模式单一化。实验前，教师把实验的内容、操作方法与步骤、报告格式甚至连每一步得到什么结果等都写得一清二楚，学生完成教学大纲规定内容，掌握基本原理和方法，完全是在教师设定的范围内，机械地完成操作，缺少主动积极的思考，一旦离开了教师，学生就不知所措。学生虽然也参与了实验教学活动，但实质上是处于被动接受的状态，他们学习的主动性、积极性受到一定的限制。在这种模式下，虽然也强调实验能力的培养，但这种实验能力是被当做技能并以“知识”的形式加以传授，从而导致学生缺乏“创造性”应用能力的培养。出于安全考虑，对某课程开展实验的想法有限。

(二)教师认识不足，缺乏与实践结合的内容

上理论课过程中对实践教学重视不够[2]73。受传统“应试教育”思想的影响，“理论教学体现学术性，实践教学是理论教学的一个环节、一种补充” 的认识根深蒂固。认为实践教学仅是作为理性认识的验证而依附于理论教学，学校教育质量的高低，主要看学生掌握理论的水平，而实践能力则无足轻重。另外，由于实践教学较理论教学难度大而有畏难情绪。实践教学不但需要教材，而且需要实物，而且实践教学还有可能存在失败的可能。实践教学组织工作较复杂，从实践设计、准备到实践过程、结果(报告)批改等任课教师要花费大量的时间和精力，尤其是当前“按工分算绩效”的绩效改革，迫使教师绞尽脑汁去迎合“工分”，一些算不了工分的环节自然遭到摒弃。有个别教师怕麻烦避重就轻，甚至干脆不搞实践教学。因此，虽然大家都知道实验、实践的重要性，但实施起来“走过场，不愿动脑筋，更不愿动手”的现象时有发生，影响了教学效果和人才培养质量要求。

(三)“双师型”教师缺乏，导致课程以理论教学为主

“双师型”教师是高职教育教师队伍建设的特色和重点，大力加强“双师型”教师队伍建设，已经成为社会和教育界的共同呼声。在精英教育阶段，研究生培养以学术型为主是必要的，但进入大众化教育阶段后，研究生招生规模扩大了，如果仍然以学术型为主，毕业后就业就很困难，而且大多数用人单位迫切需要应用型高级专门人才。大多数高校和专业要培养有一定理论基础的应用型研究生，即专业学位(Professional Degree)研究生。然而研究生招生结构调整了，但是教师的发展跟不上招生结构的调整。硕士教育缺少双师型教师已成为整个教育界的共识[4]。福州大学材料学院教师中，50岁以上的硕导都经历过上山下乡，招工回城，都有工矿企业的工作背景。1993年以前要攻读硕士学位，或者是直接学校保送，或者有2年工程实践之后报考。因此1993年以前本科毕业的硕导有一部分有工程实践背景。1994年以后，取消了工作2年报考研究生的资格规定，所有硕导都是从一所学校到另一所学校的学者，有很强的理论知识，却与企业接触很少[5]。在目前只重论文的教师考核评价体系下，他们宁可写论文也不愿意深入企业，从企业中寻找课题。相应的，企业中具有丰富工程实践知识的工程师很难和学生接触以发挥工程师服务社会的重要功能：知识传承。学校和企业脱节导致“双师型”教师比例过低。

考核缺乏鼓励教师下企业的动力和从事实验研究的动力，教学缺乏具有较强实践能力的教师，导致课程教学重理论轻实践，忽视实际应用能力的培养。

二、课内课外、校内校外构建实验实践教学体系

对于理论课程，要构建实验实践教学必须从教学内容、教学手段上予以全面洗牌，重新组合，既要体现在上课过程中，也要体现在课后；既要开展校内实验，还要开展校外实践。这些都离不开教师的积极参与和相对固定的校内校外实验实训基地。

(一)探究性教学开启教学内容

俗话说：良好的开端是成功的一半。陶行知先生说：“盖治学以兴趣为主。兴趣越多，则从事弥力，从事弥力，则成效愈著。”讲好绪论课是抓住学生眼球的最重要的手段[6]102。课程有吸引力，才能激发学生的求知欲，才能使学生改变“专业课枯燥乏味、理论高深、实践空洞”的看法。笔者选择青年学生较感兴趣的生活实例，如“20世纪令人瞩目的两大材料失效事故”，讲述泰坦尼克号的灾难性沉没和自由女神像的严重损害两大失效问题，引出金属电化学腐蚀与防护对于国民经济与社会发展的重要性和必要性，指出学习本门课程的主要目的和基本要求。

《泰坦尼克号》电影大家都很熟悉，他们一定会追问为什么会发生沉船，现在为什么又很少有沉船事件发生。因此就学生的问题马上布置了一个探究课题“电化学过程及其影响因素，怎样测定判断电化学历程”。通过查阅资料、亲身实验等手段，获得电化学的种类及其判据，对于常见的电化学腐蚀，掌握腐蚀的原因、腐蚀本质及腐蚀速度的测定。本以为学生会草草了事，可是绝大部分学生是深入研究课题的，并在学期末写出了较为详细的调研报告。

(二)把实验课带进课堂，课后调研输电铁塔用热镀锌钢的使用状况

在讲授第一章“极化及其动力学规律”时，在课堂上演示了一个简单实验：

(1)Cu块、Zn粒分别在H2SO4溶液中的反应；(2)将Cu块与Zn分开一起放在H2SO4溶液中；(3)将Cu与Zn黏在一起放在H2SO4溶液中。

观察实验现象后，启发性地提出如果将Cu与Zn分别连接导线后再一起放在H2SO4溶液中，外接小电珠观察发光现象。尽管实验占用了课时，但学生自学的强度提高了，并且也充分理解了原电池和腐蚀原电池两个基本概念，比纯粹照本宣科讲解这部分内容效果要好得多。在课堂上就看到了电极，包括阳极和阴极，电解质的作用，电连接在腐蚀中的不可或缺性等。

热镀锌钢因工艺简单，具有优良的抗大气腐蚀能力而得到广泛应用，在高压输电铁塔上应用很多。国网电科院委托福州大学材料学院研究提高沿海大气环境中铁塔的耐蚀性的课题。课后，笔者带着研究生去野外观察使用不同时间以及在不同环境中使用后的铁塔腐蚀情况，深入分析铁塔腐蚀的原因及影响其耐蚀性的因素。

(三)带着案例自学与精讲结合，培养学生对科学研究的认知能力

案例来自于实践。利用案例采用精讲和自学并重的教学方法，增加感性认识，提高学生深入钻研的兴趣[6]102。(1)根据本课题组的科研形成一个完整的案例进行精讲。本课题组研究方向之一是涂层钛阳极，是20世纪60年代末发展起来的一种新型不溶性阳极材料[7]。所有研究生从钛阳极的制备开始，通过系统地进行测试体系的组装、测试过程的控制、测试结果的分析，将电化学理论与电化学测试有机结合起来。做实验的目的是为了形成一个完整的案例，从科研的最基本的科研意识、科研方法和科研精神开始。本案例的出发点是钛阳极在使用过程中受到了介质的腐蚀，特别是某些局部腐蚀，严重影响了其使用寿命。但是如果不发生腐蚀，也就是没有电子得失，那么钛阳极的作用就无从谈起。因此钛阳极领域要解决的问题，从电化学角度出发，是既要提高活性(电子得失能力)也要延长其寿命的矛盾问题。怎么解决？围绕材料的四要素成分，组织结构、工艺、电催化性能，既要在实验室里解决问题，又要解决工程应用上出现的问题，解决电解过程中的高能耗问题。因此对电化学的稳态法、暂态法中常用的线性循环伏安法、交流阻抗谱法进行详细分析，并将科研和工程实际结合起来，其他测试方法留待课后自学讨论。在掌握坚实的基础理论和系统的专门知识基础上，再安排一定的实验课，让学生了解当前腐蚀与防护的动向以及逆向思维、发散思维的重要性。不同的电极材料、相同的电极材料作为不同的阴阳极、不同的电解液、不同的施加电压和电流方式对测试结果有重要影响。电化学课程本身是材料学与物理化学的交叉学科[8]。在测试过程中，希望学生从辩证思维角度养成从事科学研究工作或独立承担专门技术工作的能力。(2)案例教学还要求学生加强学科之间的联系，因为研究工作是一项系统的知识应用和发现新知识的过程，只有将多学科知识联系起来，才能做到研究工作事半功倍。例如在做不锈钢应力腐蚀的实验时，模拟1Cr18Ni9Ti钢制生理盐水的消毒锅炉在使用过程中的破坏行为[9]，要求学生对裂纹与扩展的特征、裂纹源区及裂纹尖端断裂面及母材的化学成分等进行分析，判断此裂纹是否是点蚀造成应力集中后形成裂纹源并扩展产生的应力腐蚀裂纹，使学生建立起如何进行科学研究的思想，培养正确的科学态度。(3)广泛的案例收集和讨论。在平时的修课过程中，经常向学生提供高校和科研院所的研究课题、当前的研究动向和发展趋势、学科的研究热点和难点，培养学生强烈的好奇心和事业心，举一反三，完成教学目的。

(四)各课题组有关电化学研究部分知识共享

利用新媒介开展自学和讨论，使得各课题组有关电化学研究部分共享。课堂上学生和教师能够交流的时间是有限的，更多的交流留待课外进行。让学生参与电化学原理与测试技术网站建设，在BBS、QQ群和微信群上交流各课题组的研究方向和学习心得，通过资源的整合和教师的答疑，真正做到自主学习、创造学习和快乐学习。通过多种方式和手段的利用，使学生透彻地理解各种测试对象的特点，学会数据的收集、分析和整理，并进一步培养基本的、良好的、规范的测试程序，提出富有创新性的测试方法。通过逐步建立课外教学模式和机制，探索课外教学环节的主要内容和方式，并与课堂教学内容有机结合，使本课程的教学内容建设更加深化和完善，并为论文以及将来的工作奠定基础。

(五)不断加强教师自身实验实践能力，搭建实践平台

教师本身要认识到实验实践教学对培养人才的重要性，决不能为了迎合考核和获得绩效关在自己的实验室里写论文。作为教师首先必须进实验室熟悉掌握与课程相关的校内实验实践教学，参加组织实验指导环节的教学活动。其次要服从“传帮带”，特别是青年教师，不要误以为有几篇高水平论文就可以漠视老教师的实践能力。要积极参加产学研合作教育，通过实践调研、技术服务、人才培养模式研究、项目开发等形式，参与工程实践、技术开发、产品研发等社会经济活动，提高解决实际问题的能力及科研创新能力，取得具有经济社会效益、参考价值及应用前景的人文或科技成果，搭建实践平台。学院也要聘请企事业单位中具有丰富实践经验和特殊技能的高级专业技术人员、管理专家等来校兼职讲课，指导教师和学生的实验实训，帮助校内教师提高实践能力，了解行业发展动态，促进科研成果的转化。

三、结语

专业学位以专业实践为导向，重视实践和应用，要反映该专业领域的特点和对高层次人才在专门技术工作能力和学术能力上的要求。从理论课开始，广大校内硕士生导师就要将理论与工程应用紧密结合，要将学术研究生的教学方法、教学内容与专硕生的教育区别开来。随着我国经济社会的发展，教师要积极参与教学改革，走向经济建设前线，要高度关注研究生就业去向，培养经济社会发展急需的应用型人才。在工程教育背景下，无论是本科生教育还是专硕生教育，都不能忘了培养宗旨：培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量、各类型工程技术人才。

[1]孙健.论“卓越计划” 实施背景下高等工程教育课程体系设计[J].高等理科教育，2012，101(1)：41-45.

[2]赵韩强，赵树凯.高等工程教育培养创新型人才的思考[J].高等理科教育，2007，75(5)：72-74.

[3]中华人民共和国教育部.教育部 国家发展改革委 财政部关于深化研究生教育改革的意见[A/OL].(2013-03-29)[2015-10-27].http：//www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/A22_zcwj/201307/154118.htm.

[4]胡卫.加强地方本科高校“双师型”队伍建设[EB/OL].(2015-03-03)[2015-10-27].http：//edu.china.com.

cn/2015-03/03/content_34934439.htm.

[5]董凌波.基于“以学生为本”的高校课程改革探析[J].高等理科教育，2013，107(1)：103-107.

[6]邵艳群.案例教学法在“材料腐蚀与防护”课程中的应用探讨[J].高等理科教育，2003，52(6)：102-106.

[7]邵艳群.专业课程实验与科学研究相结合提高教师和学生的综合素质[J].高等理科教育，2001，40(6)：53-57.

[8]王春明.《电化学原理和方法》用于研究生教学的体会[J].高等理科教育，2002，42(2)：113-114.

[9]刘喜明，连建设.1Cr18Ni9Ti钢应力腐蚀裂纹产生原因[J].金属热处理，2000(2)：44-46.

(责任编辑李世萍)

Construction of the Experiment and Practice Teaching System underthe Background of the Engineering Education—Taking "Electrochemical Theory and Testing Technology" as an Example

SHAOYan-qun，PENGKai-ping，LIXiang-qi

( School of Material，Fuzhou University，Fuzhou，350108，China)

The teaching step of experiment and practice has been attached great importance under the engineering education background. However，a common phenomenon still exists that the class is mainly based on the teaching contents ignoring the enhancement of the experiments and practical ability during the teaching process in some specific courses，and it is extremely obvious in the courses of the professional master degree.So this paper analyzes the basic reasons in detail for the lack of experimental and practical teaching contents in the current curriculum.Taking the course "electrochemical theory and testing technology" as an example and combining with the author's vertical and horizontal projects，the paper presents a comprehensive reform scheme from the teaching contents，teaching means and teachers' practical abilities to strengthen their engineering practice ability.Meanwhile，it also constructs a full range teaching systems of experimental practice about the curricular and extracurricular courses inside and outside universities .Keywords：experiment and practice teaching system；teaching reform；engineering education

2015-10-27

福州大学研究生院重点课程建设与教学研究项目(项目编号：Y2013KC07)；2015年福州大学第九批高等教育教学改革工程项目.

邵艳群(1972-)女，浙江金华人，副教授，博士，主要从事功能材料、电化学理论、腐蚀与防护研究.

G642.0

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