电化学设备与工程设计课程建设与实践

(湖南科技大学 化学化工学院 化工与材料国家级实验教学示范中心，湖南 湘潭 411201)

湖南科技大学应用化学专业建立之初，就根据电化学行业对人才的需求，确定了以“应用电化学”为本专业的发展方向和办学特色，以培养电化学工程技术人才作为本专业的人才培养目标。为适应新时代“新能源”“新能源汽车”和“新材料”等国家战略性新兴产业对电化学技术人才的需求，本专业进一步明确以“应用电化学为基础，重点突出能源电化学”为专业办学特色。尽管在前期的办学实践中，本专业已基本形成了以应用电化学为特色的专业人才培养方案和课程体系，但要适应“新能源”“新能源汽车”和“新材料”等战略性新兴产业对电化学工程技术人才要求，本专业尚需进一步调整、优化专业结构和课程体系，突出能源电化学特色。在新修订的人才培养方案和构建的课程体系中，根据课程性质及其在人才培养中的功能与作用，将整个课程归类为政治思想类、公共基础类、学科基础、电化学基础与应用、电化学工程及设计和工程实践等6大课程群，其中电化学设备与工程设计课程是电化学工程及设计类课程群的核心课程，也是本专业的新开课程。该课程由于开设时间短，建设相对滞后。因此，建设好电化学设备与工程设计课程对于本专业的专业建设和人才培养具有重要意义。

1 课程在专业培养体系中的地位

我校应用化学专业的培养目标是：培养适应社会主义现代化建设需要，德、智、体、美、劳全面发展，具有良好的科学、文化素养；能够比较系统扎实地掌握应用化学，特别是电化学基本理论、基本知识和相关工程技术基础知识与技能；具备较强的创新意识和对电化学新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的基本能力；能在厂矿企业、学校、科研院所等部门从事生产技术、产品研发、教学和科研等工作的“基础实、能力强、素质高”的应用型专门人才。

电化学设备与工程设计课程主要介绍现代电化学各分支生产所用的主要设备的工作原理、结构特点、主要性能技术参数和应用范围，以及进行电化学工程设计的基本程序、设计内容与任务、设计方法及注意事项等内容。在所构建的课程体系中，该课程处于联系该专业的学科基础课程群(如无机化学、有机化学、分析化学和物理化学等)、电化学基础与应用课程群(如电化学原理、电化学合成、电化学测试技术、电解工程、电镀工艺学等)与电化学工程及设计课程群(如电化学设备与工程设计、化学电源及设计等)的重要位置，是本专业新制订的人才培养方案和课程群体系中的核心专业课程，也是该专业同学接触所学电化学原理与方法是怎样在实际生产中实现以及进行电化学工程设计所需遵循的基本原则、程序与方法的专门专业课程，承载着学生电化学工程设计能力的培养功能，其教学成效的好坏直接关系到教学目标和高素质电化学专业人才培养的达成度。因此，对本课程的教学各个环节进行研究和建设显得尤为重要。

2 课程教学内容体系的建设

根据电化学设备与工程设计课程在专业培养体系中的重要作用，该课程的教学应达到如下目的：通过本课程的教学，使学生了解和掌握电化学工程各分支生产主要设备的种类、工作原理、结构与性能特点，以及进行电化学工程设计应遵循的基本原则与程序、设计任务与内容和注意事项，初步建立起实际生产观念；初步培养学生运用化学化工特别是电化学基本原理与方法、工程设计原理与方法进行电化学工程设计的基本能力，包括先进、全面的工程技术观点(技术经济观点、过程优化观点、生产实际观点和工程全局观点)和综合应用各方面知识和技术的能力(技术资料的查阅、分析整理和应用能力、工程或工艺计算能力、设计的文字、图表表达的能力和综合运用理论知识和技能的能力)[2]。为了实现这一教学目标，笔者拟定的电化学设备与工程设计课程内容如表1所示。

表1 《电化学设备与工程设计》课程内容

对于电化学设备与工程设计的课程内容，在教学实践中首先从介绍电化学工业的概况入手，进而介绍电化学工程设备的主要类型和电化学工程设计的特点；其次，介绍制造电化学工程设备的材料种类和性能，造成设备材料腐蚀的原因及防腐蚀措施，材料选择的基本原则；再次，按电化学各分支分章介绍目前主要的电化学生产设备，包括电镀工艺设备、表面阳极氧化处理设备、铅酸电池制造专用设备、锂离子电池制造专用设备和电解设备等，重点介绍设备的主要类型、工作原理、结构特点、技术性能参数和适用范围等；然后再系统地介绍进行电化学工程设计所遵循的基本原则与程序、电化学工程设计的内容与步骤，电化学工艺设计方法及设计计算方法、工艺设备的设计与选型，以及车间布置设计的一般原则与步骤，设计文件的编制原则与方法；最后以化学电源设计为例详细说明电化学工程设计的过程和工程设计基本原则与方法在实际设计中的运用。

教学过程中，必须树立新工科的教育理念，把新工科的理念融入知识的介绍中，既强化基本概念、基本原理和基本知识的介绍，又要保证知识的系统性、新颖新和前沿性，以达到强化和深化专业基础和培养专业兴趣的教学目标。从已实施的两届学生教学效果来看，教学效果良好，达到预计的教学目标。

3 教学指导性文件与资源建设

教材是课程内容的具体化，是供学生系统学习的基础资料。国内在本专业于2018年3月组织编写出版《电化学设备与工程设计》之前，没有类似系统介绍电化学设备及电化学工程设计的教材。该教材已在本专业15级和16级学生中试用，取得了较好的效果。但由于本课程是一门新开课程，虽然教学内容以及相关的教学指导性文件如教学大纲和考试大纲等已基本确定，也编写了相应的教案，并制作了多媒体教学课件，但尚有很多需要进一步调整、改进和优化的地方。主要包括多媒体课件内容需要进一步简化，增加反映学科和行业发展前沿动态的内容，相关电化学设备的工作原理增加动画效果，以利于学生的理解；缺乏与教材匹配的系统思考题和习题，需在教学过程中逐步编写、完善相应的思考题和习题，以帮助学生巩固学习效果；尚未建立起试题(卷)库，需在教学实践中不断丰富和完善，经过几年的实践，建立较完整的试题(卷)库；建设网络数字化教学资源，便于学生自主学习和拓展学习。为保证教学内容及时跟进电化学学科和行业的发展，需建立教学内容、教案、多媒体教学课件和教学指导性文件的持续更新机制，每学年需对这些教学材料进行更新和优化。

4 配套课程设计建设

为帮助学生加深对本课程知识的理解，培养学生综合运用本课程及化学化工、工程制图等基础知识解决电化学工程设计实际问题的能力，本课程设置了与之配套的课程设计“电化学设备与工程课程设计”，着力培养学生的资料查阅与分析、方案选择(技术的先进性与可行性、经济上的合理性)、工程计算能力、图表与文字表达、工程制图和计算机应用能力。需编写课程设计实践教学大纲和课程设计指导书。另外，由于课程设计是一个专业综合性实践训练项目，需要大量的数据资料，特别是现场实际生产资料[2]。因此，需多渠道与相关企业技术人员联系和协作，收集典型电化学设备技术资料和设计图纸，逐步建立该课程设计的案例库，为进一步提高本课程的教学效果和课程设计水平奠定坚实的基础。

5 建设效果

通过以上建设，现已建立起较完善的课程教学内容体系，教学大纲和考试大纲等教学指导性文件在进一步的优化与完善，并在教学资源建设方面取得了较好进展：编写了较系统的与教学内容相配套的思考题和习题，积累了部分试卷(题)，为逐步建立试卷(题)库奠定基础；多媒体教学课件和相关的网络数字化教学资源在进一步完善和优化中；配套课程设计的教学大纲、教学计划和课程设计指导书已基本编写齐全。这些建设工作有效地保障该门课程教学的正常开展和教学效果，加强了学生对理论知识的理解，培养了学生自主学习和实践能力，激发了学生的学习兴趣和热情。

6 结语

电化学设备与工程设计作为一门新开课程面临着繁重的建设任务，包括教材进一步的修订、教学内容与教学指导性文件的调整、优化和更新、数字信息化教学资源的建设以及配套课程设计教学资源的建设等，因此，本专业必须凝神聚力，建立教学内容、教学方法和教学资源持续更新机制，调动一切资源，吸收电化学学科和行业的最新研究成果，并与相关电化学企业开展广泛合作，及时更新和优化课程教学内容，努力把该课程建设成本专业的金课。