国家级线下一流本科课程电化学原理建设探索与实践

左朋建　赵力　程新群　马玉林　尹鸽平

摘  要：电化学原理课程是电化学专业的核心理论课，对学生电化学实践能力、科学与工程素养的培养具有基础性地位和作用。该文介绍哈尔滨工业大学首批国家级线下一流本科课程电化学原理的建设和实施过程。从课程教学目标、内容体系、教学模式、课程思政、考核方式和教学效果等方面阐述课程的建设历程，为“双万计划”背景下的一流课程建设提供重要参考和应用实践。

关键词：电化学原理；教学改革；课程思政；一流课程建设；电化学专业

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）14-0031-04

Abstract： Principles of Electrochemistry is the core theoretical course of electrochemistry science， which has a basic status and role in the cultivation of students' electrochemical practical ability and scientific and engineering literacy. This paper introduces the construction and implementation process of the first batch of national offline undergraduate course， Principles of Electrochemistry， in Harbin Institute of Technology. The course construction process is expounded from the aspects of course teaching objectives， content system， teaching mode， ideological and political education in courses， assessment methods and teaching effects， which provides an important reference and application practice for the construction of first-class courses under the background of the "Double Ten Thousand Plan".

Keywords： Principles of Electrochemistry; teaching reform; ideological and political education in courses; first-class course construction; electrochemistry major

党的十二大报告强调，人才是第一资源，培养造就大批德才兼备的高素质人才，是国家和民族长远发展大计。完善人才培养机制，做好人才自主培养之路，高校特别是“双一流”大学要发挥人才培养主力军作用。教育部发布的《关于一流本科课程建设的实施意见》（教高〔2019〕8号）指出，课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量。为贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神，落实新时代全国高等学校本科教育工作会议要求，必须深化教育教学改革，必须把教学改革成果落实到课程建设上。树立课程建设新理念，推进课程改革创新，实施科学课程评价，严格课程管理，完善以质量为导向的课程建设激励机制，形成多类型、多样化的教学内容与课程体系，是高等学校一流本科课程建设的必然要求。

电化学原理是理工科院校电化学方向的一门专业基础课程，一直受到学生的高度重视。该课程的核心目的是为化学工程与工藝（电化学）、能源化学、电化学等相关专业学生的能力培养提供认识、分析和解决电化学问题的理论体系与方法体系。近年来，哈尔滨工业大学围绕“电化学理论与电化学实践相结合、教学模式改革、精细化过程评价、突出能力培养、塑造专业人才优秀品格”的课程改革总体思路，立足电化学理论前沿，与电化学实践深度融合，推动电化学原理课程建设不断取得新突破，电化学原理课程先后获得 “校级优秀教学设计课程”“校级优秀课程”“校级一流本科课程”以及国家级一流本科课程，有效支撑了电化学专业培养目标的达成。

一  课程简介与目标

1956年，哈尔滨工业大学积极响应国家战略需求开始筹建电化学专业。1960年，哈工大正式成立电化学工学专业并开始招生，自此，电化学原理（又称理论电化学）一直为化学工程与工艺（电化学）专业的核心基础课。该课程是在无机化学与物理化学中有关电化学热力学理论的基础上，从电化学动力学观点出发，深刻揭示电化学反应的内在本质和基本规律，全面阐述电化学反应速率与电极电势之间的关系。通过对课程的学习使学生能够分析电极/溶液界面结构与性质，能够解析电化学反应中各个基元步骤的动力学基本规律，以及一些典型的电极过程基本动力学特征。使学生能够运用所学的电化学理论知识和科学方法，识别和判断电化学工程问题的特征参数和影响因素，并能够给出电化学控制步骤和反应机理的研究方案和判定方法，能够运用现代电化学科学研究的理念和方法，为电化学专业后续课程的学习和从事电化学研究与生产实践打下坚实的理论基础。通过将德育元素融入课程教学内容，培养大学生责任心和使命感。通过将学术研究、科技发展前沿成果引入课程内容，结合多元化考核评价，提高学生的深度学习能力、科研创新能力以及综合素质。

二  课程内容体系

本课程的教学内容如图1所示，包括绪论、双层结构与性质、电子转移步骤动力学、液相传质及混合控制动力学、表面转化步骤动力学，以及三个具体电极过程（气体电极过程、金属阴极过程和金属阳极过程）动力学几个章节。作为电化学专业的核心基础课程，按照“两性一度”金课建设标准，以学生为中心，建立电化学基本知识框架，激发学生内在潜力与学习动力，全面掌握电化学重要知识点，包括电化学基本概念、电极/溶液界面双层的结构与性质、基元步骤动力学、机理判定方法及典型电极过程的动力学理论等，建立从基本概念、基本原理到具体电极过程的知识脉络。在此基础上，使学生能够应用所学知识点构建知识网络，结合学术前沿进展与实践不断融会贯通，能准确剖析工程问题核心所在，并能提出科学的解决方法和实施途径。

三  课程教学改革与实施情况

本课程理论性极强，公式和机理的推导过程较多，授课内容要与电化学相关前沿进展紧密结合，最大限度激发学生学习本课程的内源性动力，这也是本课程教学改革要解决的重点问题。本课程通过构建以问题为导向的教学模式，在保证课堂教学质量的前提下，结合课下作业和具体实践精心设计课堂问题，将学生引导到科创实验第二课堂，通过课前提问测试和课下文献学习与实践，提高学生对于课程内容的认识和理解，强化学生的素质教育和综合能力培养；通过PPT展示和板书相结合，利用师生微信群等交流平台，增加师生课程互动性，推进现代信息技术与课程教学的深度融合，积极引导学生进行探究式与个性化学习；教学过程中，精心进行课前准备，合理设计课堂内容，注重搜集整理专业教师及国内外学者在电催化、化学电源及金属腐蚀等电化学领域的最新学术研究和技术开发成果，将科研成果及时向教学素材转化，通过课程的持续改进，不断增强课程前沿性和时代性。

课程思政建设方面，以专业课程教学改革为契机探索当前高校思想政治工作的新理念新模式，深入挖掘蕴含在专业课程中的思政教育资源，把专业课程教学目标和课程德育目标相结合，将思政教育融入理工科专业基础课程的教学过程中，在专业知识传授中融入价值引领，达到“以文化人、以文育人”的隐性课程思政目的，从而实现高校教育的价值塑造、能力培养、知识传授三位一体的教学目标。充分挖掘典型的隐性教育案例，例如在第一章中介绍电化学发展历史的部分，增加了国内电化学学科的发展情况，穿插了电化学专业老一辈科学家和教育家（例如查全性院士、卢国琦教授等）的励志小故事，增强了课程的趣味性和思政教育功能。通过电化学原理课程中思政元素的加入，力争传播好、讲述好中国故事、国内电化学专业故事、哈工大八百壮士故事；丰富课程思政的课程体系，践行将高校思想政治教育融入课程教学和改革的各环节、各方面的要求，实现立德树人润物无声，寻求各科教学中专业知识与思想政治教育内容之间的关联性，并在课程开展的过程中，将思想政治教育的相关内容融入教学当中，通过学科渗透的方式达到思想政治教育的目的。注重促进课程教学与爱国主义教育相结合，以专业和电化学学科的发展历史为例，讲述电化学专业的国内外研究现状，特别是在19世纪和20世纪初，国外电化学学科发展迅速，而我国在这一时段由于历史原因发展迟缓，结合哈尔滨工业大学电化学专业在20世纪80年代研发的国内第一块发泡镍基的镉镍电池、国家最早的无氰电镀技术等，弘扬爱国奋斗精神和爱国主义元素，激励学生珍惜当前的大好时期，培养大学生对于国家、学校与家庭的责任心和使命感。

课程各环节不断丰富和更新，结合最新科研进展，丰富课程习题库；结合最新的国内外学术和科研成果，完善了课程多媒体课件建设，在基础理论与最新学术进展的高度融合方面完善多媒体教学课件，并做到科研成果及时向教学素材的转化，有效提升了课程的时代性和互动性。如在气体电极过程的“电催化”一节，增加了电催化领域的最新进展，同时加入了电催化研究领域待解决的关键问题，结合2019年诺贝尔化学奖的科学发现和科学家故事，激发了同学们在电化学领域的科研兴趣（如图2所示）；结合电化学理论前沿进展不断完善课程内容，如第二章中对双电层模型的最新发展进行了总结和归纳，特别结合最新的科研成果对课程内容进行了调整，通过引入最新科学进展使大家对该双层理论部分有更深入的理解；针对极谱法这种传统电化学研究方法的使用逐渐减少，课程对此部分内容在注重基本原理的讲解同时进行了删减，同时考虑到旋转圆盘电极、旋转环盘电极现代电化学方法的广泛应用，通过文献查阅整理和实验验证，补充了关于新型电化学方法基本原理及应用情况；针对锂离子电池嵌入反应基本原理，在“电化学控制与扩散控制的电极行为”部分增加了锂离子在固相中的扩散动力学内容，并结合电极和溶液中电子能级的匹配深入理解电化学极化过程，基于基元步骤动力学分析详细阐述当前碱金属二次电池材料的嵌入反应、转化反应及合金化反应等新型电化学反应的动力学规律。

在课程考核方面，以激发学生对电化学理论的学习动力和电化学专业的志趣为着力点，完善过程评价制度，通过成绩分析和课堂表现持续改进教学内容和教学方法，建立全过程全方位多样化考核机制。课程考核方式主要包括期末考试、期中测评和课程论文三个部分。另外，课下作业和课堂问题作为课程考核的辅助部分不计入成绩，但作为教师课程持续改进的主要依据。课程论文部分要求学生针对某一知识点进行理论分析，并通过查阅经典和前沿文献，以课程论文的形式完成报告的撰写，引导学生到创新实践第二课堂，加强对学生课堂内外学习的综合评价，强化电化学理论最新进展的文献阅读量和阅读能力考查，提升课程学习的广度。通过学生分组讨论，加强研究型、项目式学习，完善课程论文式、探索答辩式课程论文评价方法，提升了课程学习的深度和挑战性。

四  教学改革创新及成效

经过不断的教学探索和改革，课程团队形成教学内容系统全面、教学方法灵活多样、评价方式突出学生个性化评估的教学特色。注重充分挖掘蕴含在电化学理论知识中的德育元素，实现了专业课与德育教育的有机结合，培养了大学生的责任心和使命担当。通过对我国科学家电化学理论和应用成果的介绍增强了学生个人自信和专业自信；及时将电化学研究领域的最新学术研究和科技发展前沿成果引入课程，增强了课程前沿性和时代性，突破了学生的习惯性认知模式，培养了学生深度分析、大胆质疑、勇于创新的精神和能力；创新教学模式，构建以问题为导向的教学新方法，通过精心设计问题与课下作业学习相结合，引导学生进行课下学术文献的深度学习，增强教学内容的学习效果；利用师生微信群等多种方式，增加师生课程互动性，大力推进现代信息技术与教学深度融合，引导学生进行探究式与个性化学习；注重学生知识的全面性和综合能力的培養，在保证课堂教学质量的前提下，通过第二课堂强化学生的素质教育和综合能力培养，秉承“学生中心、产出导向、持续改进”的教学理念，建立了课程持续改进机制。

该课程深受专业学生喜爱，教学效果均在A以上。通过本课程学习，学生具有了极其扎实的理论功底，提升了学生深度分析和勇于创新的精神和能力，课程建设强有力支撑了专业建设和人才培养，本专业也被教育部认定为高等学校特色专业建设点和卓越工程师计划建设点。课程融入电化学相关的人物和科学故事，将基础理论与国内外及哈尔滨工业大学电化学专业和行业的发展历程紧密结合，并做到了科研成果及时向教学素材的转化，增强了课程的趣味性及育人作用，推动实现全员全程全方位育人，为培养德才兼备的高素质电化学专业人才奠定了基础。

五  结束语

哈尔滨工业大学电化学专业经过60多年不断改革、发展和实践的办学过程，形成了工科特色鲜明的突出优势，电化学原理课程作为专业核心课在人才培养和专业建设中发挥了奠基性作用。电化学原理课程团队成员根据 “两性一度”一流课程建设要求，以“立德树人”为根本任务，以“以学生为中心、产出导向、持续改进”为教学理念，注重融入课程思政教育理念，将科研成果向教学素材及时转化，建设丰富的理论和实践教学资源，进一步通过考核方式多样化调动学生参与研究、讨论和分析工程技术问题的积极性，提高学生分析和解决实际问题的能力，激发学生学习的兴趣，全面提升课程教学质量和教学效果，培养电化学专业学生的科学素养、研究性思维、实践能力与工程素养。

参考文献：

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基金項目：国家级线下一流本科课程“电化学原理”建设项目（教高函〔2020〕8号）；哈尔滨工业大学教学发展基金项目“电化学原理课程思政研究”（XSZ2019023）；哈尔滨工业大学研究生教育教学改革研究项目“产教融合背景下基于创新人才培养的研究生理论课程改革探索——以电化学专业为例”（23MS022）

第一作者简介：左朋建（1980-），男，汉族，河南开封人，博士，教授。研究方向为电化学。