金屬材料腐蝕與防護實踐教學(xué)改革初探

岳麗杰　曹梅青　夏鵬程　謝鯤

【摘 要】本文針對金屬材料專業(yè)腐蝕與防護課程實踐性強綜合性強的特點，指出了其實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要性。從實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面對腐蝕與防護課程的實驗教學(xué)改革作了分析和闡述。通過不同形式的實驗安排，對學(xué)生進行不同層次的教學(xué)，增加授課的靈活性和針對性，提高教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效果。將高校教師的科研工作與實踐教學(xué)工作適當(dāng)糅合，提高學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】腐蝕與防護；實踐教學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)改革

中圖分類號： TG174 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）25-0054-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.023

【Abstract】The article points out the importance of practical teaching in the course of materials corrosion and protection. The experimental teaching reform methods were discussed from the aspects of teaching contents and teaching forms. The various forms of experiments were set up， and students can independently choose experimental projects. The flexibility and pertinence of teaching were increased. To improve students practical ability， innovation ability and innovation consciousness， the scientific research work of teachers should be combined with practical teaching.

【Key words】Corrosion and protection； Experimental teaching； Teaching content； Teaching reform

腐蝕是材料在外界環(huán)境作用下發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而引起材料表面破壞的一種自發(fā)過程，是材料尤其是金屬材料的主要失效形式之一[1-3]。金屬腐蝕現(xiàn)象十分普遍，涉及面很廣。在工業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域均有腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，都會涉及到腐蝕問題。腐蝕與人們的生活、生產(chǎn)密切相關(guān)，并且?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟損失[4-6]。金屬材料腐蝕與防護課程作為金屬材料專業(yè)必修的一門重要專業(yè)課，在很多高校均有設(shè)立[7-8]。這門課程涉及金屬材料學(xué)、化學(xué)、物理、冶金學(xué)等多學(xué)科的內(nèi)容，與生產(chǎn)實際聯(lián)系緊密，實踐性強。所以在教學(xué)過程中充分發(fā)揮實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的作用，改進實驗教學(xué)內(nèi)容和實驗教學(xué)手段，對學(xué)生不僅是專業(yè)知識認識的提升還是創(chuàng)新能力工程素質(zhì)的培養(yǎng)都有著重要的意義。為此筆者針對金屬材料腐蝕與防護課程的實踐教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革作了認真思考和探索。

1 實踐教學(xué)內(nèi)容的改革

金屬材料腐蝕與防護是一門實踐性較強的課程，為了得到良好的教學(xué)效果，課程教學(xué)需要和實驗、實習(xí)很好地結(jié)合。注重實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，安排多層次的實驗內(nèi)容，建立多元化的實驗方式，采用多元考核形式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維和動手能力，提高教師的教學(xué)水平。

本課程的實驗分成了三個層次，一類是課堂演示實驗，一類是基礎(chǔ)實驗，另一類是綜合性設(shè)計性實驗。對于有些理論知識點，教師難以用語言描述同學(xué)理解也比較困難，這就可以利用簡單的演示實驗來輔助講解，或者采用視頻多媒體技術(shù)開出演示實驗。例如在講解腐蝕電池的概念時，可以制作一個水果電池裝置以幫助學(xué)生理解腐蝕電池與化學(xué)原電池的不同。將Zn片和Cu片插入HCl溶液中制成一個簡單腐蝕電池裝置，根據(jù)開關(guān)閉合前后氣泡析出量和析出位置的變化來演示腐蝕電池的原理和工作過程。利用這些操作簡單、直觀方便、生動有趣的課堂演示實驗輔助教學(xué)，能夠讓同學(xué)們在輕松活躍的課堂氛圍中學(xué)習(xí)知識，不僅有利于同學(xué)加深對理論知識的理解和認識，同時也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動其學(xué)習(xí)的主觀能動性。

對于后兩類實驗，根據(jù)學(xué)院的實驗條件安排了多個實驗項目（見表1和2）供學(xué)生自主選擇，學(xué)生可以根據(jù)自身能力和學(xué)習(xí)興趣選擇不同的實驗類型和實驗項目。實驗中針對不同性質(zhì)不同要求的實驗項目采用不同的授課方式，采取集中教學(xué)與個別指導(dǎo)相結(jié)合的方式。通過不同形式的實驗安排，對學(xué)生進行不同層次的教學(xué)。這樣既能促進學(xué)生對課程基本內(nèi)容和基本理論的理解，也增加了授課的靈活性和針對性，提高教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效果。

表1 基本實驗項目

表2 綜合性設(shè)計性實驗項目

表1中的4個實驗項目基本涵蓋了材料腐蝕課程中主要的實踐訓(xùn)練內(nèi)容，經(jīng)過這4個實驗項目的訓(xùn)練，學(xué)生基本掌握了研究金屬材料腐蝕問題的主要方法，包括試樣的制備以及測定材料腐蝕速度的物理方法和電化學(xué)方法。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、動手能力、綜合分析解決問題的能力，在基本實驗的基礎(chǔ)上進一步調(diào)整擴充實驗教學(xué)內(nèi)容，綜合本課程以及相關(guān)課程的相關(guān)知識點，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，設(shè)立綜合性、設(shè)計性實驗。對于這種實驗，教師要減少對學(xué)生的限制和指導(dǎo)，學(xué)生根據(jù)給出的題目和方向，在查閱調(diào)研文獻的基礎(chǔ)上自己制定實驗方案、選擇實驗方法、動手做實驗、分析實驗數(shù)據(jù)并寫出論文性的實驗報告。例如設(shè)計性實驗“常用金屬材料的表面防護”，其操作流程圖見圖1所示。在課堂上講解金屬材料腐蝕機理包括腐蝕熱力學(xué)理論、腐蝕動力學(xué)理論基礎(chǔ)上，同學(xué)們選擇常用的金屬材料比如低碳鋼、不銹鋼、耐熱鋼、鎂合金等研究其在具體腐蝕環(huán)境下的腐蝕規(guī)律及耐蝕能力。在這個過程中學(xué)生通過查閱文獻選擇不同的實驗設(shè)備和測試手段，研究合金成分、組織結(jié)構(gòu)等材料本身和溶液濃度、溫度等外界環(huán)境條件對材料耐蝕性能的影響。進一步選擇合適的表面處理工藝和參數(shù)對材料進行表面處理，比如對低碳鋼進行電鍍、化學(xué)鍍、噴涂，對鎂合金進行層層組裝等，提高材料的耐腐蝕能力。這樣一個設(shè)計性實驗幾乎綜合了金屬材料腐蝕與防護這門課程的大部分基礎(chǔ)理論知識，還涉及到了其他專業(yè)課程例如金屬材料學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料表面工程等課程的內(nèi)容，在一定程度上實現(xiàn)了專業(yè)課程的系統(tǒng)化和一體化。在整個實驗的實施過程中學(xué)生不僅要掌握材料腐蝕與防護的基本理論知識，還要通過充分查閱文獻及在教師指導(dǎo)下獨立設(shè)計實驗方案，制定技術(shù)路線，選擇表面處理方法，獨立完成實驗操作，最后對實驗結(jié)果進行分析討論。通過這樣一個系統(tǒng)性、研究性實踐過程的訓(xùn)練，使學(xué)生更為扎實深入地掌握了相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，提高了綜合運用理論知識分析實際問題的能力，更為重要的是培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)研究的思路和能力以及實際工作能力，為今后從事實際工作打下了基礎(chǔ)。

通過三個層次實驗教學(xué)的結(jié)合，提高了實驗教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果。

2 實驗教學(xué)方式的改革

為了獲得良好的實驗教學(xué)效果，不僅要調(diào)整深化實驗教學(xué)內(nèi)容，還要改革傳統(tǒng)的單一的實驗教學(xué)模式。傳統(tǒng)的實驗課程是老師根據(jù)課程內(nèi)容安排具體實驗項目，講授實驗原理和方法，學(xué)生按部就班的完成實驗。大部分實驗為驗證型或演示型實驗，實驗內(nèi)容簡單而且對理論課的依附性太強，實驗指導(dǎo)書過于細致，無法發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，這就使得實踐教學(xué)起不到應(yīng)有的作用。因此必須對傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式進行改革創(chuàng)新。

（1）引入視頻多媒體技術(shù)應(yīng)用于實驗教學(xué)，實現(xiàn)實驗教學(xué)手段網(wǎng)絡(luò)化和多媒體化。目前由于學(xué)生人數(shù)的增加和實驗設(shè)備臺套數(shù)的限制，使得實驗教學(xué)效果無法有效發(fā)揮。通過采用電子教室以及錄制播放實驗教學(xué)視頻，學(xué)生可以實時看到教師的教學(xué)內(nèi)容，教師也可以實時了解學(xué)生實驗的進展情況，并能進行實時的輔導(dǎo)，使得教學(xué)手段向現(xiàn)代化、網(wǎng)絡(luò)化和多媒體化方向發(fā)展。還可建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，用于實驗預(yù)習(xí)、實驗講授、實驗技術(shù)交流、網(wǎng)上選課和教學(xué)效果反饋等，使網(wǎng)上教學(xué)資源共享。（2）以專題實驗或課程設(shè)計的方式，加強課題研究，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。

對于高等學(xué)校來說，教學(xué)工作和科研工作是不可分割的兩個組成部分。大部分高校教師承擔(dān)教學(xué)任務(wù)的同時都承擔(dān)著一定的科學(xué)研究任務(wù)，只有將教學(xué)和科研有效結(jié)合，才能夠培養(yǎng)出真正具有創(chuàng)新能力和實踐能力的人才。在教學(xué)過程中教師從整體科研項目中抽出與課程內(nèi)容相關(guān)的小課題，學(xué)生根據(jù)自身能力和所學(xué)課程內(nèi)容，自行組隊，確定項目課題。在老師的指導(dǎo)下，完成研究目的、研究內(nèi)容的確定，實驗方案技術(shù)路線的制定，開展一系列相關(guān)實驗，結(jié)合課本理論知識和所查文獻對實驗結(jié)果進行合理分析。在整個過程中涉及到大量的實驗，不同的實驗手段，學(xué)生需要查閱大量書籍和最新文獻綜合分析實驗結(jié)果。例如結(jié)合山東省黃島輸油管道泄漏爆炸這一實例，給學(xué)生制定鋼鐵材料耐點蝕性能的研究課題，同學(xué)通過自己設(shè)定實驗方案做實驗分析結(jié)果更為深入的理解了點蝕的概念、機理、影響因素，進一步分析了防止材料點蝕的手段和方法。這些從實際科研項目抽出來的課題一般都是面向腐蝕防護科學(xué)前沿或?qū)嶋H工程應(yīng)用，涉及到的知識面廣，實驗難度較大，實驗結(jié)果具有很大的不確定性，學(xué)生的興趣較大，培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識去分析解決工程實際問題的能力，同時有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和一定的科研開發(fā)能力，對學(xué)生將來進行科學(xué)研究具有很強的引導(dǎo)作用。另外，通過學(xué)校和學(xué)院的創(chuàng)新平臺，鼓勵部分低年級同學(xué)在課余時間參與到老師的科研課題組中來，使學(xué)生接觸到前沿的腐蝕領(lǐng)域研究，既加深了學(xué)生對課題知識的理解，又鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3 結(jié)束語

材料腐蝕與防護是一門與國民經(jīng)濟和國防建設(shè)有密切關(guān)系的應(yīng)用型和交叉型科學(xué)，材料腐蝕與防護課程也成為金屬材料專業(yè)必修的一門重要專業(yè)課。通過實驗內(nèi)容、教學(xué)方法、考核形式等多方面的改革，建立一套完善的材料腐蝕與防護實驗教學(xué)模式。使得學(xué)生成為教學(xué)的主體，學(xué)生在主動獲取知識的同時，也培養(yǎng)了發(fā)現(xiàn)、分析和解決實際問題的能力，有利于學(xué)生創(chuàng)造思維和動手能力的培養(yǎng)，以達到新時代高校培養(yǎng)人才的目標(biāo)。

【參考文獻】

[1]楊敏.材料腐蝕與防護實驗教學(xué)方法探索[J].中國教育技術(shù)裝備，2013，18：130-131.

[2]張暉.材料腐蝕與防護課程案例教學(xué)實踐研究[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2015，32（6）：76-77.

[3]侯保榮.海洋鋼結(jié)構(gòu)浪花飛濺區(qū)腐蝕防護技術(shù)[J].中國材料進展，2014，33（1）：26-30.

[4]李曉剛，董超芳，肖奎，等.金屬大氣腐蝕初期行為與機理[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[5]葉堤，趙大為，李娟，等.大氣污染對碳鋼的腐蝕影響研究[J].重慶大學(xué)學(xué)報，2005，27（1）：80-83.

[6]張啟富，郝曉東.鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護現(xiàn)狀和發(fā)展[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2006，9：22-26.

[7]邵艷群.案例教學(xué)法在“材料腐蝕與防護”課程中的應(yīng)用探討[J].高等理科教育，2013，6：102-105.

[8]孫霜青.材料腐蝕與防護實驗教學(xué)改革[J].科技信息， 2012，12：125-126.